Cos’è e come usare l’additive manufacturing per migliorare la produzione nell’industria 4.0

Nell’era dell’industria 4.0 l’additive manufacturing, o produzione additiva, gioca un ruolo strategico nell’ambito della produzione industriale, una tecnologica rivoluzionaria che attraverso la sua capacità di creare oggetti tridimensionali sta rivoluzionando il mondo dell’industria dal punto di vista dei processi produttivi. Ma cos’è l’additive manufacturing? Qual è il suo impatto sull’efficienza produttiva e su un modello di sviluppo sostenibile? E quali sono le applicazioni più significative di questa tecnologia?  

Additive manufacturing: significato

Secondo la definizione coniata dalla Comunità Europea l’additive manufacturing rientra tra le cosiddette tecnologie abilitanti, quelle cioè “ad alta intensità di conoscenza e associate a elevata intensità di R&S, a cicli di innovazione rapidi, a consistenti spese di investimento e a posti di lavoro altamente qualificati”; un’innovazione rivoluzionaria al pari dell’automazione più avanzata (l’AI per intenderci), che sta radicalmente trasformando i processi di produzione industriale. Consiste nella creazione di oggetti tridimensionali attraverso l’aggiunta progressiva di materiale, strato su strato dall’esterno verso l’interno a partire da un modello digitale. La manifattura additiva, come dice la parola stessa, è un processo additivo che va avanti per sovrapposizione di “layer”, cioè per addizione e riempimenti, al contrario della manifattura tradizionale (sottrattiva) dove la realizzazione di un oggetto procede per sottrazione di materiale da un unico blocco (ad esempio la tornitura e fresatura).
Siamo nel campo delle stampa 3D, che consente di progettare e realizzare un nuovo prodotto sulla base di un file digitale con determinate specifiche, generalmente un disegno CAD – Computer Aided Design che viene poi stampato in tre dimensioni; il processo di stampa può avvenire ovunque e in qualsiasi momento.  

Tecnologie e potenzialità dell’additive manufacturing

La stampa 3D utilizza diverse tecnologie ognuna con vantaggi specifici in termini di materiali, precisione e velocità di produzione. Alcuni dei metodi più comuni includono: 

• la Modellazione a deposizione fusa o Fused Filament Fabrication o Fused Deposition Modeling (FDM);
• la Stereolitografia Laser (SLA);  
• la Sinterizzazione Laser o Selective Laser Sintering (SLS);  
• la Stereolitografia DLP – Digital Light Processing;  
• stereolitografia LCD – Liquid Crystal Display;  
• la microfabbricazione 3D della fotopolimerizzazione a due fotoni. 

Attraverso l’impiego delle varie tecnologie la stampa 3D è in grado di integrare e potenziare i processi produttivi industriali soprattutto in termini di personalizzazione, digitalizzazione e sostenibilità. Si pensi ad esempio alla possibilità di progettare e creare prodotti o parti di essi customizzati e complessi altrimenti non realizzabili con le tecniche tradizionali o a quella di lavorare ogni tipo di materiale dai polimeri, alla ceramica, la plastica e i metalli ma con un ridotto impatto ambientale. 

Le potenzialità dell’additive production sono molteplici: dalla possibilità di realizzare prodotti personalizzati in massa, a quella di ottimizzarne le prestazioni e ridurne il numero delle componenti (prodotti più leggeri, compatti e performanti). Nel settore dell’edilizia la stampa 3D potrebbe rappresentare la chiave di volta per la realizzazione di materiali da costruzione, in quello energetico costituirebbe un ottimo supporto per la creazione di nuovi sistemi per la produzione di energia. Senza contare il ruolo che l’additive manufacturing giocherebbe nella costruzione di parti di ricambio, nel settore della riparazione di prodotti usurati o come sostituta dello stampaggio a iniezione.  

Applicazioni dell’additive manufacturing: precisione, efficienza e sostenibilità

Per versatilità, precisione e capacità di produzione personalizzata l’additive manufacturing si presta a infiniti campi di applicazione dal settore aerospaziale a quello medico, aeronautico, dell’automotive e dell’edilizia con una serie di considerevoli vantaggi. 

• Prototipazione rapida. I tempi di produzione del prototipo di un prodotto sono più veloci e i costi di lavorazione minori grazie alle modifiche sul file digitale: ne è un esempio la produzione della componentistica in aeronautica. 
• Alleggerimento dei prodotti. Nel settore aerospaziale, ad esempio, l’uso di componenti leggeri può ridurre il peso complessivo degli aeromobili, migliorandone le prestazioni complessive e riducendo l’uso del carburante. 
• Minore quantità di materia prima utilizzata rispetto a quella impiegata in un processo produttivo classico.  
• Meno sprechi. Grazie alla sua capacità di ottimizzare le geometrie e produrre componenti di peso ridotto aggiungendo solo il materiale necessario alla creazione di un prodotto, la manifattura additiva produce meno scarti e taglia gli sprechi.  
• Semplificazione del processo produttivo. L’additive manufacturing permette di realizzare un prodotto tramite la stampa di un unico blocco, semplificando quindi il processo di assemblaggio e riducendo i costi di manodopera e in generale l’impiego di risorse umane. 
• Sostenibilità. Tutti i materiali utilizzati nella stampa 3D possono essere riciclati ed avere una seconda vita. Inoltre, l’impiego della produzione additiva nei processi di riparazione dei prodotti ne estende il ciclo vita, a favore di un modello di sviluppo circolare e dunque più sostenibile. Lo stesso succede ad esempio con l‘impiego dell’additive production nel settore dei pezzi di ricambio: immagazzinare modelli 3D al posto di oggetti porta a una riduzione dell’impatto ambientale. 
• Personalizzazione. Produrre tramite additive manufacturing pezzi di ricambio solo al momento del bisogno è molto più conveniente, soprattutto a livello economico, rispetto alla produzione di un assortimento completo di parti di ricambio di macchinari che è infinitamente più costoso.  È quello che succede ad esempio con la produzione di oggetti personalizzati realizzati per clienti o esigenze specifiche. 
• Benefici sulla qualità della vita. Nel campo medico la produzione di protesi personalizzate e impianti medici su misura può migliorare l’efficacia dei trattamenti e ridurre il tempo di recupero dei pazienti. 
• Digitalizzazione delle imprese. La produzione additiva incoraggia le imprese a investire nel digitale e nell’IoT. 

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