La stampa 3D cresce: si sviluppano nuovi impieghi e materiali

Successo in tre dimensioni 

I sistemi di stampa 3D stanno guadagnando ovunque terreno e vedono ampliarsi di continuo il ventaglio dei loro possibili settori di applicazione e destinazione. Il mercato propone modelli adatti a budget e industrie svariati e a trarne vantaggio non sono più solamente i lavori di prototipazione.

La stampa 3D negli ultimi anni ha fatto passi da gigante nel mondo delle imprese, tanto che oggi, secondo un recente studio realizzato da Dimensional Research, è presente nell’81% di esse.
A spingere sempre più organizzazioni in questa direzione è la necessità di accelerare la prototipazione e lo sviluppo di un determinato prodotto. Passaggi più che mai strategici in un mercato dove chi arriva primo è destinato a vincere sulla concorrenza.
Così nel corso del 2018 il mercato globale additivo (hardware, software, materiali e servizi) ha raggiunto un valore di 9,3 miliardi di dollari, con una percentuale di crescita del 18%. E le previsioni per quest’anno e per quelli futuri sono altrettanto rosee, se è vero, come riporta SmartTech Publishing, che entro il 2027 il comparto supererà i 41 miliardi di dollari. Aspettative più che mai veritiere visto che i settori produttivi nei quali viene utilizzata la stampa 3D sono sempre più numerosi, anche se la parte del leone la fanno quello spaziale e medicale (93% e 91% rispettivamente), seguiti da quello dell’automotive, dell’elettronica e dei produttori di attrezzature.
Del resto la diffusione della stampa 3D va di pari passo con lo sviluppo dell’industria 4.0 e delle sue esigenze di velocità e precisione.

Non solo polimeri 

In fase di ampliamento è anche la gamma di materiali utilizzati. Negli ultimi anni, infatti, il 3D printing, ha affiancato ai materiali plastici i metalli, i ceramici e i compositi. Anche se i polimeri dominano ancora il mercato: vengono scelti dall’81% delle aziende, solo un terzo utilizza metalli e ceramici (rispettivamente il 34% e 32%). Ancora di nicchia, invece, i materiali compositi con solo l’8% delle imprese che ne fa uso. In questo quadro l’Italia non fa eccezione.
L’Osservatorio sulla stampa 3D e sull’Additive Manufacturing realizzato da NetConsulting cube e da Cherry Consulting, dice infatti che le aziende italiane, dopo un approccio alla stampa 3D spesso limitato all’attività di progettazione, ora guardano con interesse anche al suo utilizzo in produzione e a supporto delle attività verso i canali distributivi. Una tendenza che ha visto le stampanti 3D non solo entrare nelle fabbriche ma anche la loro integrazione con altri sistemi di produzione per effettuare lavorazioni specifiche con livelli di sofisticazione e personalizzazione prima impensabili.  

Nonostante lo sviluppo del mercato, la stampa 3D ha ancora qualche criticità. A partire dalla stabilità e dal controllo del processo, che presentano ancora ampi spazi di miglioramento, così come la velocità e i tempi di produzione e il costo totale del singolo pezzo realizzato, che in molti casi è ancora troppo elevato. E non solo per i prezzi di alcuni materiali, ma anche per l’acquisto e funzionamento dei macchinari, e del lavoro per l’attività di post-processing. Limiti che dovranno essere superati nei prossimi anni se si vogliono cogliere pienamente i vantaggi dell’industria 4.0.  

In prospettiva futura

Per il responsabile commerciale italiano di R+W Davide Fusari, la manifattura additiva può rappresentare una novità preziosa «per la realizzazione di prototipi destinati alla produzione di elementi di compensazione, visto che al momento il 3D printing non è ancora in contatto con il mondo delle trasmissioni di potenza né con i giunti».
Ancora, sebbene lo stesso ricorso alle polveri metalliche per la stampa di componenti sia «incerto, in termini di proprietà meccaniche, del pezzo stampato» le prospettive future potrebbero rivelarsi più interessanti. «I limiti», ha proseguito e concluso Fusari, «possono essere rappresentati dalle proprietà meccaniche del componente meccanico stampato con polvere.
Ma soprattutto, è troppo difficile la realizzazione dei fori con tolleranza H7 per il montaggio. I fori dei nostri giunti richiedono infatti delle misure molto precise impossibili da ottenere con la stampa 3D e senza successive lavorazioni con macchine utensili». Pure di questo ha parlato, nell’intervista che segue, il Vp Marketing Emea di Stratasys Eric Bredin.

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«Così aumentano l’efficienza e la flessibilità»

Intervista a Eric Bredin, Vp Marketing per la macroregione Emea (Europa, Medio Oriente, Africa) del produttore globale di sistemi di stampa tridimensionale e additive manufacturing Stratasys. 

Quali sono i principali trend della stampa 3D in Italia e nel resto del mondo, dottor Bredin?

La stampa 3D ha goduto di una diffusione vasta in Italia, che rappresenta uno dei Paesi europei nei quali Stratasys può vantare il parco installato più ampio. Sin dagli inizi, così come è accaduto altrove, sono aumentati i casi applicativi in tutti i settori nei quali la tecnologia poteva fornire i maggiori vantaggi al complessivo ciclo di vita dei prodotti.

Formazione, modellazione e design, validazione dei prodotti sono state le prime applicazioni-chiave e si stanno ancora sviluppando, viste le superiori capacità del 3D printing in termini di realismo e ripetibilità dei disegni. La gamma dei materiali si è estesa, è migliorato il flusso di lavoro grazie a software abilitanti e alla possibilità di gestire volumi più ingenti nelle applicazioni verticali. Tutto questo ha guidato e sta ancora guidando la diffusione della tecnologia e sta potenziando i processi manifatturieri di fabbrica, garantendo lavorazioni più efficienti.

I costruttori possono rispondere meglio alla domanda di flessibilità dei mercati, che chiedono produzioni segmentate con precisione e lavorazioni on demand, per le quali gli strumenti digitali sono spesso più importanti che non quelli fisici. Questo vale altresì per le operazioni di prototipazione e per i bassi volumi, all’inizio e al termine del ciclo di vita dei manufatti, magari con l’obiettivo di servire la causa delle manutenzioni personalizzate.  

Prevedete un’ulteriore crescita delle tecnologie 3D e la diminuzione del costo delle polveri?

Il costo è un fattore abilitante importante, ma il rapporto costo-beneficio va analizzato a seconda delle specifiche applicazioni e deve essere visto anche alla luce delle possibilità che il 3D printing offre di ottimizzare l’intero processo di produzione end-to-end.
Il passaggio dai documenti CAD ottimizzati per la produzione additiva sino al prodotto finale può essere caratterizzato da diversi livelli di finitura e il confronto deve riguardare i processi di produzione delle parti – quello digitalizzato e quello tradizionale – nella loro totalità. La velocità e il grado di automazione delle stampanti, il throughput, costo e tipologia dei materiali e delle operazioni di finitura sono altri elementi dei quali è necessario tenere accuratamente conto.

Senz’altro il progredire delle tecnologie e l’incremento dei volumi stampati in tre dimensioni faranno sì che anche i prezzi dei materiali crescano d’importanza. In alcuni casi, si pensi per esempio ai concept iniziali di un progetto o prodotto, la performance dei materiali non è essenziale: se ne possono utilizzare di più economici perché l’aspetto fondamentale è la velocità di stampa.

La nostra recente Serie F123, giusto per citarne una, consente di lavorare un materiale fra i meno costosi in assoluto come il PLA; e tuttavia è un sistema affidabile che riproduce alla perfezione i progetti di partenza. Risparmiare sul materiale non avrebbe senso se poi non si riesce a dare vita alle parti o componenti desiderate; e questo è quel che succede spesso con soluzioni di stampa a basso costo e materiali economici.
Dal nostro punto di vista dei vendor l’ideale sono i macchinari di grado industriale che permettono ai professionisti di focalizzarsi sul loro lavoro di designer o di manufacturer, contando su sistemi capaci di realizzare le giuste parti, nei tempi richiesti, al momento giusto, con i materiali adatti; e con le certificazioni imposte dalle singole applicazioni nonché dai loro scopi specifici.

 

Quali ritiene che siano a oggi i principali settori di applicazione della stampa tridimensionale?

Se parliamo di prototipazione o concept modeling, allora si tratta di aree che interessano potenzialmente e trasversalmente industrie di ogni tipo. Non a caso proprio nella prototipazione la stampa 3D sta godendo di una larga adozione; negli uffici tecnici interni o presso i partner esterni specializzati. Il tipo di applicazione cambia poi a seconda dei settori verticali.

Le stampanti basate su FDM vantano applicazioni verticali svariate ma nell’automobile o nei beni di consumo dove colore, texture e trasparenza sono aspetti decisivi il designer cercherà soluzioni in grado di coniugare la velocità di esecuzione con il realismo, anche per poter scegliere eventuali alternative in modo rapido. Qui, risultano dal nostro punto di vista largamente apprezzate tecnologie come PolyJet, con la nostra J750 certificata Pantone.

Nel settore delle lavorazioni con macchine utensili che richiedono un cambio-utensili particolarmente veloce, la manifattura additiva può aiutare le aziende a creare utensili e strumenti più leggeri, modificarne la forma, ottenerne di nuovi e mirati a seconda delle esigenze, ottimizzando risorse e cicli produttivi. Servono necessariamente, in queste circostanze, stampanti di livello industriale, che garantiscano accuratezza, appropriatezza dei materiali, resistenza agli impatti.

La richiesta cresce anche là dove si debbano integrare gli aspetti dell’elevato valore aggiunto con i bassi volumi: dall’aerospazio all’automotive. Lavoriamo a stretto contatto con le imprese anche per consolidare la cultura dell’additive manufacturing e far comprendere loro come esso possa influenzare positivamente il loro business. Per questo serve un ingente sforzo di ricerca e sviluppo. Alcune esperienze significative ci vengono dalla produzione di parti certificate per grandi multinazionali del trasporto.
Un’ultima nicchia di estremo interesse e nella quale crediamo molto è quella del medicale e dentale, con modelli chirurgici utilizzati anche per finalità di formazione delle nuove generazioni, migliorando l’esperienza dei pazienti.