Stampa 3D: come sta invadendo le aziende italiane?

La stampa 3D è un insieme di tecnologie, anche significativamente differenti l’una dall’altra, che capovolge il paradigma produttivo a cui siamo abituati: non più asportazione di materiale dal pieno, bensì addizione dal nulla. Il processo produttivo prende infatti avvio da un modello virtuale tridimensionale dell’oggetto da realizzare che, elaborato da programmi specifici, viene scomposto in strati di alcuni centesimi di millimetro di spessore (in funzione della tecnologia selezionata), che vengono depositati da stampanti in grado di comporre (e consolidare), strato dopo strato (layer by layer), il prodotto finito. Una vera e propria rivoluzione, le cui origini risalgono al lontano 1980, quando Chuck Hull, tutt’ora presidente di 3D Systems, per primo realizzò una stampante additiva. Negli ultimi anni, anche in relazione alla scadenza di alcuni dei primi brevetti, la tecnologia ha accelerato notevolmente il proprio processo di maturazione, rendendo possibili applicazioni prima impensabili, anche in campo industriale. Sono infatti sempre più numerosi gli esempi di applicazioni industriali della tecnologia, sia da parte di grandi aziende internazionali, sia di aziende italiane di minori dimensioni. Tali esempi sono classificabili in quattro differenti ambiti, nel seguito descritti.

1. Prototipazione / pre-serie (Rapid Prototyping)

Trattasi del campo di applicazione più radicato della tecnologia, finalizzato alla realizzazione di prototipi (di prodotti finiti e/o componenti), grazie a cui effettuare valutazioni estetiche e/o funzionali. Ford da diversi anni sta implementando la tecnologia nella prototipazione di componenti delle proprie autovetture: motore e organi di trasmissione, ammortizzatori, elementi della carrozzeria, sono solo alcuni dei prototipi realizzati. I benefici sono relativi alla compressione del tempo di sviluppo, passato da alcuni mesi ad alcune settimane[1]. Altro beneficio rilevante, è la possibilità di effettuare la stampa di diversi componenti in un solo processo, dando poi la possibilità agli ingegneri di valutare le combinazioni migliori per rispondere alle esigenze del mercato. Di fatto, grazie alla stampa 3d, si passa direttamente dalla fase di design a quella di produzione, eliminando i passaggi intermedi di realizzazione di utensili e stampi, garantendo la convenienza economica della produzione in piccoli volumi e addirittura singoli pezzi.[2]

Caso simile, ma con benefici non a favore della ricerca&sviluppo interna, bensì di un cliente che commissiona il lavoro, è quello dell’italiana Dallara Automobili. L’azienda, si occupa infatti anche di progettazione conto terzi, nello specifico di telai per le autovetture. Ebbene, tale attività viene svolta impiegando stampanti 3D (per stereolitografia), che producono l’80% dei componenti di ciascun modello, che poi viene testato in galleria del vento. Così operando, Dallara ha ridotto il time-to-test da qualche settimana a qualche giorno, producendo con elevata flessibilità prodotti con geometrie molto complesse (free form design), non ottenibili per asportazione di truciolo.[3]

2. Produzione indiretta (Rapid Tooling)

Per produzione indiretta si intende la realizzazione di strumentazione necessaria per la produzione dei prodotti. In pratica, grazie all’utilizzo di tecniche di stampa 3D, un’azienda può produrre internamente gli utensili e le attrezzature necessari per la realizzazione della produzione vera e propria. Sempre rimanendo nel settore dell’automotive (secondo Wohlers[4] uno dei settori in cui questa tecnologia sta trovando maggiore spazio), Opel sta realizzando in maniera additiva attrezzature per l’assemblaggio dei componenti di alcuni dei suoi modelli. Nello specifico, stampa guide, centraggi, posaggi, chiavi, senza limiti di geometria e forma, adattandoli in tempo (quasi) reale alle modifiche dei progetti delle automobili. Con quali benefici? Maggiore flessibilità, minori tempi di produzione, e riduzione dei costi.[5]

3. Produzione diretta (Rapid Manufacturing)

Talvolta l’utilizzo della manifattura additiva garantisce, oltre alla possibilità di ottenere forme più complesse e geometrie non necessariamente realizzabili con metodi sottrattivi, anche l’incremento di alcune caratteristiche meccaniche dei prodotti. Questo è il caso della GE Aviation, che stampa diversi componenti delle proprie turbine (tra l’altro anche nello stabilimento italiano di Avio Aero, a Cameri) tramite tecnologie additive, per un volume pari a 100.000 pezzi/anno. Un volume davvero considerevole, se si pensa che il tipico break-even point per la stampa 3d (rispetto ai metodi tradizionali) si attesta attorno alle poche migliaia di pezzi. Perché questa convenienza anche con volumi più elevati? Perché i benefici sono molteplici. In primis, migliorano le prestazioni delle turbine, che risultano più leggere e durevoli. Inoltre, aumenta l’efficienza del processo produttivo: ad esempio, gli ugelli necessari per l’immissione del propellente nella turbina vengono ora realizzati in un unico pezzo attraverso un unico processo di stampa, mentre con le tecnologie tradizionali era necessario realizzare separatamente una ventina di componenti, poi da assemblare[6].

La produzione diretta è un lusso che solo big player internazionali possono permettersi per via degli investimenti necessari? Non proprio. Per esempio, l’italianissima (e di medie dimensioni) Savio Macchine Tessili, da diversi anni utilizza la manifattura additiva per produrre componenti che poi monta sulle proprie macchine. Quali componenti? Quelli la cui geometria è così complessa da non poter essere realizzati per asportazione di truciolo. In volume, stiamo parlando di circa 1.000 pezzi all’anno, sviluppati tra l’altro in un tempo pari ad 1/10 di quello originale.[7]

4. Parti di ricambio (Spare parts)

Si pensi alle parti di ricambio di un qualsivoglia bene di consumo durevole (dall’apparecchio domestico alle caldaie, fino alle auto, ai grandi impianti, etc.) ed alla necessità di produrle e stoccarle in opportuni quantitativi all’interno di depositi sparsi per il globo, in attesa che si manifesti la necessità di impiegarle. Si tratta quasi sempre di tantissimi codici, con domanda sporadica difficile da prevedere e, talvolta, elevato valore (e quindi, costo di stoccaggio), con significativo rischio di obsolescenza. In questo scenario, si pensi ai molteplici benefici che si potrebbero generare qualora potesse essere possibile stampare on demand & on site i vari componenti. Meno scorte, meno trasporti, meno necessità di magazzini. Nei casi più estremi, potrebbe addirittura cambiare il modello di business, perché ad essere venduto non sarebbe più il prodotto fisico, bensì il modello virtuale dello stesso, che potrebbe essere stampato direttamente dall’utente che ha palesato la necessità[8].

Ma non tutto ciò che brilla è oro. Sebbene la tecnologia stia effettivamente evolvendo con tassi di crescita molto elevati, e si stia facendo largo in un numero sempre maggiore di settori e di imprese, una recente ricerca del laboratorio RISE dell’Università di Brescia, che ha coinvolto quasi un centinaio di aziende manifatturiere, ha dimostrato che solo il 50% di queste conosce in maniera approfondita la tecnologia, e solo un 20% la sta già implementando. A cosa si deve questo numero limitato (seppur certamente non trascurabile) di aziende che la stanno utilizzando, anche a fronte di benefici potenzialmente interessanti

La ricerca evidenzia il fatto che il problema principale è legato alle competenze, difficili da ottenere in azienda, ma anche da reperire all’esterno. Sembrano cioè mancare nuove figure professionali in grado di “portare” la tecnologia in azienda; per ottenerle, (tra le varie) occorre ripensare i percorsi formativi degli studenti, allineandoli ai trend tecnologici in atto.

[1] http://www.youtube.com/watch?v=S6OZXdRoogY

[2] The Pivotal Role of Rapid Manufacturing in the Production of Cost Effective Customised Products. Christopher Tuck and Richard Hague, 2003.

[3] The Digital Manufacturing Revolution Research – Laboratorio RISE dell’Università di Brescia

[4] Wohlers Report 2014

[5] Using 3D Printed Tools to Build Their Cars is Just How Opel Rolls – www.3dprintingindustry.com

[6] http://www.youtube.com/watch?v=l0SXlkrmzyw

[7] The Digital Manufacturing Revolution Research – Laboratorio RISE dell’Università di Brescia

[8] Rapid manufacturing in the spare parts supply chain Alternative approaches to capacity deployment. Holmström et al. 2010.