Politiche e tecnologie per l'industria digitale

La manifattura additiva sta vivendo un crescente interesse nel mondo manifatturiero, affermandosi come uno dei temi più caldi dell'onda. In questo articolo troverai tutte le informazioni di base per scoprire come vengono realizzate le nuove macchine, quali sono le tecnologie di processo e i materiali più interessanti.

Questo articolo è stato pubblicato nel numero di maggio 2018 di Industry 4.0 Design Magazine (editore: Quine), la cui versione sfogliabile è disponibile a questo link.

di Enrico Annacondia, AITA - Associazione Italiana Tecnologie Additive *

Per ovviare ad un'iniziale "vaghezza" del termine, è stato recentemente pubblicato uno standard di validità mondiale, elaborato congiuntamente dagli organismi di regolamentazione dei vari paesi. Secondo questo documento (denominato ISO/ASTM52921-1 "Terminologia standard per sistemi di coordinate di produzione additiva e metodologie di test"), le tecnologie additive sono definite come "quei processi che aggregano materiali al fine di creare oggetti a partire dai loro modelli matematici tridimensionali , solitamente sovrapponendo strati e procedendo in senso contrario a quanto avviene nei processi sottrattivi (o asportazione truciolo)”.

Come sinonimo, il termine "stampa 3D" è spesso usato nei media e nel mondo dei makers e della produzione personale. Anche per esso i regolatori hanno individuato una definizione: "processi additivi che realizzano prodotti depositando materiale mediante testina di stampa, ugelli o altre tecnologie di stampa)". Invece, il termine "prototipazione rapida" è praticamente fuori uso, in quanto le tecnologie additive sono sempre più utilizzate per creare parti funzionali (e non solo parti prototipali/dimostrative).

Da ciò emerge un panorama applicativo in cui le tecnologie additive occupano un ruolo complementare a quello di quelle tradizionali, ovvero macchine utensili per asportazione/deformazione o, più in generale, beni strumentali legati a specifici materiali/prodotti. In questo panorama (identificabile come "produzione additiva"), le tecnologie analizzate producono modelli fisici, prototipi, componenti, attrezzature e prodotti di vario genere, utilizzando una molteplicità di materiali: polimeri, metalli, ceramiche e materiali compositi (la gamma è in rapida in espansione, tra cui, ad esempio, tessuti biologici e composti alimentari come pasta o cioccolato).

Facendo sempre riferimento alla norma suddetta, questa può essere svolta, in linea di massima, secondo sette famiglie di processi:

È fondamentale notare che le tecnologie appena citate devono essere integrate da una serie di aspetti fondamentali per dare vita ad una vera e propria filiera dell'additive manufacturing.

Il processo di fabbricazione tramite processi additivi ha origine da un modello matematico 3D, definibile teoricamente tramite un qualsiasi CAD tridimensionale. Però:

Le parti metalliche realizzate con tecnologie hanno livelli di finitura e tolleranze (geometriche e dimensionali) paragonabili a quelle ottenibili con le tradizionali tecniche di fonderia. Ciò richiede una rilavorazione delle macchine utensili che deve essere effettuata considerando da un lato le caratteristiche dei materiali lavorati (spesso difficili da scheggiare), e dall'altro le geometrie non convenzionali consentite dalle tecnologie additive. Inoltre, in alcune applicazioni, è necessario effettuare dei post-trattamenti per migliorare le caratteristiche metallografiche e meccaniche del prodotto. Questa esigenza è mitigata nella produzione di prodotti polimerici, dove questa fase è spesso ridotta alla rimozione dei supporti

È necessario sia per attività "in process" che garantiscano una costanza qualitativa degli artefatti generati (soprattutto quando questi svolgeranno compiti "mission critical" come nelle corse, aerospaziale o biomedico), sia per caratterizzare i materiali in entrata e in uscita da il processo

Il costo, la disponibilità, la qualità e il numero di tipologie di materie prime possono influenzare le prestazioni tecnologiche ed economiche dei processi.

Sono legati a tipologie di macchine, materiali e processi spesso nettamente differenti da quelli tipicamente utilizzati nel mondo della “produzione tradizionale”. Questo aspetto è al vaglio di un pool di esperti coordinato da INAIL e AITA - Associazione Italiana Tecnologie Additive, al fine di creare una linea guida che sarà pubblicata a breve.

Il settore della tecnologia additiva è un settore in rapida evoluzione. Diventa quindi estremamente difficile definire uno stato dell'arte consolidato, contrariamente a quanto si può fare in altri settori produttivi.

L'unico aspetto in cui si può rilevare una certa "stabilità" è quello dei processi "di base" utilizzati dal settore della tecnologia additiva, ovvero i sette visti sopra.

Al contrario, si possono rilevare variazioni quasi quotidiane per quanto riguarda: applicazioni, sia a livello di settore industriale di sbocco, sia di applicazione a prodotti esistenti (per realizzare, ad esempio, personalizzazione di massa) o create ex-novo sfruttando le possibilità di design "Illimitate" derivanti dalle tecnologie in oggetto; materiali lavorati, sia a livello di natura chimica e fisica (nuovi materiali da lavorare), sia a livello morfologico (combinazione di materiali diversi per densità, colore, ecc. nello stesso prodotto); modelli di business che passano:

Concentrandosi sul panorama italiano, l'Italia, insieme a Germania, Francia e USA, è al di sopra della media degli altri paesi industrializzati, nonostante la relativa novità di queste tecnologie. Possiamo individuare alcuni aspetti peculiari del nostro Paese:

Va infine rilevato che una spinta verso l'adozione di tecnologie additive ben si adatta alle caratteristiche di flessibilità e personalizzazione che caratterizzano le aziende manifatturiere italiane (spesso PMI), purché si crei il tessuto culturale e di conoscenza adeguato. Questo aspetto è stato ulteriormente sottolineato dal “Piano Industria 4.0” del Governo Italiano che, nella misura dell'“iperammortamento”, ricompreso tra i beni soggetti ad agevolazione fiscale (elencati nei noti “Allegato A” e “Allegato B") 'l'intero insieme di risorse necessarie per implementare l'intera catena di produzione additiva, che vanno dal software di progettazione a soluzioni di test estremamente sofisticate come la tomografia.

Le capacità di “near net shape” (cioè quella di realizzare parti con una forma anche molto vicina a quella finale) delle tecnologie additive sono solo la punta dell'iceberg tra i motivi che le rendono sempre più interessanti per la produzione meccanica.

In realtà vi sono anche altre ragioni riconducibili a problematiche gestionali e legate agli obiettivi delineati nel citato “Piano Industria 4.0” e più in generale della transizione della manifattura italiana verso la “produzione digitale”. Tra queste si possono individuare, in particolare, la richiesta di prodotti "verdi", la personalizzazione di massa e la "servitizzazione" (ovvero la trasformazione del prodotto in servizio). Questi, infatti, sono tra i principali "input di mercato" che richiedono di pensare, progettare e costruire prodotti in modo diverso. Questi, in particolare, devono diventare leggeri, per ottenere una maggiore efficienza energetica, richiedendo, invece, l'utilizzo di materiali più sofisticati rispetto a quelli precedentemente utilizzati (es. acciai speciali, titanio, compositi, ceramiche, materiali ibridi); e smart, integrando nuove funzionalità grazie a tecnologie informatiche che consentono l'acquisizione di dati che ne migliorano le prestazioni (soprattutto ergonomiche ed energetiche) e l'integrazione, soprattutto in un'ottica di servitizzazione.

Quanto sopra richiede che la manifattura meccanica si allontani da alcuni dei suoi paradigmi tradizionali, per dare vita a un nuovo concetto di produzione (identificato da molti come il "quattro punti zero"). Vede la “fusione” delle tecnologie di processo (e relative macchine) con le tecnologie informatiche utilizzate per svolgere, in maniera integrata, la progettazione, la simulazione di prodotti, processi e sistemi produttivi, nonché la gestione, gestione e controllo di quest'ultimo. Questo al fine di adeguare il sistema produttivo nel modo più rapido e flessibile possibile alle nuove esigenze produttive, a loro volta legate alle nuove e, normalmente, più sofisticate richieste di mercato.

Se da un lato i costruttori hanno saputo inserire nelle moderne macchine utensili le funzioni e le tecnologie necessarie a soddisfare le numerose esigenze del nuovo paradigma “4.0”, dall'altro sono emerse nuove esigenze produttive che devono essere affrontate con nuove tecnologie.

Tra queste nuove esigenze emerge quella di svincolarsi dalle regole classiche del “design for manufacturing”, che a loro volta sono strettamente legate ai processi classici delle tecnologie meccaniche. Inoltre, la necessità di accorciare la filiera produttiva per realizzare prototipi funzionali o, meglio ancora, prodotti personalizzati in piccole o piccolissime serie (e/o per lavorare materiali insoliti) contribuiscono alla richiesta di nuovi processi produttivi. Con le tecnologie additive è inoltre possibile apportare modifiche significative alla sequenza di produzione del prodotto, in termini di

Per raggiungere questi risultati, il settore della manifattura additiva mette e metterà a disposizione delle aziende che intendono evolvere verso soluzioni di “produzione digitale” riguardanti:

Infine, non va dimenticato che le tecnologie additive sono per loro natura "digitali". Infatti, l'intera generazione del prodotto (almeno fino all'uscita della macchina additiva) è completamente gestita in maniera "informatizzata", come la catena di progettazione/simulazione, modellazione, generazione di part program e produzione dell'additivo pezzo si svolge senza "Rottura del supporto informatico" (cioè non richiede il passaggio di informazioni dal computer alla carta e viceversa).

Le tecnologie additivi, nel campo dei metalli, delle plastiche e di numerosi altri materiali (come la ceramica) stanno uscendo prepotentemente dalla dimensione della prototipazione e delle piccole serie, affiancandosi alle macchine utensili in produzioni sempre più caratterizzate da una dimensione industriale. Tuttavia, è impensabile che gli utenti affrontino il passaggio alla produzione additiva in un'ottica di mera sostituzione. Infatti, attualmente:

Il settore dell'additivo italiano, che rappresenta uno dei migliori al mondo grazie al coordinamento di AITA - Associazione Italiana Tecnologie Additive, non sta certo assistendo passivamente allo sviluppo del settore ma ne è parte assolutamente attiva. L'associazione, inoltre, sta promuovendo un'iniziativa, denominata “conferenze itineranti” che, con eventi in diverse città italiane, consentirà alle aziende interessate all'adozione di tecnologie additive di interagire con i principali attori operanti sulle varie componenti della filiera produttiva.

Informazioni su date, luoghi e programmi saranno date sul sito dell'associazione www.aita3d.it e su queste pagine. Inoltre, lo stand associativo AITA alla fiera 31.BIMU (www.bimu.it) ospiterà un'edizione speciale della manifestazione, dove il mondo delle macchine utensili potrà individuare le opportunità offerte sinergicamente da questo nuovo mondo produttivo.

AITA - Associazione Italiana Tecnologie Additive è un'associazione culturale che intende rappresentare gli interessi degli attori del settore (aziende manifatturiere e utilizzatrici, fornitori di tecnologie abilitanti, centri di servizi, università e centri di ricerca, ecc.), promuovendo il dialogo con le istituzioni , istituzioni e altre associazioni industriali, al fine di sensibilizzare e sviluppare tecnologie additive e stampa 3D.

AITA - Associazione Italiana Tecnologie Additive nasce dall'iniziativa dei suoi soci fondatori, sostenuti ed operativamente supportati da UCIMU-SISTEMI PER PRODURRE, che ha messo a disposizione dell'iniziativa le risorse necessarie e la sede associativa.

La mission associativa intende aggregare tutti i portatori di interesse che “gravitano” attorno alle Tecnologie Additive: aziende legate alle Tecnologie Additive e alle sue macchine/usi industriali, produttori, importatori, utilizzatori diretti, centri servizi, ecc…, aziende che sono legate al settore delle Tecnologie Additive ma non ne fanno direttamente parte (end-user, fornitori di tecnologie ICT, ecc...), centri di ricerca, università, enti pubblici e di governo che operano su aspetti correlati (RTDI, finanziamenti, ... ). L'associazione intende inoltre realizzare azioni trasversali e raccogliere informazioni condivise, dare voce concreta a un settore emergente, creare un'"immagine" delle Tecnologie Additive coerente con il loro ruolo nella manifattura, svolgere attività legate alla ricerca e all'innovazione, creare vantaggio competitivo , favorire le applicazioni industriali delle Tecnologie Additive e la loro connessione con altri processi di lavorazione meccanica.

In linea di massima le attività dell'AITA si suddividono in: normalizzazione, comunicazione e promozione, formazione, Ricerca e Sviluppo, eventi, mostre e fiere, ulteriori temi indicati dal Consiglio di Amministrazione.

Ad oggi, l'AITA conta 112 membri.

Per maggiori informazioni: www.aita3d.it, info@aita3d.it

Giornalista professionista ed esperto nella creazione e gestione di contenuti digitali e social media. Grande appassionato di tecnologia, collabora dal 2001 con diverse testate B2B del settore industriale, scrivendo di automazione, elettronica, strumentazione, meccanica, ma anche economia e food & beverage, oltre che con organizzatori di eventi, fiere e aziende . È membro del Consiglio di Amministrazione di ANIPLA, Associazione Nazionale Italiana per l'Automazione.

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