Produzione additiva: la stampa 3D digitalizza la lavorazione industriale

La produzione additiva è un metodo di lavorazione per la realizzazione istantanea degli articoli sulla base di un modello digitale e senza bisogno di stampi. Questa tecnologia collegata alla stampa 3D ha rivoluzionato i centri produttivi con processi più efficienti ed economicamente vantaggiosi. 

In questo articolo, analizziamo la produzione additiva, in che modo ha migliorato la catena di produzione e, soprattutto, quale ruolo svolge nella logistica 4.0. 

Che cos’è la produzione additiva

La produzione additiva è un sistema di produzione che si serve della progettazione al computer, o CAD dall’acronimo inglese, e di scanner 3D. Questo nuovo concetto di produzione crea oggetti aggiungendo strati di materiale, soprattutto plastica e metallo. 

Diversamente dai processi produttivi tradizionali, con questo metodo non si elimina materiale durante la fase di realizzazione (il cosiddetto sistema sottrattivo). La produzione additiva applicata a quella in serie può ridurre i costi, eliminare gli errori e svolgersi con maggiore rapidità e precisione.

Oggi questa procedura si applica soprattutto nei settori in cui la personalizzazione e la precisione sono elementi chiave. Ad esempio, con questo sistema si producono impianti o strumenti chirurgici per il settore sanitario e componenti per l’industria aerospaziale.

Comunemente associata alla stampa 3D, in realtà la produzione additiva e la stampa tridimensionale non sono esattamente la stessa cosa. La produzione additiva crea nuovi componenti complessi e duraturi utilizzando materiali come il metallo in ambito industriale. La stampa 3D, invece, indica un tipo di tecnologia additiva che consente di creare oggetti in modo limitato e in un contesto più domestico.

Tecnologie di produzione additiva

La produzione additiva è una tecnologia in costante evoluzione. Rivediamo quali sono attualmente le tecniche principali:

• Stereolitografia (SLA): è la prima tecnica di produzione additiva ad avere visto la luce. Questo metodo utilizza una resina liquida che si solidifica sotto l’effetto della luce ultravioletta. 
• Sinterizzazione laser selettiva (SLS): inventata alla fine degli anni Ottanta dall’Università del Texas, questo tipo di produzione additiva combina laser e polvere di plastica per creare nuovi oggetti. 
• Modellazione a deposizione fusa (FDM): diventato popolare per la gestione facile ed economica, questo sistema, brevettato come FDM, consente di modellare prototipi e di produrre su piccola scala. 
• Binder Jetting: questa tecnologia polverizza un agglutinante liquido su un letto di polvere che poi si solidifica. 
• PolyJet o Material Jetting: si tratta di una macchina con laser diretto su un letto di polvere di metallo. Si utilizza per produrre prototipi e componenti finiti di metallo totalmente funzionanti nell’arco di pochi giorni.

Benché siano numerose le tecnologie che producono oggetti sovrapponendo strati di metallo e plastica, sono sempre di più le aziende che sperimentano altri materiali, anche quelli di origine alimentare.

Che cosa serve per la produzione additiva? 

La tecnologia additiva presuppone l’allestimento di una stazione di lavoro in linea con il centro di produzione per progettare e programmare la creazione di nuovi oggetti in serie. Quindi, un’azienda che punta su questa nuova tecnologia deve disporre dei seguenti strumenti: 

Un software di modellazione 3D, ossia un’applicazione CAD. 

Una macchina per la produzione additiva, ad esempio una stampante 3D.

Un polmone di approvvigionamento con le materie prime necessarie per la creazione di prodotti in serie. In altre parole, la plastica o il metallo che verranno aggiunti a strati per realizzare l’oggetto. 

Come funziona la produzione additiva? 

Alla base della produzione additiva ci sono cinque processi:

1.- Creazione di un modello 3D dell’oggetto da riprodurre. La stazione di lavoro deve essere provvista di computer e software CAD.

2.- Il file creato con il software viene convertito in un formato che differenzia gli strati in cui è suddiviso digitalmente l’oggetto. In genere, viene convertito in un formato STL (Standard Triangle Language). 

3.- Il file viene inviato alla stampante 3D o alla macchina che riproduce il prodotto finale. 

4.- Successivamente, la macchina stampa in serie strato per strato la quantità di articoli configurati nella stazione di lavoro. 

5.- Trascorso un periodo di sicurezza e raffreddamento, l’operatore preleva il modello dalla linea di produzione, già pronto per essere trasferito alla zona di stoccaggio o spedizioni. 

Da sottolineare che dopo avere progettato il prodotto in CAD, la linea di produzione utilizza il modello digitale per realizzare in serie l’articolo con rapidità e precisione. 

Vantaggi (e inconvenienti) della produzione additiva

La produzione additiva è una tecnica innovativa che offre numerosi vantaggi:

• Precisione di progettazione e produzione: il modello 3D riduce gli errori nel processo di produzione.
• Flessibilità, dinamicità e adattabilità: questo sistema di produzione richiede solo un computer, un software e una macchina per produzione additiva, permettendo così l’integrazione di linee a bassa complessità in magazzino. 
• Taglio dei costi logistici e di produzione: gli assemblaggi e il prodotto possono essere realizzati a partire da materiali come la povere di plastica e di metallo, riducendo l’impatto economico nella fase di produzione ed eliminando il trasporto tra il centro di produzione e quello logistico. 
• Personalizzazione del prodotto: il progetto preliminare consente di modellare il prodotto in base alle esigenze del cliente, a vantaggio del servizio e dell’immagine aziendale. 

In un contesto di omnicanalità e Industria 4.0., in cui le aziende devono gestire sempre più ordini con un margine di manovra risicato, la produzione additiva consente di operare in risposta alla domanda - sistema just in time o JIT - alle condizioni richieste dal cliente, senza necessità di disporre di uno stock preventivo. Tuttavia, la produzione additiva presenta alcuni inconvenienti: 

• Elevato costo iniziale: l’implementazione di questa tecnologia di produzione implica un costo elevato per le aziende, che riguarda soprattutto la macchina di modulazione del prodotto. 
• Uso limitato di materiali: l’attuale tecnologia di produzione additiva consente la produzione in serie solo con materiali plastici e metallici. 
• Porosità della superficie: attualmente, la struttura degli articoli realizzati con le principali tecniche di produzione additiva presenta porosità difficili da individuare a occhio nudo, ma che possono causare guasti. 

Applicazioni della produzione additiva per il magazzino

Il numero di aziende che introduce la produzione additiva nei suoi processi è in continuo aumento. Questa tecnica garantisce una riduzione dei costi operativi, più efficienza nella logistica di produzione e un significativo miglioramento del prodotto finale. 

La possibilità di progettare e costruire digitalmente un elemento personalizzato spinge le aziende a investire su questo sistema di produzione. Dopotutto, la produzione additiva è valida sia per la produzione in serie che di articoli personalizzati, soddisfacendo così le diverse esigenze del cliente. 

Per questo motivo, industrie come quella sanitaria e aerospaziale hanno già implementato questo tipo di processi nei loro impianti. La resilienza della plastica e del metallo, insieme all’igiene del processo produttivo, garantiscono la massima qualità del prodotto finale. 

Senza dilungarsi ulteriormente, il settore automotive sta integrando la produzione 3D in numerosi processi. Ad esempio, il team di Formula 1 McLaren sta attrezzando le auto da corsa con parti realizzate con stampanti 3D.

La produzione additiva: efficienza nei centri di produzione

Sebbene la stampa 3D sia finora nota come metodo standard per la realizzazione di oggetti industriali, le diverse tendenze di produzione additiva esistenti hanno il potenziale per rivoluzionare tutti gli aspetti del settore manifatturiero. La logistica trarrà particolare beneficio dall’implementazione di questi processi nei centri produttivi. Infatti, tra i vantaggi più evidenti di questa tecnologia si annoverano:

• Diminuzione dei costi di produzione.
• Riduzione dello stock del magazzino.
• Personalizzazione del prodotto senza necessità di una stazione di lavoro dal valore aggiunto. 

Per implementarla, sono sufficienti pochi strumenti. Bastano un computer, un software di progettazione e una macchina per la produzione additiva e le aziende sono già in grado di integrare linee di produzione a bassa complessità all’interno del magazzino.