Dalla modellazione 3D alla stampa 3D, passando per il design generativo: la rivoluzione della manifattura additiva. Al servizio della mass customization con l’obiettivo di ridurre sprechi e costi ed aumentare produttività e creatività.
Di Patrizia Ricci
L’Additive Manufacturing è senza alcun dubbio una delle più potenti tecnologie abilitanti legate all’industria 4.0, fino a qualche tempo fa esclusivamente ed oggi, erroneamente, collegata alla prototipazione rapida. Se consideriamo la traduzione letterale, con manifattura additiva si intende la creazione di oggetti con forme complesse, dal punto di vista geometrico o del ciclo di produzione, mediante aggiunta di materiale a materiale, una sorta di rivoluzione nelle lavorazioni meccaniche industriali. La stampa 3D in ambito industriale, viene utilizzata in generale ovunque siano richieste forme complesse, tempi di sviluppo rapidi, capacità di integrare componenti per semplificare il design, alta flessibilità e personalizzazione. Nata nel mondo della prototipazione rapida, la produzione con la stampa 3D viene oggi utilizzata per la realizzazione di pezzi tecnici, dalle geometrie complesse, per serie di produzione altamente personalizzabili e limitate, e costituisce un nuovo segmento di mercato di grande interesse. Per soddisfare questa richiesta, i produttori di stampanti 3D hanno sviluppato diverse tecniche di Additive Manufacturing, a seconda del tipo di prodotto, della precisione richiesta e dei materiali, in linea con i paradigmi dell’industria 4.0. La scelta dei possibili materiali spazia tra resine plastiche, ceramica, metallo o cera e si amplia giorno dopo giorno. Si può usare un liquido fotosensibile che viene solidificato tramite un laser che segue la geometria da creare (Stereolithography), oppure si può impiegare una bobina di materiale plastico che viene fuso ed applicato da una testa che viaggia su un sistema elettromeccanico a 3 assi (FusedFilamentFabrication). La fusione di una polvere di materiale metallico, utilizzando un fascio di elettroni generato da una testa mobile, è una tecnica sviluppata per applicazioni aeronautiche, mentre altre tecnologie permettono la creazione di oggetti elastici ed isotropici, trasparenti. Le applicazioni della stampa 3D sono in continua espansione. Basti pensare alle potenzialità offerta dalla versatilità e personalizzazione della stampa 3D in campo medicale per la generazione di protesi su misura o a quanto è stato possibile fare nell’ultimo anno a seguito dell’enorme richiesta di dispositivi di protezione dovuta alla situazione pandemica mondiale che sconvolto il pianeta. Nell’ambito aeronautico, una specifica tecnologia di Additive Manufacturing chiamata EBM (Electron BeamMelting) viene utilizzata per la produzione di pale per le turbine dei motori aeronautici. Le stampanti 3D rappresentano un cambiamento culturale paragonabile al passaggio dal tecnigrafo al CAD bidimensionale negli anni ’80 e successivamente, negli anni ‛90, dal CAD bidimensionale a quello tridimensionale. Il vantaggio va ricercato non solo nel minor tempo di produzione ma anche nel salto di qualità della modernizzazione operativa.
È proprio il comparto industriale il maggior beneficiario dell’immissione di tecnologie, la stampa tridimensionale su tutte, che consentano di minimizzare costi e sprechi, riducendo il time to market. Oggi il mercato richiede i prodotti caratterizzati da una complessità e una customizzazione sempre crescenti, e con sempre maggiore velocità, prodotti che devono essere, al contempo, più leggeri, più resistenti e più flessibili. In questi termini, l’additive manufacturing si colloca all’interno del mercato manifatturiero per abilitare componenti che prima erano o troppo difficili o tropo costosi. Queste sfide possono essere affrontate a partire dalla fase di concept design, con cui definire il nuovo prodotto, a cui segua la fase realizzativa, che sull’onda di una produzione flessibile, si apra alle nuove tecnologie di additive manufacturing. Con queste è possibile innovare e riprogettare il prodotto in un’ottica 4.0. Il digital twin, dunque, diventa il core di tutto il processo di sviluppo produttivo. In particolare, avvantaggiandosi della cosiddetta additive manufacturing mista, si potrebbero produrre pezzi liberi dalle strutture di supporto, leggeri, ottimizzati nella forma, da inserire insieme ad altri componenti. Funzionalità intelligenti che permettono di simulare ciò verrà realizzato con la macchina prima di farlo veramente, consentirà di evitare danni e definire le strategie migliori.
Ma è il generative design la nuova tecnologia che, attraverso cloud e intelligenza artificiale, sarà in grado di affiancare i designer e i progettisti attraverso una serie di soluzioni geometriche e sovvertirà in un futuro a breve termine il concetto stesso di progettazione, imitando l’approccio evolutivo della natura al design, generando forme differenti da quelle solitamente create dagli algoritmi, e consentendo di cambiare il ciclo di produzione, specificando anche con che tipo di tecnologia si vuole lavorare. I progettisti o gli ingegneri inseriscono gli obiettivi di progettazione in un software di design generativo, insieme a parametri quali materiali, metodi di produzione e vincoli di costo. A differenza dell’ottimizzazione topologica, il software esplora tutte le possibili permutazioni di una soluzione, generando rapidamente alternative di progetto. Il software impara da ogni iterazione cosa funziona e cosa no e crea rapidamente alternative al progetto ad elevate prestazioni. Con il design generativo non esiste un’unica soluzione, ma potenzialmente migliaia di ottime soluzioni. Basterà scegliere il design più adatto alle proprie esigenze e stamparlo in 3D. Il design generativo consente di creare forme complesse e reticoli interni ottimizzati, spesso impossibili da realizzare con i metodi di produzione tradizionali, e al contrario, possibili utilizzando i nuovi metodi di produzione additiva. Nel dossier che segue, le soluzioni e le proposte di alcune delle più importanti aziende del settore.
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