Dal modello matematico al pezzo finito con la tecnologia additiva. I vantaggi, i criteri di scelta, le case history.
ABC della fabbricazione additiva
La definizione fabbricazione additiva (o additive manufacturing, secondo la dizione anglofona) accomuna tutte le tecnologie che permettono di produrre un modello fisico per accrescimento, depositando il materiale strato dopo strato in modo selettivo.
Il punto di partenza è un modello virtuale, ovvero un modello matematico tridimensionale generato in ambiente CAD.
Il principio alla base della fabbricazione additiva si contrappone a quello delle convenzionali tecnologie sottrattive, che prevedono la rimozione del materiale in eccesso da un grezzo di fabbricazione tramite processi per asportazione di truciolo.
I vantaggi che possono derivare dall’utilizzo delle tecnologie additive sono molteplici. E non sono solo derivanti dal processo, ma dipendono anche dal design del prodotto. Innanzitutto, componenti anche morfologicamente molto diversi tra loro possono essere realizzati all’interno di una sola macchina, senza la necessità di utilizzare utensili o attrezzaggi dedicati come stampi o matrici. Questo permette una notevole flessibilità, in quanto per cambiare la geometria da produrre è sufficiente modificare il modello CAD e ripetere il processo, senza la necessità di riattrezzare la macchina. La possibilità di realizzare in questo modo un numero pressoché infinito di forme rende i processi additivi ideali per la produzione su commessa (o make-to-order). Non essendo necessario ammortizzare i costi fissi dovuti a stampi o attrezzature, la quantità del lotto economico è spostata verso il limite ideale della singola unità, rendendo quindi la personalizzazione di massa economicamente possibile. La produzione di oggetti unici è un aspetto cruciale: un esempio è la costruzione di protesi metalliche, che possono essere progettate ad hoc sulla base delle caratteristiche di ogni singolo paziente. Inoltre, la finitura delle superfici ottenute per via additiva si è dimostrata favorevole per l’osteointegrazione.
La fabbricazione additiva consente anche un utilizzo efficiente del materiale. La possibilità di depositare il materiale in modo selettivo, strato dopo strato, creando forme di qualsivoglia complessità (quali, ad esempio, le strutture trabecolari), permette da un lato di ridurre gli scarti di processo e la quantità di materiale necessario per produrre il componente, dall’altro di sfruttare al meglio le possibilità offerte dal design. In molti casi, infatti, la (ri)progettazione per la fabbricazione additiva ha permesso di aumentare il rapporto tra prestazioni e peso dei componenti, favorendo l’introduzione delle tecnologie additive nei settori aerospaziale e racing. Questo è probabilmente uno degli esempi più divulgati tra i risultati ottenibili.
Una delle prime applicazioni di successo è stata la realizzazione di canali conformali in stampi per lo stampaggio a iniezione di materiale polimerico. La fase di raffreddamento del polimero fuso all’interno dello stampo è la più lunga e delicata nel ciclo di stampaggio di un componente. L’uso di canali di condizionamento conformali alla geometria del pezzo ha un doppio vantaggio rispetto ai tradizionali canali dritti. In primis, consente un miglior condizionamento per la rimozione del calore dalla cavità dello stampo, con una conseguente riduzione del tempo ciclo e una maggiore produttività. In secondo luogo, un raffreddamento più uniforme del materiale rispetto allo spessore variabile della parte porta ad un migliore controllo del ritiro indotto dal gradiente termico. Ciò si traduce in una maggiore qualità dello stampaggio, con una diminuzione della percentuale di scarti di produzione.
È infine possibile la realizzazione di soluzioni di cinematica integrata, ovvero la realizzazione di piccoli assiemi in un unico pezzo fabbricato con processi additivi. Questo comporta una riduzione delle operazioni di assemblaggio, inclusa la saldatura e la brasatura, semplificando inoltre la gestione della supply chain per via del minor numero di articoli a magazzino.
