Prospettive per la manifattura additiva per i metalli

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L’additive manufacturing è una tecnologia in continua evoluzione. Con nuove applicazioni proprio nel settore dell’oleodinamica.

In generale, la manifattura additiva è un metodo di fabbricazione che permette di realizzare componenti con logiche completamente diverse da quelle tradizionali. Questa lavora per aggiunta, non per rimozione, e ciò permette di apportare materiali solo nelle zone funzionali alla realizzazione del componente.

Per realizzare un pezzo con la manifattura additiva si parte innanzitutto da un modello digitale realizzato in genere mediante dei software di modellazione 3D. Il modello viene poi discretizzato in strati e ciascuno strato realizzato tramite la stampante. Per la stampa si possono utilizzare diverse tipologie di materiali e diverse tecnologie di stampa ma tutte permettono di ottenere dei componenti finali che possono essere caratterizzati da un elevato livello di complessità e personalizzazione.

Dal magazzino al “digital inventory”

Un tema di sottofondo alla tecnologia ma che sta diventando sempre più importante e sempre più diffuso è il cosiddetto “digital inventory”. «Molte aziende stanno pensando di sostituire il proprio magazzino fisico con degli “inventari di file”, aspetto che da un lato per- mette alle aziende di non avere più capitale immobilizzato e dall’altro acconsente di poter disporre di parti di ricambio in tempi rapidi e in maniera piuttosto agevole», spiega Tommaso Tirelli, ceo e vp Business Development di AIDRO, Hydraulics & 3D printing.

Ogni componente viene progettato per essere poi prodotto con la tecnologia additiva al momento opportuno, esattamente quando serve evitando di fare scorte elevate. Si tratta di uno scenario molto interessante perché trasforma il magazzino – o parte di esso – da luogo fisico a luogo virtuale, pur potendo avere i pezzi avendo i file pronti per essere prodotti on demand.

La manifattura additiva elimina o quasi la necessità di avere uno spazio fisico dedicato a magazzino e di dover produrre in anticipo rispetto alla vendita una serie di componenti. All’entrata dell’ordine, infatti, basterà richiamare il file e mandarlo alla stampa per produrre il numero richiesto di componenti, si trattasse anche solo di “batch 1”.

Con il “digital inventory” i componenti possono essere prodotti anche a distanza di anni, eliminando o riducendo il rischio di non trovare più i pezzi di ricambio per macchine vecchie. «Se pensiamo, ad esempio, a settori come l’agricoltura, dove le macchine hanno vita utile anche di decine di anni, sicuramente l’additive manufacturing porta un vantaggio, potendo assicurare sempre la disponibilità di pezzi di ricambio, anche a distanza di anni», afferma Giuseppe De Marco, additive manufacturing engineer presso Kilometro Rosso.

Scenari futuri: “distributed manufacturing”

Con “distributed manufacturing” si intende la possibilità di mettere in piedi un network dove più stampanti sono messe in collegamento. Qual è il vantaggio? Il produttore a cui appartengono le stampanti può decidere di stampare un pezzo metallico solo dove gli serve, vicino al punto in cui esso verrà utilizzato. «Sono scenari futuri – prosegue Tirellima un futuro che si avvicina molto velocemente».

Una tecnologia con un grande futuro

Il mercato della manifattura additiva si è sviluppato notevolmente negli ultimi anni e nel 2019 ha raggiunto un valore di 10.5 miliardi. Secondo le previsioni tale valore tenderà ad aumentare notevolmente raggiungendo i 33 miliardi nel 2024, ma rimane ancora contenuto se confrontato con l’intero potenziale che questo mercato è in grado di esprimere, che si stima sia attorno ai 650 miliardi.

«Se andiamo a valutare il piano nazionale Industria 4.0, possiamo osservare come la manifattura additiva sia al secondo posto tra le tecnologie supportate, tant’è vero che la stessa Unione europea ha definito questa tecnologia come una tecnologia abilitante in ottica Industria 4.0», aggiunge De Marco.

I vantaggi della manifattura additiva

I vantaggi della manifattura additiva sono molti, riconosciuti da chi la usa e, soprattutto, aumentano a mano a mano che si acquista conoscenza e dimestichezza con la tecnologia stessa. Davvero sembra una tecnologia destinata a rivoluzionare la manifattura, aprendo strade oggi non facilmente realizzabili. Dal punto di vista dell’azienda che la utilizza, questa:
• permette di ottenere componenti con volumi produttivi bassi ai costi della grande scala;
• permette di realizzare una grande variabilità di prodotti rispetto alla manifattura tradizionale;
• permette di passare velocemente dal prototipo al prodotto che deve essere immesso sul mercato;
• richiede tempi brevi di setup e un basso intervento degli operatori;
• le macchine sono in grado di lavorare anche per tempi molto lunghi;
• permette di arrivare prima sul mercato e quindi migliora la competitività delle aziende;
• permette di realizzare componenti unici che si adattino perfettamente a richieste di elevata customizzazione.

Oltre a tutti questi vantaggi, la possibilità di inserirsi in un contesto e infine lo scambio di competenze sono stati essenziali per reindirizzare l’attività verso nuovi progetti e a una vera adozione della tecnologia additiva a fianco della produzione tradizionale. Grazie proprio alla volontà di AIDRO di promuovere la stampa 3D, la casa di Taino (Varese) è diventata punto di riferimento internazionale per tutto il settore oleoidraulico e questo le ha permesso nel mese di settembre 2021 di entrata a far parte del gruppo americano Desktop Metal, proprio con la volontà di sviluppare la tecnologia additiva nel fluid power.

Additive manufacturing metallico in oleodinamica?

Perché utilizzare l’additive manufacturing in oleodinamica? «Con questa tecnologia possiamo partire dalla funzione e dalla geometria ad essa necessaria e costruirvi attorno, strato dopo strato, la struttura in metallo, minimizzando la massa – precisa Tirelli. Questo porta un grande vantaggio in peso. Ad esempio, abbiamo ripensato in chiave additive un blocco idraulico in alluminio, ottenendo una diminuzione del materiale utilizzato e quindi una riduzione dell’80% del peso: con manifattura tradizionale il componente peserebbe 4,7 Kg; con manifattura additiva solo 0,7 Kg». Ma non è solo il peso che viene ridotto… AIDRO è riuscita a realizzare degli ugelli per sistemi di trasmissione, destinati a contenere un fluido in pressione. «Tradizionalmente, questi ugelli sono stati prodotti saldando più parti e impiegando lavorazioni meccaniche. Con la manifattura additiva è stato possibile ripensarlo interamente, realizzando un elemento di fatto monolitico con dei fori fatti già al momento della stampa, che non devono essere ripresi e che assolve alla sua funzione in maniera anche migliorata». Infine, la sostenibilità: «Fabbricando oggetti più leggeri si ha spesso un risparmio delle risorse laddove essi vengono usati. A questo si aggiunge che l’additive manufacturing è di per sé una tecnologia a bassa generazione di scarto. Entrambi questi elementi contribuiscono a definire la sostenibilità della tecnologia».

Il progetto

Il progetto a cura di AIDRO, Hydraulics & 3D printing è incentrato sulla produzione di scambiatori di calore smart in additive manufacturing metallico. Questo progetto permette di disegnare, realizzare e testare degli scambiatori di calore con additive manufacturing metallico, sfruttando le geometrie di strutture cosiddette biomimiche, caratterizzate da andamenti sinusoidali e superfici minime, ottimizzando il volume a disposizione. Si tratta di geometrie appositamente concepite per migliorare le prestazioni (più superficie di scambio a parità di volume, riduzione di perdita di carico, maggiore resistenza a pressione), impossibili da realizzare con una realizzazione non fattibile con la manifattura tradizionale. A parità di volume si ottengono più superfici di scambio e quindi si possono produrre dispositivi dalle prestazioni nuove e interessanti.

Manifattura additiva per metalli

Questo testo è stato redatto sulla base delle informazioni ottenute da due webinar organizzati dal MADE – Competence Center del Politecnico di Milano:
• “Casi di studio additive manufacturing: il progetto ‘PASSO’
• “Metal additive manufacturing: un nuovo scenario per le Pmi

I due webinar sono disponibili in streaming al seguente link: https://www.made-cc.eu/eventi.

Una tecnologia, tanti vantaggi per chi la applica

• La manifattura additiva elimina la necessità di utilizzare utensili particolari – ad esempio, gli stampi – e richiede solo la disponibilità del materiale di costruzione, della stampante 3D e dei software necessari alla realizzazione del progetto in 3D del componente
• Risparmio materiale
• Re-design innovativo delle forme e dei componenti
• Nuove funzionalità
• Customizzazione massima e realizzazione anche di “batch 1

di Maria Luisa Doldi

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