A discapito di quanto spesso si pensi, la tecnologia di lavorazione della lamiera si dimostra oggi viva e vegeta nonostante l’impatto della stampa 3D, che si sta pian piano facendo spazio anche nell’industria dei metalli. La produttività di un impianto di stampaggio da coil è infatti, oggi, di svariati ordini di grandezza superiore a quello di un impianto di produzione additiva: ma per quanto sarà ancora così?
Molto tempo è passato dalla SLA 1 di Charles (Chuck) W. Hull del 1986, la prima stampante 3D brevettata e commercializzata. Circa vent’anni dopo, allo scadere dei vincoli a protezione delle innovazioni introdotte, la tecnologia della stampa 3D visse una seconda giovinezza con la prima ondata pionieristica di stampanti 3D sia prodotte industrialmente che fatte in casa. Adrian Bowyer, ideatore della celebre serie di stampanti RepRap (REPlicating RApid Prototyping) prometteva di rivoluzionare il mondo con macchine in grado di replicare se stesse, realizzano l’utopistico sogno di creare un “Costruttore universale di Von Neumann”, quasi fosse un organismo vivente. Per rimarcare questo concetto, a ogni evoluzione di queste stampanti venne dato il nome di un biologo che aveva contribuito alla definizione della teoria della specie.
Acqua è passata sotto i ponti anche dai dibattiti per le più recenti elezioni politiche italiane, quando la tecnologia additiva era considerata da esponenti di spicco (non si sa bene a che titolo) il futuro della manifattura tout-court.
Ancora oggi non si può trarre una conclusione su quanto la tecnologia additiva rimpiazzerà quella sottrattiva o di deformazione, ma si può fare un punto dello stato attuale della stampa tridimensionale soprattutto nei confronti della tecnologia che più ci interessa, ovvero lo stampaggio della lamiera, sia da pretagliato che da coil. La creazione di lamiere, presupposto per lo stampaggio, è una tecnologia antica. Il primo disegno di un laminatoio per metallo, non si sa se realizzato o rimasto allo stadio concettuale, è del 1480 e pochi si stupiranno che sia stata opera di Leonardo da Vinci.
Il primo laminatoio effettivamente costruito di cui si abbia notizia è dei primi del Seicento e successivamente si è passati dalla formatura effettuata con il martello dai battilastra allo stampaggio e piegatura idraulica.
Si potrebbe pensare che si tratti di una tecnologia ormai matura. Non bisogna dimenticare però che le innovazioni nei materiali, negli stampi e nei macchinari è più impetuosa oggi che in passato. Basti pensare a tal proposito al sempre più vasto impiego e alle sempre migliori caratteristiche degli acciai altoresistenziali all’introduzione dei servoazionamenti e dei motori coppia nelle presse meccaniche, alla diffusione dei transfer elettronici a più assi, alla movimentazione trasversale degli alimentatori (zig-zag).
Al confronto con la tecnologia dello stampaggio a freddo della lamiera, la stampa 3D è invenzione di ieri che però in poco tempo si è evoluta, è scesa di prezzo, ha aggiunto alla stereolitografia di Hull la fabbricazione a filamento fuso (FFF, altrimenti nota con il nome commerciale di FDM, Fused Deposition Modelling) e processi adatti alla creazione di oggetti metallici. Ad oggi la norma ISO/ASTM 17296–2:2015 [Additive manufacturing – General Principles – Overview of process categories and feedstock”. ISO/ASTM International Standard (17296–2:2015(E)). 2015] codifica sette tecnologie differenti di stampa tridimensionale.
I componenti con esse prodotti compaiono sempre più frequentemente anche nei macchinari industriali, compresi quelli destinati alla produzione della lamiera stessa come, per esempio, supporti per blocchi valvole o per contenimento di nastri trasporto sfridi. In generale si tratta di applicazioni che vanno a sopperire a mancanze nei pur sterminati cataloghi di accessori ma raramente, nei macchinari industriali, si realizzano in 3D componenti non producibili altrimenti.
Eppure i vantaggi, sulla carta, sono notevoli.
Sfruttando la possibilità di realizzare forme con grande libertà e grazie alle funzioni più avanzate dei programmi di disegno assistito da calcolatore, direttamente dalla stessa interfaccia è possibile modellare, analizzare a elementi finiti e ottimizzare la forma degli oggetti in relazione alle prestazioni richieste, in genere con sensibili risparmi di peso. Queste funzioni sono comunque disponibili anche per il disegno di componenti stampati con applicazioni dedicate che permettono di modellare gli stampi in modo ottimale sotto ogni aspetto.
Stampa 3D, è vera gloria?
Per l’industria automobilistica, l’automotive, il settore industriale tendenzialmente più all’avanguardia sia nei sistemi produttivi per produzione di massa (ma non necessariamente contemporaneamente per entrambi), si prevede che la produzione di componenti 3D genererà entro il 2029 ricavi per 9 miliardi di dollari, più che quadruplicando l’ammontare nel 2019.
Di questa somma, buona parte sarà relativa alla prototipazione rapida in fase di messa a punto di nuovi modelli, una realtà consolidata dove i vantaggi della stampa 3D sono noti da tempo, il resto sarà principalmente destinato alla produzione di forme geometricamente complesse come, a titolo di esempio, i condotti di aspirazione per le competizioni o per il segmento delle auto di lusso. Indubbiamente occorrerà ancora del tempo prima che nell’automotive la stampa 3D esprima tutto il proprio potenziale anche nella produzione in grandi quantitativi.
La stampa tridimensionale è già oggi sempre più frequentemente concorrenziale non tanto con lo stampaggio di lamiera da coil quanto con i processi di formatura come fusione, tornitura e fresatura. D’altra parte queste ultime tecnologie hanno subito nei decenni passati la concorrenza proprio dello stampaggio in varie tipologie di prodotti. La lamiera stampata è una tecnologia che richiede numerosi passaggi tra la creazione della materia prima e la formatura del prodotto finito (laminazione negli spessori richiesti, taglio bobina in centri servizi) a cui si aggiungono i relativi oneri di trasporto e quelli dovuti alla costruzione e manutenzione di attrezzature dedicate e costose come le presse e gli stampi.
Tuttavia, il livello di efficienza raggiunto dalla catena dei valori aggiunti di ogni lavorazione la rende a tutt’oggi il processo produttivo per eccellenza nelle produzioni di massa e ci sono degli ambiti nei quali non si vede all’orizzonte una minaccia al suo predominio. Uno di questi è la produzione di oggetti in cui una (a volte due) delle tre componenti dimensionali del prodotto è fortemente minoritaria rispetto alle altre. È il caso quindi di pannelli e profilati. È difficile immaginare per esempio un’automobile senza una carrozzeria per proteggere dalle intemperie e dagli incidenti i passeggeri. La lamiera stampata, che sia d’alluminio o d’acciaio, presumibilmente continuerà a costituire una tecnologia efficiente ed economica per queste applicazioni.
In passato, per i pannelli delle carrozzerie, erano stati fatti dei tentativi con resine termoplastiche o vetroresina, come nel caso del primo esemplare della Renault Espace, ma i requisiti di riciclabilità dei componenti a fine vita ne hanno via via disincentivato l’impiego. Un altro settore in cui non si vedono alternative credibili all’orizzonte è quello della tranciatura fine [Kapil Gupta, … Rudolph Laubscher, in Advanced Gear Manufacturing and Finishing, 2017] basti pensare che alcuni leverismi dei cambi automobilistici sono realizzati con una finitura tale da non richiedere ulteriori passaggi. Ancora più eclatante è il caso specifico della produzione di lamierino magnetico destinato per motori elettrici trascinata dall’avanzata inarrestabile dell’elettrificazione del powertrain.
Qui l’Italia è leader mondiale e la richiesta è così elevata e in crescita che, alla domanda di un costruttore di presse a un produttore del settore su quante nuove macchine ci fosse prevedibilmente bisogno, la risposta è stata: «non abbiamo bisogno di “alcune macchine” in più, abbiamo bisogno di “alcuni stabilimenti” in più». È recente la notizia che l’automobile elettrica più venduta in Europa ad aprile è stata la Fiat 500e, uno degli ultimi prodotti autorizzati da Sergio Marchionne e realizzati da FCA prima della fusione con il gruppo PSA. Stellantis occupa anche la seconda posizione con la Peugeot e-206 a dimostrazione che l’Europa intera, non solo i costruttori tedeschi, sta recuperando anni di ritardo. Per la 500e, Fiat optò per una piattaforma nuova allo scopo di non compromettere l’autonomia di un mezzo di dimensioni tali da poter alloggiare solo un limitato pacco batterie. Ma quello che interessa sottolineare è che per un prodotto totalmente nuovo la tecnologia produttiva scelta è stata la lamiera stampata ottenendo un’autonomia di tutto rispetto e perfettamente adeguata alle necessità di una city-car.
Anche i nuovi produttori entrati nel mercato automobilistico come Tesla, proponendo vetture esclusivamente elettriche e rivoluzionando il mercato con concetti e modelli indubbiamente innovativi, pur liberi in tutto e per tutto dal vincolo di retaggi culturali del passato, non hanno messo in discussione l’impiego della lamiera nella maggior parte dei componenti.
Conclusioni
In sintesi, la necessità di ottimizzare la quantità di energia immagazzinabile negli chassis delle nuove autovetture attraverso la progettazione di piattaforme ex-novo è stata raggiunta utilizzando comunque lo stampaggio di lamiera da coil sia per la carrozzeria che per la scocca.
Più incerto è il futuro di componenti mobili o fissi di foggia più articolata come, per esempio, i bracci delle sospensioni.
Per queste produzioni, la stampa 3D potrebbe dare indubbi vantaggi in termini di libertà di forma. Tuttavia, l’adozione di acciai altoresistenziali (AHSS) e il miglioramento delle caratteristiche meccaniche del prodotto dovuto all’incrudimento del materiale durante la deformazione, costituisce ancora un grosso vantaggio per il processo di stampaggio. Anche qui, però, qualcosa sta cambiando. Recentemente è stata prodotta in Europa la prima polvere di acciaio altoresistenziale appositamente realizzata per la stampa 3D.
Si tratta, potenzialmente, di un game changer il cui impatto diventerà chiaro nei prossimi anni. Il divario che rimane difficile da colmare rimane, a tutt’oggi, il costo del pezzo finale.
Nonostante il calo dei prezzi delle stampanti, a parità di investimento, la produttività di un impianto di stampaggio è di svariati ordini di grandezza superiore a quello di un impianto di stampa 3D. Come spesso capita, la tecnologia produttiva da scegliere deriva dalle scelte progettuali a monte. I sostenitori della stampa 3D sottolineano che un solo componente ben modellato può sostituire più componenti stampati e assemblati e che ciò dipenda da come il prodotto sia stato concepito dal progettista, ovvero dal bagaglio di conoscenze note a quest’ultimo sulle tecnologie produttive disponibili.
Sarà quindi solo una rivoluzione nel disegno dei prodotti che potrà eventualmente sottrarre spazio alla tecnologia dello stampaggio e più in generale della deformazione a freddo.
Per ora essa continuerà a crescere senza che si vedano cenni di un esaurimento dei propri campi di applicazione.
La tecnologia della lamiera si dimostra oggi viva e vegeta, ben lontana dall’estinzione e in evoluzione proprio come teorizzato dai biologi a cui sono state intitolate intere generazioni di stampanti 3D.
Luca Cimmino
