L’additive manufacturing

La manifattura addittiva (AM), insieme alla nuova tecnologia di stampa 3D, rappresenta uno dei fattori chiave per la trasformazione produttiva all’interno di numerosi settori dell’industria e ai nostri giorni ha raggiunto un livello di sviluppo notevole, soprattutto per le implicazioni a livello industriale e tecnologico. La manifattura additiva potrebbe addirittura interrompere la catena del valore di un’azienda, proponendo una sorta di passaggio dalla produzione di massa alla personalizzazione degli oggetti e dei prodotti. Questa è la motivazione per cui questo tipo di tecnologia è ben sviluppata all’interno del panorama economico soprattutto per le

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conseguenze sull’economia europea e sulla posizione competitiva dei paesi a livello nazionale e internazionale.

Il termine manifattura additiva si riferisce ad un gruppo di tecnologie, anche molto diverse tra loro, che contribuiscono alla costruzione di oggetti fisici (componenti, semilavorati o prodotti finiti) attraverso l’aggiunta di differenti materiali, strato dopo strato, in modo da formare le varie parti che costituiscono un prodotto, quasi in contrapposizione alle metologie tradizionali manifatturiere. È un processo che dà la possibilità ai designer di trasformare velocemente semplici concetti in modelli in tre dimensioni o in prototipi 3D, dando vita a nuove forme che prima era impossibile creare. Permette, inolte, la personalizzazione di un determinato prodotto, ovvero un aspetto che rappresenta un cambiamento di fondo rispetto all’odierna produzione di massa e una svolta importante per l’Unione europea in termini di competizione e sviluppo delle proprie nazioni. La manifattura additiva difatti porta con sè una serie di benefici che, come approfondiremo in seguito, hanno ripercussioni su diversi settori industriali, inclusa la prospettiva ambientale, un elemento necessario per proseguire nel raggiungimento della crescita sostenibile e intelligente prevista dalla nuova strategia europea. Il contributo offerto dalla Commissione europea per lo sviluppo della manifattura addittiva è stato importante fin dal primo programma quadro (1984-1988), nel corso del quale le tecnologie correllate alla manifattura addittiva ricevettero già importanti risorse finanziarie; un supporto che continuò anche con i successivi programmi innovativi di sviluppo tecnologico. In particolare le risorse destinate a questo nuovo tipo di tecnologia hanno ricevuto un impulso notevole con il settimo programma quadro, durante il quale la Commissione europea ha finanziato più di 60 progetti di successo nell’ambito della manifattura addittiva, contribuendo con un apporto finanziario stimabile in 160 milioni di euro e un budget totale di 225 milioni.

All’interno del programma quadro descritto nel secondo capitolo, Horizon 2020, la manifattura adittiva è stata delineata come una delle tecnologie chiave abilitanti, con lo scopo principale di offrire un sostegno ai paesi europei per affrontare le sfide economiche e raggiungere gli obiettivi previsti, in particolare garantendo, con questa nuova modalità di produzione, una maggiore qualità nei posti di lavoro e un valore aggiunto più elevato. L’Unione europea è particolarmente attenta alle questioni relative allo sviluppo, ricerca e innovazione anche in ambito commerciale ed è per questo motivo che nel più recente programma politico ha previsto un aiuto finanziario importante per le tecnologie abilitanti: una delle azioni prioritarie riguarderà infatti il supporto e la diffusione dei processi avanzati della manifattura e della lavorazione.

La Commissione europea continua a offrire il proprio appoggio alla finalità dell’Unione che prevede che almeno il 20% del PIL europeo debba provenire dalla manifattura, a partire da un

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attuale 15%. La manifattura difatti rappresenta una priorità di assoluta importanza per la politica industriale europea e recentemente il Consiglio europeo ha posto come obiettivo una vera e propria rinascita industriale, caratterizzata da una base industriale forte e performante e dalla necessità di investire maggiormente nelle nuove tecnologie produttive. Le tecnologie legate alla manifattura addittiva avranno un impatto tremendo sull’area industriale e sui consumatori: sono numerosi i vantaggi e i benefici che questo nuovo tipo di tecnologie possono garantire alla produzione:

 Una produzione a basso volume. Per alcuni prodotti, la manifattura addittiva permette di rimpiazzare l’attrezzatura meccanica. Ciò consente una produzione economica a basso volume e facilita la personalizzazione dei prodotti, il che rappresenta una vera e propria opportunità di business, soprattutto nel settore dell’assistenza sanitaria. La personalizzazione inoltre riporta alla luce la dimensione del servizio secondo cui chiunque poteva chiedere il prodotto così come l’aveva concettualizzato nella sua mente e, se prima ciò era accessibile solamente a pochi, ora, grazie alla manifattura addittiva, tutti possono averne accesso.

 Una produzione a basso costo. Un altro beneficio della manifattura additiva rispetto al tradizionale metodo di lavorazione, è il costo più basso della manifattura stessa. Il fatto che questo nuovo concetto possa rendere la manifattura più economica è importante soprattutto perchè aiuta la tecnologia a svolgere un ruolo determinante all’interno delle imprese.

 Una produzione reattiva. A fronte di una produzione a basso volume, la manifattura addittiva offre tempi di esecuzioni più rapidi rispetto ai metodi manifatturieri tradizionali. Per esempio, nel mondo della Formula Uno, gli ingegneri usano la tecnica della manifattura addittiva per fabbricare dei componenti in modo estremamente più reattivo. In questo modo è possibile analizzare la performance della monoposto mentre percorre i giri all’interno del circuito e nello stesso tempo si possono creare nuove parti ed averle pronte ancora prima che la gara finisca. Anche la casa automobilistica Rolls-Royce tende ad utilizzare la manifattura additiva per la produzione dei propri componenti, in particolare per sfruttare la migliore velocità di produzione, riuscendo ad esempio ad ottenere un pezzo in un mese invece di dover aspettare un anno.

 Una catena del valore più breve. La manifattura addittiva ha la capacità di semplificare e accorciare la catena del valore manifatturiera: dal momento che le parti di cui abbiamo bisogno vengono progettate e fabbricate direttamente in loco, non esiste il bisogno di attivare delle attività di trasporto o di spedizione internazionale; dunque la manifattura è

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molto più vicina al consumatore. Ciò potrebbe creare dei vantaggi e delle opportunità per i centri manifatturieri locali, regionali o nazionali, ed offre già un grande supporto alla fabbricazione di prototipi in loco in maniera veloce.

 Un design ottimizzato. La capacità della manifattura addittiva di dare vita ad un ripensamento e ad una riprogettazione dei prodotti risulta dai componenti migliori che vengono utilizzati. Dato che questo nuovo tipo di manifattura permette la costruzione di geometrie più complesse rispetto alle tecniche manifatturiere tradizionali, come ad esempio la tecnica dello “stampaggio a iniezione”, è possibile creare oggetti pre- assemblati con più parti mobili. Finalmente, con la manifattura additiva, si può avere a disposizione un oggetto che rispecchia perfettamente le proprie volontà, senza dunque dover scendere a compromessi, riuscendo in questo modo a migliorare la qualità, la performance, l’affidabilità dei prodotti stessi.

Dunque come abbiamo visto, la manifattura addittiva presenta alcuni vantaggi e permette inoltre di creare un’ampia gamma di prodotti, massimizzando la flessibilità di produzione e minimizzando lo spreco e l’utilizzo di risorse. Ciò è già stato appurato in alcuni settori in particolare, come nell’industria aerospaziale e in campo medico. Per di più la manifattura addittiva può accrescere la produzione locale, grazie alla produzione di un maggior numero di beni che raggiungono il loro punto di consumo, andando dunque a rafforzare le economie e l’imprenditorialità regionali; riesce inoltre a promuovere il processo manifatturiero in Europa, aprendo nuove opportunità di business per le piccole-medie imprese.

Questi vantaggi appena descritti trovano implicazioni in molti settori industriali: l’industra elettronica, ad esempio usa la manifattura addittiva per stampare apparecchi e componenti elettronici, o per stampare componenti di circuiti come resistori, condensatori, induttori, così come diodi e interconessioni del circuito. L’industria automobilistica usufruisce dei benefici derivanti dall’utilizzo della manifattura addittiva per fabbricare concept cars33_{. Il nuovo}

processo apre le porte ad un nuovo mondo di libertà nella progettazione e permette a questi prototipi di essere costruiti più velocemente rispetto alle tempistiche previste dalla manifattura tradizionale. I modelli in 3D vengono utilizzati inoltre per qualsiasi cosa, dalla creazione del concetto alla pianificazione della produzione, permettendo agli ingegneri della progettazione di accelerare e migliorare il processo di sviluppo. L’industria automobilistica si serve dunque della manifattura addittiva come strumento fondamentale durante il processo di progettazione e

33 _{La concept car, chiamata anche concept vehicle, show vehicle o prototipo, è una macchina prodotta per mettere}

in vetrina un nuovo stile o una nuova tecnologia. Molto spesso vengono messe in mostra nelle fiere delle automobili per valutare la reazione del consumatore di fronte a nuove progettazioni che potrebbero anche non far parte del mercato di massa.

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sfrutta in particolare la velocità nella creazione dei prototipi, la varietà dei materiali e l’efficienza nei costi.

Le tecniche della manifattura addittiva sono state applicate anche all’interno dell’ambito medico e dentale per la creazione di forniture chirurgiche e protesiche, impianti chirurgici e così via. E ancora, la nuova manifattura rappresenta una valida alternativa a quella tradizionale all’interno dell’industria aerospaziale, grazie in particolare all’uso efficiente dei materiali, all’abilità di creare leghe di titanio e nickel, alla capacità di creare strutture complesse e ai benefici in termini di miglioramento delle performance e riduzione degli sprechi.

Lo sviluppo della manifattura addittiva non è avvenuto e avviene solamente a livello europeo, ma molte altre nazioni al di fuori dell’Unione europea hanno maturato la consapevolezza dell’importanza della tecnologia e dell’impiego di questo nuovo tipo di manifattura. Sotto questo punto di vista, l’America del Nord è all’avanguardia nell’adozione di queste tecnologie, il cui utilizzo si sta rapidamente diffondendo in molti altri paesi (Asia, Sud Africa, Australia) che stanno riconoscendo il ruolo centrale della manifattura addittiva nelle proprie competenze industriali.

Figura 10. Timeline dell’applicazione della manifattura addittiva.

1988-1994 → prototipazione rapida 1994 → rapid casting

1995 → stampo rapido

2001 → manifattura addittiva per il settore automobilistico 2004 → settore aerospaziale (polimeri)

2005 → settore medico (maschere polimeriche) 2009 → impianti medici (metalli)

2011 → settore aerospaziale (metalli) 2013-2016 → nano-fabbricazione 2013-2017 → architettura 2013-2018 → impianti biomedici 2013-2022→ bio-fabbricazione in loco 2013-2032 → organi del corpo intero

Fonte: Royal Academy of engineering (2013).

Sebbene la manifattura addittiva venga già ampiamente utilizzata in un numero comunque elevato di settori e ambiti, esiste ancora un potenziale notevole per aumentarne ulteriormente l’uso e l’ingresso in nuovi settori. Uno dei problemi attuali della manifattura addittiva riguarda il fatto che molti settori manifatturieri non sono ancora consapevoli, o non hanno ancora piena

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conoscenza, delle modalità di utilizzo di questa tecnica innovativa. Difatti questa andrà a rimpiazzare certamente alcuni metodi tradizionali, ma non tutti: nonostante abbia il potenziale per completarli infatti, non potrà sostituire alcuni processi ancora necessariamente legati alla tradizione.