In questo articolo avevamo introdotto la nuova sezione dedicata alle tecnologie abilitanti del Piano Nazionale Impresa 4.0.

Oggi parleremo della seconda tecnologia abilitante prevista da Impresa 4.0, ossia la manifattura additiva.

La manifattura additiva, chiamata anche additive manufacturing, è un processo di tecnologia avanzato usato per realizzare un oggetto 3D. In pratica, vengono utilizzate stampanti 3D connesse a software di sviluppo digitali.

L’additive manufacturing non è una singola tecnologia, ma un modo di produrre le cose che si basa su un’idea completamente nuova rispetto ai metodi standard.

Infatti, il termine “manifattura additiva” fa riferimento a tecnologie che fanno crescere oggetti tridimensionali uno strato alla volta. Ogni strato successivo si lega allo strato precedente di materiale fuso o parzialmente fuso. È possibile utilizzare diverse sostanze per il materiale di stratificazione, tra cui polvere di metallo, materiali termoplastici, ceramiche, compositi, vetro e persino materiali commestibili come il cioccolato.

Dalla manifattura standard alla manifattura additiva

Le tecnologie di manifattura standard si basano su processi di modifica di materiali preesistenti. Essi si suddividono in tre macrofamiglie:

  • Asportazione di materiale
    Le lavorazioni di asportazione di materiale sono abbastanza classiche e consistono nel taglio di materiale da un grezzo preesistente.
  • Deformazione plastica
    Alterazione della forma di un componente o di un materiale grezzo preesistente attraverso l’applicazione di forze. La deformazione plastica può avvenire a freddo o a caldo.
  • Fusioni
    La liquefazione di materiali metallici o polimerici consente di ottenere un nuovo componente a seguito della loro risolidificazione all’interno di uno stampo.

La maggior parte delle tecnologie convenzionali si basano sulla deformazione o sull’asportazione di materiale. Questo è valido per la maggior parte dei materiali comunemente usati nell’industria e non (metalli, polimeri, ecc…).

Ma è possibile produrre oggetti usando un paradigma diverso da quello tradizionale?

E se pensassimo di produrre oggetti andando a “creare” materia solo e soltanto dove essa serve?

È proprio da questa idea che nasce la manifattura additiva.

L’additive manufacturing è un insieme di tecnologie che si sono sviluppate nel tempo e sono suddivise in vari settori che analizzeremo tra poco.

L’idea di base della manifattura additiva è la costruzione dei pezzi layer-by-layer, ovvero strato per strato. Questa soluzione permette la realizzazione degli oggetti andando a “mettere” materia solo dove ce n’è bisogno, eliminando gli sprechi.

Confronto tra tecnologie di produzione standard e quelle per la manifattura additiva

Nelle tecnologie di produzione standard partiamo da un blocco di materiale e tramite la rimozione di parti di esso otteniamo il prodotto finale. Mentre con le tecnologie per la manifattura additiva si parte dal niente e tramite la deposizione di strati successivi otteniamo l’oggetto finito.

Come si ottiene un oggetto 3D con tecnologie della manifattura additiva

Oggetto 3D - Manifattura Additiva

Oggetto 3D creato con tecnologie di manifattura additiva (Additive manufacturing)

Gli oggetti sono definiti digitalmente dal software CAD (Computer-Aided-Design) utilizzato per creare file .stl che essenzialmente “suddividono” l’oggetto in strati ultrasottili. Questa informazione guida il percorso di un ugello o di una testina di stampa in quanto deposita con precisione il materiale sullo strato precedente. Oppure, un raggio laser o di elettroni si scioglie o si fonde parzialmente in un letto di materiale in polvere. Quando i materiali si raffreddano o vengono vulcanizzati, si fondono insieme per formare un oggetto tridimensionale.

Il viaggio dal file .stl all’oggetto 3D sta rivoluzionando la produzione. Sono finiti i passaggi intermedi, come la creazione di stampi o matrici, che costano tempo e denaro.

Quali sono le tecnologie della manifattura additiva

Il concetto di manifattura additiva, nel tempo, ha dato vita a moltissime tecnologie, tutte diverse tra loro, che trovano impiego nei più svariati ambiti scientifici e industriali:

  • Fotopolimerizzazione
    È la prima tecnologia additiva, nata negli anni 80. Si basa sul concetto di far indurire un materiale polimerico tramite fotopolimerizzazioni. Il pezzo finito si ottiene attraverso un processo di radiazione luminosa oppure usando un laser puntando l’illuminazione sulle parti dello strato che vogliamo indurire.
  • Estrusione di materiale
    Questa tecnologia si basa sul rammollimento di un materiale fornito dalla macchina sotto forma di filamento e con il quale si va a costruire i pezzi. È particolarmente diffusa per uso amatoriale e domestico soprattutto per la produzione di materiale di nicchia (ad esempio, metalli).
  • Material Jetting
    Il material getting consiste nella creazione di gocce di materiale che vengono fornite alla stampante in varie forme e, successivamente, depositate direttamente sul pezzo. Si possono utilizzare vari materiali, dai polimerici ai metallici, anche a colori.
  • Bending Jetting
    Il bending jetting è molto simile alla tecnologia material getting. La differenza sta nel fatto di utilizzare un letto di polvere come processo di produzione. Si utilizza una sequenza che prevede prima la stesura dello strato di riferimento e poi la deposizione su di esso di un materiale che serve ad incollare le particelle di polvere precedentemente stese. Questo materiale si chiama “binder”.
  • Fusione del letto di polvere
    Come per il bending jetting, anche questa tecnologia prevede un processo basato su letto di polvere. Su ogni layer, la sezione del componente in costruzione viene esposta da una sorgente di energia (laser o fascio di elettroni) che liquefa il materiale. Il materiale poi solidifica e si ottiene il pezzo finito.
  • Deposizione di energia diretta
    Si applica solo ed esclusivamente a materiali metallici. Il materiale è depositato sotto forma di polvere. Prevede l’accelerazione di particelle di metallo all’interno di un ugello. All’uscita dell’ugello la polvere incontra una sorgente di energia (laser o fascio di elettroni) che riscalda la polvere. La polvere, quando raggiunge la superficie del pezzo, vi aderisce andando a creare metallo pieno.

Quali sono i vantaggi della manifattura additiva

Con l’additive manufacturing si hanno diversi vantaggi, tra cui:

  • Riduzione di tempo e costo di realizzazione
    Si riducono i parametri tempo e costo rendendo estremamente efficace la prototipazione di componenti.
  • Possibilità di realizzare geometrie molto complesse
    Si possono generare geometrie e forme complesse in modo semplice e veloce.

 

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