Oltre la
prototipazione rapida
con la produzione
additiva industriale

La stampa 3D è stata a lungo indicata come soluzione principalmente per la prototipazione rapida; tuttavia, numerose aziende e progetti hanno dimostrato come le tecnologie additive possano offrire una soluzione anche nelle fasi più avanzate della produzione industriale. In effetti, alle origini della stampa 3D, le capacità di rispondere ai requisiti industriali e l’affidabilità del processo in contesto manifatturiero limitavano l’uso della tecnologia alla produzione di parti con bassi requisiti e bassi volumi. Ciò contribuì all’uso diffuso e improprio del termine “prototipazione rapida” per intendere “stampa 3D”. Oggi questo paradigma si sta trasformando e la tecnologia AM sta diventando sempre più una soluzione da includere nei processi di produzione industriale. Ma come si può ottenere questo risultato e quali sono le tecnologie più avanzate per colmare questo divario?

Oggi, il mercato di stampanti 3D destinate alla prototipazione e sovraffollato, mentre lo scetticismo nei confronti dei risultati della tecnologia AM è ancora vivo; tuttavia, l’emergere della produzione additiva di grande formato all’interno dei processi industriali sta dimostrando quotidianamente i vantaggi in termini di efficienza, dai tempi di consegna drasticamente ridotti ai benefici in termini di costi. L’uso del termine “manifattura additiva” ha segnato l’introduzione di un nuovo cambiamento di paradigma nell’associare la stampa 3D a un ambito industriale, allontanandosi dal suo uso iniziale limitato alla prototipazione rapida. Tuttavia, per sostenere veramente questo cambiamento, le aziende del settore additivo devono garantire di essere costantemente al lavoro per raggiungere questo obiettivo, e non semplicemente per un’innovazione tecnologica fine a se stessa. In particolare, ci sono due aspetti su cui lavorare: raggiungere i requisiti di produzione industriale in termini di costi e prestazioni, sfruttando la manifattura additiva; e continuare a sviluppare soluzioni complete ed integrate per le applicazioni avanzati di molteplici settori.

In particolare, il segmento della produzione additiva di grande formato e i suoi protagonisti, come Caracol, hanno sviluppato e proposto al settore manifatturiero delle tecnologie industriali costruite per rispondere alle esigenze di produzione, consentendo agli utenti di realizzare in pochi giorni applicazioni industriali ad alto valore, da stampi e attrezzature a parti finite personalizzate o specifiche dal punto di vista delle prestazioni. Per comprendere appieno il potenziale della produzione additiva di grande formato e come questo cambiamento stia avvenendo grazie alle tecnologie AM, è fondamentale capire innanzitutto che cos’è la prototipazione rapida e quali sono le principali differenze rispetto alle soluzioni di stampa 3D più avanzate, per applicazioni complesse e di grandi dimensioni.

COSA SIGNIFICA PROTOTIPAZIONE RAPIDA?

La prototipazione è parte integrante della progettazione e dell’ingegnerizzazione dei prodotti, una fase importante del loro ciclo produttivo. Si tratta di un processo iterativo per arrivare a un progetto ottimizzato e collaudato, che prevede continui test e modifiche. Nel processo di sviluppo del prodotto, gli ingegneri sono soliti progettare un design iniziale da testare. Il primo progetto provvisorio (il prototipo) viene fabbricato per eseguire test e valutare il progetto, per individuarne gli aspetti positivi e le aree di miglioramento. Queste attività di test possono essere ripetute più volte, per arrivare a un progetto finale convalidato che soddisfi le caratteristiche e le prestazioni desiderate. Prima della stampa 3D, i team di sviluppo prodotto potevano iterare solo poche volte prima di dover finalizzare i nuovi prodotti, a causa dei lunghi tempi di consegna e dei costi elevati della produzione di piccole serie (bassi volumi).

In questo scenario è nato il concetto di “prototipazione rapida”, strettamente legato all’uso delle tecnologie digitali per progettare e fabbricare prototipi in modo più rapido, semplice ed economico rispetto al passato. Questa tecnica evita la necessità di utilizzare utensili, stampi o matrici e consente di comprimere un maggior numero di iterazioni di progettazione in un determinato lasso di tempo.

Possiamo facilmente affermare che l’uso della stampa 3D per la prototipazione in fase di design thinking di prodotto, permette la progettazione e la fabbricazione di modelli fisici e digitali che hanno poche o nessuna differenza estetica, e talvolta funzionale, con la parte finita che andrà in produzione. La prototipazione rapida tramite stampa 3D è, quindi, un mezzo utile all’intero processo di produzione industriale (che culmina nella produzione finale di un pezzo completamente ingegnerizzato) e comprende attività ingegneristiche come la progettazione, la modifica e il collaudo.

LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA È LA STESSA COSA DELLA STAMPA 3D?

Sebbene i termini siano stati talvolta utilizzati in modo intercambiabile, la prototipazione rapida e la stampa 3D non sono sinonimi. La prototipazione rapida è il termine generale utilizzato per sviluppare rapidamente un prototipo con un software assistito da computer. La stampa 3D, invece, è un processo di produzione che utilizza la fabbricazione additiva, ossia strato per strato, per tradurre i file CAD digitali in oggetti tangibili, indipendentemente dal fatto che si tratti di prototipi o meno. Pertanto, la prototipazione rapida è uno dei tanti casi d’uso della stampa 3D e la stampa 3D è solo uno dei tanti processi e metodi utilizzati per la prototipazione rapida.

La prototipazione rapida implica la produzione rapida di una parte fisica (il prototipo), che può includere una serie di tecniche come la stampa 3D, la fresatura ad alta velocità (un processo di produzione sottrattiva), lo stampaggio a iniezione e la fusione. Sebbene molte altre tecnologie, come la fusione e la lavorazione CNC, siano note per la prototipazione rapida, la stampa 3D è preferita dalla maggior parte delle industrie per i design e fit check, grazie ai suoi maggiori vantaggi in termini di velocità e di costo.

L’uso della stampa 3D per la prototipazione rapida offre grandi vantaggi, e questo vale anche per la produzione additiva di grande formato. Ad esempio, è possibile progettare, ingegnerizzare, testare, prototipare, perfezionare e produrre un pezzo finito in poche settimane, come ha fatto Caracol nello sviluppo di Beluga, la prima barca a vela stampata in 3D al mondo. Oltre ai tempi di realizzazione più brevi, è possibile ridurre i costi, evitando l’uso di utensili o di processi e supporti aggiuntivi, riducendo i costi dei materiali e del personale o di fornitori terzi, nonché utilizzando materiali economici e riciclabili. Inoltre, spesso è possibile passare dalla prototipazione alla produzione dei pezzi finiti utilizzando la stessa macchina – sfruttando così il know-how sviluppato, gli investimenti fatti e le efficienze apprese nel processo, per produrre poi pezzi finiti passando a materiali avanzati.

ESPLORARE LA STAMPA 3D OLTRE LA PROTOTIPAZIONE

Grazie al consolidamento di diversi processi, e alla loro ripetibilità, con il raggiungimento di certificazioni su applicazioni reali, i produttori industriali hanno iniziato a includere le tecnologie di stampa 3D in fase diverse dalla sola prototipazione, anche per parti avanzate. I fornitori di tecnologie AM hanno iniziato a concentrare i propri sforzi per fornire soluzioni integrate e su misura capaci di soddisfare requisiti, standard e prestazioni di produzione elevati, da tradurre in processi AM per svariate applicazioni e casi d’uso.

Le ragioni per esplorare la stampa 3D per applicazioni che vanno oltre la prototipazione sono molte. In questo senso, è utile vedere come una tecnologia di stampa 3D robotica di grande formato (LFAM) stia evolvendo per raggiungere questi risultati e stia rapidamente conquistando il centro della scena nella produzione additiva industriale. La crescita organica della tecnologia LFAM e l’approvazione da parte del mondo industriale rispetto ad altri segmenti della stampa 3D testimoniano che non si tratta solo di una tendenza. Questa tecnologia è destinata a rimanere e la sua adozione è rafforzata dalla forte attenzione delle aziende leader LFAM per le applicazioni avanzate e dall’approccio strutturato all’innovazione, fin dalle prime fasi di sviluppo.

La stampante 3D industriale di grande formato Heron AM, sviluppata da Caracol, è un esempio di piattaforma che integra hardware, software, automazione per la creazione di un processo e di nuove applicazioni. Il risultato è una soluzione chiavi in mano, che combina il know-how robotico migliore della categoria con l’estrusione di pellet di alta qualità.

Caracol AM ha trascorso anni a stampare in 3D parti e componenti insieme ai leader del settore, sviluppando e perfezionando il proprio sistema di produzione additiva in funzione dei clienti. L’azienda adotta tuttora questo approccio “application-first” come parte del proprio DNA per guidare l’innovazione tecnologica e servire i clienti, per garantire che la tecnologia sia una soluzione alle loro esigenze. Innanzitutto, è necessario trasferire il know-how con la formazione, per garantire che i clienti possano non solo sfruttare il loro investimento per stampare pezzi, ma anche garantire la qualità e la continuità della produzione per le applicazioni più avanzate in tutti i settori. Per Caracol questo significa fornire una tecnologia affidabile e un’ampia gamma di servizi e formazione che aiutino i clienti a sfruttare appieno il potenziale delle loro macchine, ma anche fare ricerca, partnership e innovazione continue su materiali, hardware, software, automazione e applicazioni, lavorando per qualificare i componenti prodotti per processi e requisiti industriali altamente avanzati.

La crescita e la fiducia acquisita dalla stampa 3D di grande formato sono state favorite anche dal lavoro sinergico, lungo l’intera catena del valore, di produttori di materiali, sviluppatori di hardware e software, centri di assistenza e di produzione su misura, specialisti di post-produzione, OEM e utenti finali. Sfruttare in modo integrato ciò che ognuno può portare al tavolo sta portando le soluzioni LFAM come Heron AM a fornire risultati tangibili in settori e applicazioni che non erano mai stati considerati prima nel mondo della fabbricazione additiva. Si aprono anche nuove opportunità, come l’utilizzo di materiali avanzati sostenibili, biologici o riciclati; lo sfruttamento della robotica per superare vincoli geometrici con la stampa 3D non planare, multi-planare o conformal.

È quindi possibile generare valore per tutti se si sposta l’attenzione sul cliente, consentendogli di raggiungere i propri obiettivi e favorendo l’utilizzo di tecnologie di stampa 3D di grande formato per ridurre i costi e aumentare l’efficienza, semplificare i processi, ridurre gli sprechi e l’impatto ambientale, garantendo flessibilità e time-to-market estremamente rapidi..

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