Additive manufacturing: la tecnica di lavoro che permette tramite la stampa 3d di creare prototipi partendo da un disegno

Negli ultimi anni, ha preso sempre più piede una nuova tipologia di fabbricazione che va sotto il nome di “additive manufacturing”, anche conosciuto come “3D Printing”, oppure “Rapid Prototyping”, cioè produzione per “aggiunta” – in contrapposizione alla fabbricazione convenzionale, per” asportazione” di materiale, che permette di realizzare un pezzo finito asportando il materiale in eccesso partendo da una piastra.

La fabbricazione convenzionale per asportazione

La fabbricazione “per asportazione” ha numerose applicazioni che variano dall’automotive all’aerospazio: è molto versatile, ma ha l’inconveniente di produrre notevole sfrido (il materiale in eccesso, rimosso dalle piastre iniziali), può essere più o meno veloce (in relazione alla complessità della forma che si vuole realizzare) e necessita, in genere, oltre che di macchinari, anche di una serie di attrezzi a corredo (ad esempio porta-pezzi) che rendono possibile il processo di asportazione del materiale.

Infine, dal momento che l’asportazione di materiale richiede utensili con caratteristiche taglienti, è necessario provvedere regolarmente alla sostituzione dei taglienti stessi, con aggravio di costi e tempi di fabbricazione.

L’additive Manufacturing: cos’è e come funziona

L’Additive Manufacturing , invece, permette di ottenere un pezzo mediante la deposizione di una serie di sottili strati di materiale, fino ad ottenere la forma desiderata.

I processi di A.M. o 3D printing, si differenziano, quindi, in base alla tipologia di materiale che viene stratificato (polvere, liquido, lamine, etc.) – in genere, comunque, si tratta sempre di materiali polimerici che, sotto l’effetto del calore, polimerizzano, cioè, volgarmente, si “induriscono” acquisendo la resistenza necessaria a mantenere la forma.

 

Tali processi si sono diffusi grazie alle performance raggiunte dai moderni calcolatori e prevedono di norma queste fasi:

1- Creazione del disegno con software CAD (computer aided design), ovvero disegno assistito dal calcolatore;

2- Generazione di un modello “approssimato” della superficie del pezzo che si vuole realizzare: la maggior parte dei software in oggetto, “legge” la superficie – il contorno – del modello prodotto al CAD e la “discretizza” – approssima – mediante piccoli triangolini: la grandezza dei triangoli influisce, ovviamente, sul grado di approssimazione della superficie, nel senso che triangoli infinitesimali possono riprodurre con grande accuratezza superficie molto complesse;

3- Produzione mediante “stampanti 3D” del prototipo, con specifici macchinari che leggono, in input, il modello generato al punto precedente;

4- Post-Trattamenti: operazioni che permettono di migliorare la finitura del prototipo, oppure che consistono nella rimozione del materiale in eccesso depositato durante la stratificazione.

Tra i numerosi vantaggi delle tecniche Additive Manufacturing c’è quella di non richiedere alcuna attrezzatura extra, ad esemprio porta-pezzi e/o stampi.

Stampa 3d e creazione di prototipi

Tra le tecniche più avanzate e diffuse di Additive Manufacturing, si sta diffondendo la Stampa 3D: tale tipologia di lavorazione fa impiego di polveri, che, anziché essere sinterizzate (polimerizzate) vengono mantenute insieme da un collante spruzzato con una testina simile a quelle presenti nelle stampanti a getto d’inchiostro.

Il collante viene rapidamente asciugato e il prototipo ottenuto va delicatamente estratto per evitare sfaldamenti e sottoposto a un trattamento termico per migliorarne le caratteristiche.

3d printer

Sul mercato, oggi, esistono stampanti 3D “fai da te” che utilizzano una varietà di materiali e che permettono di creare la maggior parte di oggetti 3D: i costi si sono notevolmente ridotti e ciò ne ha favorito la diffusione.

Si tratta, comunque, di apparecchiature il cui costo supera i 20.000 Euro e varia in relazione alle caratteristiche della macchina (velocità di stratificazione, grado di finitura, etc.), pertanto trovano applicazione soprattutto in ambito industriale per la realizzazione dei “prototipi”.

Per loro natura, infatti, gli oggetti prodotti con Stampa 3D, hanno un notevole grado di finitura ed una certa resistenza (tipica della plastiche ABS), ma, ovviamente, non presentano caratteristiche meccaniche paragonabili ad altri materiali (metalli, compositi, etc.).

Sono pertanto utilizzabili in tutte le applicazioni per le quali la resistenza meccanica non sia un fattore determinante, ad esempio modellini promozionali (per studiare il gradimento di un prodotto sul mercato), prototipi per realizzare studi di ergonomia, etc.

Di sicuro, la possibilità di disporre di un prototipo “fisico” (seppur in materiale plastico) consente già in fase di progettazione di scoprire eventuali errori che possono essere risolti introducendo le dovute modifiche. Il tutto senza avere pesanti impatti economici sulla produzione: pensate cosa significhi modificare tutte le attrezzature già costruite per la realizzazione di particolari che si rivelano, all’atto dei fatti, poco funzionali e/o con difetti di progettazione!

Feedback realistici

Le industrie, in fase di sviluppo di un progetto, hanno da sempre dedicato risorse alla realizzazione dei prototipi, proprio per avere dei “feedback” realistici sulla funzionalità del progetto stesso, affidandone la costruzione ad artigiani e modellisti mediante tecniche tradizionali (ad es. legno, etc.): ovviamente, oggi, tali tecniche sarebbero poco compatibili con i moderni tempi di sviluppo di un prodotto, perché il fattore tempo è determinante per l’immissione ed il successo di un prodotto sul mercato.

Per tutti questi motivi, oggi, le stampanti 3D trovano larga diffusione e sono oramai utilizzate da grandi industrie.

 

 

(Foto: Roland DG Mid Europe Italia)