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Alla scoperta dell'Additive Manufacturing, protagonista dell'Industry 4.0

Il nome identificativo della serie di tecniche e tecnologie di fabbricazione in cui il prodotto finito è formato senza la necessità di fonderne il materiale in stampi né di rimuoverlo da una forma grezza è Additive Manufacturing.

L'AM consente grande libertà nell’ideazione del pezzo, rimuovendo vincoli di progettazione e di lavorazione, estendendo indefinitamente la gamma di geometrie e complessità realizzabili. Con queste tecniche il materiale è infatti apportato punto a punto e strato su strato conformemente al modello originale, analogamente a quanto accade per la stampa digitale di un documento. E' da questo che deriva l'ormai famosa “Stampa 3D”, con la quale viene universalmente identificata l’AM, e che sta portando innovazione tanto nei processi produttivi su scala commerciale, quanto nelle realizzazioni domestiche. La caratteristica chiave di questa classe di tecniche è dunque la natura additiva, che conferisce alle AM potenzialità enormi nei più vari campi di applicazione, dall’aerospaziale al biomedico, dal dentale all’oreficeria.
Per passare da metodi convenzionali all’Additive Manufacturing si deve prendere in considerazione la complessità geometrica, la personalizzazione, il volume di produzione.
Mentre con i processi tradizionali la complessità geometrica incontra molte limitazioni, per la produzione additiva diventa un parametro essenziale poiché si riescono ad ottenere forme e strutture che sarebbero difficilmente riproducibili con altre tecnologie.
L’additive manufacturing diventa inoltre estremamente appetibile quando è richiesta un’elevata personalizzazione del prodotto perché essa non comporta un aumento dei costi di produzioni, come può avvenire con le tecnologie tradizionali.
Nonostante i numerosi aspetti positivi che la contraddistinguono, l’AM non è ancora competitiva per quanto riguarda i volumi di produzione: nel caso di elevate quantità, essa non riesce ancora a conseguire le economie di scala che caratterizzano i processi convenzionali.
Nell'Industry 4.0, la stampa 3D è ad oggi la tecnologia digitale più dirompente, potenzialmente in grado di stravolgere i tradizionali paradigmi produttivi. Si tratta di una vera e propria rivoluzione, visto che la produzione non avviene più per asportazione di materiale dal pieno, bensì si parte da un modello 3D (virtuale) e poi si “stampa” strato dopo strato, esattamente (o quasi) come accade nelle comunissime stampanti ad inchiostro che abbiamo in casa o in ufficio. Una rivoluzione poi che si aggancia e integra con i processi legati alla Smart Manufactoring e all’IoT (Internet delle cose). Per queste ragioni si parla di Manifattura Additiva. Il processo di produzione additiva ha come input la realizzazione del modello 3D dell’oggetto (progettazione CAD), a cui segue un processo semi-automatico (svolto oramai da tutti i più diffusi software di progettazione) di conversione del file in formato STL, che prevede la scomposizione dell’oggetto in strati (layer) stampabili dalle stampanti 3D. Infine, a valle del processo di stampa, sono (spesso, dipende dalla finalità d’uso) necessarie attività di post-produzione e finitura, per ottenere adeguati livelli di finitura e proprietà meccaniche del manufatto realizzato.
Uno degli elementi peculiari di tutte le tecnologie di stampa 3D è la possibilità di realizzare, in un unico processo di stampa, oggetti che tradizionalmente sono realizzati in diversi componenti singoli, successivamente da assemblare. A titolo esemplificativo, tramite stampanti 3D è possibile produrre oggetti che incorporano anche elementi mobili.
La gamma di tecnologie oggi disponibili è in grado di applicarsi a materiali polimerici (plastiche, resine, biopolimeri,..) come pure a metalli (acciaio, titanio, bronzo, metalli preziosi,..), mediante l’impiego di diversi processi di deposizione e saldatura delle materie prime.
La tecnologia denominata Selective Laser Melting, che rappresenta una delle più promettenti nel campo della fabbricazione additiva di prodotti metallici, consiste nella fusione punto a punto di un letto di metallo polverizzato, a comporre - strato dopo strato - l’oggetto finito, ed impiega luce laser molto potente e focalizzata.
SLM è attualmente in grado di raggiungere risoluzioni dell’ordine delle decine di µm e densità confrontabili con quelle di parti metalliche prodotte con tecniche convenzionali. Questo tipo di processo permette inoltre di costruire pezzi costituiti da parti mobili, micro-strutture ordinate e cavità interne di qualsiasi ingombro e geometria.

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