Cos’è la produzione additiva?

La produzione additiva o Additive Manifacturing (AM) è anche conosciuta, più semplicemente come stampa 3D. Questa tecnologia innovativa è considerata parte della quarta rivoluzione industriale. Come suggerisce il nome, si tratta di un processo che consiste nell’aggiungere materiale: strati di materiale vengono depositati gli uni sugli altri fino a creare l’oggetto desiderato. Grazie a questa tecnologia additiva è possibile ottenere pezzi su richiesta da un preciso modello 3D. Questa tecnologia si contrappone chiaramente alla produzione sottrattiva (fresatura, lavorazione meccanica, stampaggio a iniezione, ecc.), in cui per ottenere un pezzo il materiale viene rimosso, sottratto appunto.

Inventato nel 1986 da Charles Hull con il processo di stereolitografia (SLA), la produzione additiva è oggi una tecnologia impiegata in numerosi settori. Nel settore automobilistico, aerospaziale, medico come in quello dei beni di consumo, la stampa 3D è diventata un must; i numerosi brevetti depositati dalla sua invenzione a oggi hanno permesso alla tecnologia di evolvere e diventare applicabile a diversi mercati. La produzione additiva offre ai suoi utilizzatori numerosi vantaggi rispetto ai metodi di produzione tradizionali, in particolare in termini di flessibilità, riduzione dei costi e risparmio di tempo ed è stata oggetto di studio di numerosi professionisti fin dal 1986. Grazie ai numerosi processi disponibili sul mercato e ai materiali disponibili, le applicazioni di questa tecnologia sono numerose.

Modelli creati usando la tecnologia FDM (crediti foto: OneMaker Group)

La nascita della produzione additiva

Dai suoi inizi, il mercato della produzione additiva si è notevolmente evoluto, con tappe e innovazioni cruciali che hanno segnato la sua storia. Di queste, una delle principali è senza dubbio la commercializzazione della prima stampante 3D alla fine del 1988 da parte di 3D Systems, azienda leader nella produzione di stampanti 3D, co-fondata da Charles Hull. A questa sono seguite numerose scoperte degne di nota come il primo progetto di biostampa riuscito nel 2011 con la stampa in 3D di un rene, la prima stampante 3D inviata nello spazio e la prima casa abitata stampata in 3D.

Oggi la produzione additiva è ampiamente accessibile, ma non è stato sempre così. Nei primi tempi, la maggior parte dei processi di stampa 3D erano brevettati, cosa che limitava le possibilità e le macchine disponibili. Con il passare del tempo le tecnologie additive sono diventate di dominio pubblico e di conseguenza un maggior numero di persone ha iniziato a farne uso. Ad esempio, il movimento RepRap (Rapid Replication) ne ha accelerato l’adozione a partire dal 2005, con un progetto che prevedeva la stampa in 3D dei diversi elementi costitutivi di una stampante 3D. È allora che è emersa una delle principali comunità di produzione additiva, la comunità dei produttori di stampanti 3D. Questa comunità è composta fondamentalmente da appassionati e neofiti di stampa 3D, è per loro che sono stati ideati i kit di montaggio per stampanti 3D.

Materiali per la produzione additiva

Nonostante esistano svariati processi di produzione additiva, tutti necessitano di un file digitale, creato o recuperato, convertito in formato STL tramite il software CAD, perché la stampante 3D possa leggerlo.

A seconda della tecnologia, i materiali impiegati dalle stampanti 3D variano. I più popolari sono senz’altro le plastiche, che sono compatibili con numerosi processi come FDM, stereolitografia o sinterizzazione: impiegano rispettivamente filamenti termoplastici, resine liquide e polveri di polimeri. Anche altri materiali come il metallo (impiegato sotto forma di polvere fusa) o le ceramiche sono abbastanza diffusi; oggi i materiali usati sono svariati e numerosi.

Ad esempio, alcune plastiche sono perfino in grado di competere con determinati metalli. PEEK e PEKK, ad esempio, sono considerate termoplastiche dalle elevata prestazione, con proprietà meccaniche simili a quelle dei metalli. Inoltre, con il passare del tempo, un numero sempre maggiore di aziende sta scoprendo nuovi materiali che possono essere utilizzati nel processo di produzione additiva, come le cellule umane o i materiali compositi.

Pezzi stampati in 3D con tecnologia SLS (crediti foto: BMW)

Vari casi di applicazione

Storicamente, la produzione additiva è stata una tecnologia utilizzata per la prototipazione rapida. Per oltre 20 anni la tecnologia è anche stata impiegata per creare pezzi di macchinari per fabbriche e altre catene di montaggio. Di recente, però, con lo sviluppo dei materiali e dei processi 3D, oltre ai prototipi le industrie hanno iniziato a fabbricare prodotti finali con la stampa 3D. Questo è particolarmente evidente nell’industria aerospaziale in cui numerose parti come le turbine vengono oggi stampate in 3D; oppure nell’ambito dei beni di consumo dove brand come Adidas stanno creando migliaia di prodotti utilizzando la produzione additiva.

Anche l’industria automobilistica fa uso delle tecnologie 3D: Ford, ad esempio, ha acquisito una stampante 3D già nel 1988 per velocizzare le fasi di prototipazione. Alcuni anni dopo, altre aziende seguirono l’esempio di Ford, fino a quando la produzione additiva diventò una tecnologia indispensabile per il settore automobilistico. Questo è il caso, ad esempio, di BMW e General Motors, che hanno recentemente aperto dei propri centri di produzione additiva.

Ma la stampa 3D non è limitata alla produzione di pezzi per auto. Oggi è presente in una vasta gamma di settori, in parte grazie alla sua flessibilità e capacità di ridurre i costi di produzione. Ad esempio, nel settore edilizio, sempre più aziende stanno utilizzando la stampa 3D per costruire case ed edifici. Aziende come ICON e WASP hanno scelto di specializzarsi in questo settore e, ultimamente, gli edifici costruiti con la manifattura additiva si moltiplicano. Anche in medicina questa tecnologia ha un ruolo molto importante. La biostampa BD è considerata da molti il futuro della medicina. Da protesi a organi stampati in 3D, questa tecnologia offre la possibilità di garantire le cure adeguate a qualsiasi paziente.

Le stampanti 3D Stratasys hanno aiutato con la carenza di dispositivi medici durante la crisi sanitaria (Crediti foto: Le Parisien/Damien Licata Caruso)

I principali attori sul mercato della produzione additiva

Fin dalla sua invenzione da parte di Charles Hull, diverse aziende si sono distinte nel mercato della manifattura additiva. Il gigante Stratasys è il leader del settore. Produttore di stampanti 3D fin dal 1989, dopo aver ideato la Modellazione a Deposizione Fusa (FDM), l’azienda offre ora macchine dedicate a ogni settore e i materiali adatti. Naturalmente, l’azienda fondata dall’inventore della tecnologia, 3D Systems, è a sua volta un importante protagonista sul mercato. Come Stratasys, 3D Systems offre una vasta gamma di macchine e servizi legati alla stampa 3D. Formlabs, specialista nell’ambito delle stampanti 3D SLA, è probabilmente l’azienda più rispettabile nel settore della stampa 3D a resina. Una delle altre grandi aziende del settore è HP. Nota per le sue stampanti e altri dispositivi informatici, l’azienda è ora leader mondiale nella stampa 3D e produce le sue macchine per molti settori, come quello medico. Infine, Desktop Metal, fondata nel 2015, è cresciuta rapidamente ed è diventata un’azienda molto importante nella comunità della produzione additiva, soprattutto in seguito all’acquisizione di EnvisionTEC, leader storico nella produzione di resine additive.

Sull’altro versante dell’Atlantico, altre aziende si sono a loro volta sviluppate e sono ora importanti attori sul mercato della stampa 3D. EOS, Materialise e Ultimaker stanno diffondendo le loro tecnologie in tutta Europa, permettendo a numerose aziende di trasformare i loro metodi di produzione. In Francia tra i produttori più importanti si distinguono Prodways, specialista nella stampa 3D industriale, Volumic che produce macchine FDM dedicate ai professionisti e Addup, specializzata nella produzione additiva di metallo. In Asia, il mercato sta crescendo rapidamente, soprattutto in Cina, dove numerosi produttori offrono stampanti FDM da ufficio, come XYZPrinting e Creatbot.

La fiera Formnext 2018 di Francoforte, Germania (crediti foto: Mesago / Thomas Masuch)

*Crediti foto di copertina: Symop

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