Nel settore automobilistico la stampa 3d non si limita più alla progettazione e prototipazione, ma riguarda sempre di più anche la produzione. Con questa tecnica si realizzano ormai molti componenti da integrare nei veicoli e attrezzi utilizzati lungo le catene di produzione.
Nel 2020 è cresciuta ancora l’implementazione di questa tecnologia all’interno di diversi tipi di business, incluso quello dell’automotive, e per casi d’uso sempre più complessi e sofisticati. Le ricerche parlano chiaro: la consapevolezza riguardo le opportunità offerte dalla stampa 3d e il sentiment attorno ad essa non sono mai state così elevate.
Il principio di base di ogni stampa tridimensionale è quello della composizione per strati depositati seguendo un modello matematico per ottenere forme complesse con una gran varietà di materiali, da resine a plastiche fino al metallo.
Ad oggi la plastica e i polimeri sono i materiali più comunemente usati nella stampa 3d, con PETG (polietilene tereftalato glicole), PET (polietilene tereftalato) e PETT (polietilene coTrimetilene tereftalato) che crescono, rappresentando il 31% del totale delle risorse, ma con il costante progresso tecnologico quello della stampa 3d è un fenomeno destinato a cambiare il volto a molti, se non tutti, i settori.
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QUALI SONO I VANTAGGI CHE PERMETTE LA STAMPA 3D NEL SETTORE AUTOMOTIVE?
Il principale pregio della tecnologia per la stampa 3d, è la flessibilità e la capacità di riprodurre in teoria qualsiasi oggetto, modificandone le caratteristiche a piacimento.
I prototipi di singoli elementi interni possono essere stampati direttamente sul posto in poche ore, testati per l’idoneità e, se necessario, implementati immediatamente, un enorme vantaggio in fatto di tempistiche. Con alcune nuove resine sintetiche i tempi di produzione si sono ridotti di oltre il 70%.
Inoltre con questo procedimento, oltre ai costi di produzione e stoccaggio, si abbattono anche i lunghi tempi di consegna e la dipendenza da fornitori esterni, producendo da sé ciò di cui si ha bisogno.
La stampa 3d fornisce anche nuove possibilità per personalizzare forma e design e può essere utilizzata per produrre parti personalizzate in piccole quantità, a costi accessibili, senza dover produrre un’intera linea di produzione. Permette dunque una totale libertà in termini di design: bionica, organica, tagliente, qualsiasi design può diventare realtà.
I PROGETTI PIÙ INTERESSANTI
Dalla creazione di prototipi, alla produzione di parti e tool speciali altamente performanti, fino ad arrivare a fregi personalizzati e fanali posteriori con una determinata “firma luminosa”. Ma le applicazioni sono ormai infinite: imbottiture dei sedili, componenti della carrozzeria, pistoni, componenti e ricambi vari ed eventuali
Tra i progetti più interessanti in cui tale tecnologia è impiegata c’è sicuramente quello di una motocicletta, Dayna, completamente elettrica, nata per prestare primo soccorso in montagna. Un progetto targato Elisava Racing Team e BCN3D, che conta 19 parti stampate, diverse per dimensioni e materiali utilizzati, tra cui anche parti come il parafango e il copri forcella.
Sempre al mondo delle due ruote appartiene Nera. Realizzata da NowLab, una divisione di BigRep, è stata creata assemblando 15 pezzi stampati in 3D, tra cui pneumatici, cerchioni, paraurti, sedile, fari, ammortizzatori e maniglie con materiale flessibile. Tra le varie componenti, gli unici a non essere stati realizzati con la stampante 3D sono quelli elettronici. Si tratta di un prototipo, ma la società è convinta che riuscirà a portare Nera in produzione in numero limitato.
Ma veicoli composti in gran parte da materiali stampati sono ormai all’ordine del giorno e già nel 2017 sono comparsi i primi prototipi con Divergent 3D che ha presentato la Blade, un prototipo di auto dal peso di soli 630 kg di cui appena 46 rappresentati dal telaio, con telaio e carrozzeria in alluminio e compositi realizzati interamente mediante stampa tridimensionale.
C’è poi XEV, un marchio cinese entrato ormai sul mercato italiano che si presenta come una start up dedicata alla realizzazione di auto elettriche fortemente personalizzabili grazie all’utilizzo della stampa 3D come metodo di produzione, che permette di modificare le auto a seconda della necessità del cliente.
Le implicazioni della stampa tridimensionale sono arrivate anche nei nuovi mezzi di locomozione, come i monopattini elettrici. Ne è stato prodotto uno, lo Scotsman, stampato in 3D utilizzando interamente materiali compositi avanzati in fibra di carbonio per realizzare telaio, manubrio, stelo e pedana
Ma gli utilizzi possibili sono illimitati. Grazie ad essa sono state prodotte alcune parti di ricambio per filobus dalla società di ingegneria 3DnA con sede a Pomigliano D’Arco (NA) per il servizio di trasporto pubblico ANM di Napoli. Con la stampa 3D sono stati prodotti componenti meccanici non più disponibili nella catena di fornitura e i cui tempi di consegna con metodi tradizionali avrebbero richiesto tempi di attesa anche di un anno, con conseguenti danni per il trasporto pubblico.
Uno degli ambiti più interessati da questo fenomeno è quello delle auto da corsa. Williams e Nexa3D per esempio hanno portato la stampa 3D rapida di polimeri nelle corse di Formula Uno, con la produzione di elementi dell’auto e parti funzionali della galleria del vento per i test aerodinamici. Anche la scuderia AlphaTauri la utilizza per realizzare parti anche complesse e particolarmente dettagliate in tempi rapidi, con interventi di post-produzione ridotti al minimo, poiché non è necessario verniciare le parti.
Ancora più virtuosa è la Chevrolet Racing (gruppo GM) che gareggia in Nascar, Grand Touring e Indycar con auto che includono 75 parti stampate in 3D, tra cui il serbatoio dell’olio, l’ingresso e il tappo del serbatoio, la scatola di raffreddamento dell’aria condizionata del conducente e il sistema di idratazione integrato, la staffa della pompa del servosterzo e gruppi ottici.
Insomma l’efficienza della produzione, la creatività con cui si può lavorare e il risparmio sui costi fanno sì che, per determinate operazioni, la stampa 3d sia la scelta più adatta e che la produzione additiva necessita ora di divenire un mezzo utilizzabile su larga scala.
COME LE GRANDI CASE USANO LA STAMPA 3D
Neanche le grandi case automobilistiche si sono lasciate sfuggire l’occasione e sono salite in tempo sul carro della stampa tridimensionale, ognuna con specifiche diverse, e con impegni diversi. Ford ad esempio, con Hp sta utilizzando questa tecnologia per produrre componenti auto dagli scarti degli apparecchi per denti, trasformando la polvere di scarto in ricambi auto.
La casa americana è uno dei player più attivi dell’automotive nella stampa 3D, sta sviluppando nuove applicazioni e utilizzando una moltitudine di diversi processi e materiali per la stampa 3D, inclusi filamenti, sabbia, polveri e polimerizzazione in vasca liquida. L’azienda utilizza già la stampa 3D per una varietà di parti di veicoli commerciali a basso volume, nonché dispositivi utilizzati dai lavoratori della catena di montaggio, risparmiando tempo e migliorando la qualità e punta a ottenere materiali sostenibili al 100% nei suoi veicoli.
Ford Spagna per esempio stampa tappi di plastica che vengono utilizzati nei test del vuoto per controllare le perdite dei motori. Si tratta di tappi specifici per uno strumento che controlla se un motore è a tenuta e non perde e devono quindi essere flessibili per sigillare ermeticamente, ma devono anche essere in grado di sopportare la bassa pressione durante il test.
Audi invece utilizza la stampa 3d di EOS per segmenti di utensili utili a realizzare pannelli di carrozzeria destinati a modelli come l’Audi A4 e prevede di fare lo stesso per i futuri veicoli elettrici. L’azienda ha standardizzato un nuovo metodo di produzione con un’applicazione ideale nel settore della formatura a caldo per i veicoli di serie. Utilizzando gli strumenti stampati in 3D sono già stati prodotte diverse centinaia di migliaia di pezzi, successivamente installati in modelli selezionati.
Anche BMW produce parti in metallo e polimeri tramite produzione additiva: si tratta di componenti destinati alla carrozzeria del veicolo e all’abitacolo del passeggero.
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LA STAMPA 3D IN ITALIA
Per concludere, i numeri rivelano che la produzione additiva è impiegata massivamente in America, Regno Unito e Germania, i 3 Paesi che hanno le più alte aspettative legate all’implementazione della tecnica e ad oggi sfruttano meglio le opportunità che concede. In questa particolare classifica, l’Italia si trova all’undicesimo posto.
Per quanto paradossale possa sembrare, la pandemia ha favorito l’adozione della stampa 3d, che si è rivelata un’alternativa affidabile per innovare rapidamente ogni tipo di business, produrre direttamente in loco, ottimizzare l’organizzazione degli stabilimenti e snellire la logistica. Nel 2020 molte più aziende hanno fatto ricorso a un utilizzo più massiccio della stampa 3d e il 55% delle aziende che la utilizzano hanno iniziato a produrre componenti end-use.
Sebbene si parli di manifattura additiva come se fosse un’unica realtà, la realtà è che ci sono moltissime tecnologie differenti, ognuna con le proprie caratteristiche ed è quindi difficile fare delle sintesi, ciò pero che conta è che tale tecnologia inizi ad essere utilizzata su scala industriale, che si allarghi insomma la sfera di utilizzo, e di utilizzatori, che deve estendersi e andare oltre ai soli ingegneri progettisti.
Si calcola che il segmento della stampa additiva industriale nel 2023 varrà circa 5,66 miliardi di dollari e l’intero comparto del 3d printing cresce intorno al 30% l’anno. Di ostacoli ce ne sono ancora certo.
Le capacità operative, le skill dei dipendenti richieste e la necessità di fare ancora esperienza rappresentano dei limiti per le aziende, così come la velocità di stampa, l’integrazione con strumenti e software esistenti e l’affidabilità/precisione della stampa.
Tuttavia le aziende si sono ormai accorte che queste nuove tecnologie sono una risorsa fondamentale per migliorare la produzione e potenziare le loro strategie di business e non torneranno più indietro, consapevoli che con maggiori investimenti, con nuovi materiali e nuove tecnologie, si supererà presto questa fase in cui si sta solo grattando la punta dell’iceberg, e presto si scopriranno le ulteriori nuove possibilità che questa tecnologia ci concede.
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