È sempre l’alba di una nuova era AM a Formnext

I cliché esistono per un motivo, tanto vale usarli: “nuova era” è spesso usato come mero termine di marketing e può infatti essere un “errore” parlare sempre di nuove “ere” in qualsiasi settore, AM incluso. Le “Ere” sono definite come “lunghi e distinti periodi della storia”, che in geologia possono durare milioni di anni; sono suddivisioni di “eoni”, che sono indefinitamente lunghi. Mentre due anni potrebbero essere considerati un lungo periodo di tempo per certi standard, con la velocità con cui la tecnologia AM si evolve, potrebbe essere un’iperbole affermare che un’era completamente nuova in AM può sorgere ogni due anni circa.

Tuttavia, il settore AM subisce cambiamenti significativi nell’arco di due anni, e questi di solito si manifestano a Formnext. Quest’anno non è diverso (forse ancora di più, dal momento che sono passati tre anni dall’ultimo evento su vasta scala), anche se i cambiamenti questa volta potrebbero essere influenzati da una combinazione di AM che sta maturando in una vera e propria tecnologia di produzione gli effetti persistenti di una pandemia globale senza precedenti (nei tempi moderni) e delle sfide macroeconomiche che interessano tutta la produzione, dalle catene di approvvigionamento alla domanda imprevedibile.

C’è molta incertezza davanti. Questo non aiuta se devi vendere macchine costose in un contesto economico di recessione. Aiuta se queste macchine possono essere utilizzate per generare rapidamente profitti (e ricavi) in un ambiente incerto. E dovrebbe aiutare se può aiutare le aziende manifatturiere ad affrontare l’imprevedibilità della domanda. In un certo senso, l’industria manifatturiera additiva dovrebbe guardare con ottimismo all’incertezza politica e macroeconomica globale generalizzata.

La maggior parte delle più grandi aziende che hanno scommesso molto sull’AM — HP, Nikon, GE, Siemens, BASF e Jabil tra le altre – stanno andando avanti con investimenti e visioni rialziste a lungo termine. Possono farlo perché hanno spalle molto larghe che consentiranno loro di navigare attraverso qualsiasi mare agitato (questo è un bene per l’industria AM nel suo insieme). Allo stesso tempo, alcuni si stanno ritirando (Xerox, Covestro, Mitsubishi) ma dalla nostra comprensione ciò è dovuto principalmente a un approccio poco convinto all’AM in primo luogo. Quelli di medie dimensioni, che in molti casi sono anche leader di mercato nel settore AM ( Stratasys , 3D Systems , EOS– e includiamo anche Desktop Metal tra questi) stanno raddoppiando su AM.

Ormai abbiamo visto anche un paio di cicli AM andare e venire. Abbiamo visto cicli recessivi andare e venire. Fortunatamente, non abbiamo assistito a cicli di guerra globali su vasta scala e speriamo (e siamo fiduciosi) che non si arriverà a questo. Ad ogni modo, anche dopo una terribile guerra, la tecnologia e le industrie tendono a tornare più forti e nuove. L’AM può essere la tecnologia che guida il mondo fuori dalle molte sfide che ci attendono. Per essere questo, per farlo, gli utenti AM devono inventare – e continuare a sensibilizzare – applicazioni, casi d’uso, casi di studio e solide proposte di valore.

Consideriamo l’AM come la tecnologia del futuro, ma in realtà è già la tecnologia del presente. Formnext 2022 ha dimostrato che i processi AM possono diventare più veloci e più automatizzati e che le parti AM possono diventare molto più grandi. La stessa tecnologia AM non è più un limite alla produttività (ammesso che lo sia mai stato), rimane il limite in termini di visualizzazione, progettazione e messa a disposizione dei materiali per una gamma di applicazioni molto più ampia – di almeno due ordini di grandezza. La maggior parte degli stand delle principali società di AM (per società di AM di base intendiamo sempre società fornitrici di hardware, materiali e servizi) aveva alcune dozzine di applicazioni che rappresentavano le decine o al massimo centinaia di applicazioni su cui lavorano con i propri clienti. Per raggiungere l’obiettivo di AM di evolversi in una soluzione di produzione valida, devono esserci (e potrebbero esserci) migliaia e persino decine di migliaia di diverse applicazioni. Non necessariamente solo più unità per le stesse applicazioni, ma più applicazioni diverse con molti tipi diversi di parti.

Prodotti di consumo per polimeri

Parlando con i principali operatori AM di base, abbiamo compreso che le aziende di polimeri stanno guardando al segmento dei prodotti di consumo come una delle principali aree di crescita. Chi sono queste aziende? Principalmente EOS e Siemens che lavorano nel business dell’occhialeria (che sta già generando domanda per oltre centomila unità di prodotto); Carbon (con partner come Oechsler, Dedem ed Erpro) sta lavorando al business dell’intersuola (milioni di unità di prodotto prodotte e in crescita) e a quello delle attrezzature sportive (inclusi accessori per biciclette e zaini), mentre HP continua a far crescere sia le calzature (business dell’intersuola) ) e abbigliamento sportivo (occhiali da sci personalizzati, zaini e altro). Materialise si sta concentrando principalmente su occhiali e calzature. Per inciso, la maggior parte di queste aziende, insieme a molte altre, sta prendendo di mira in modo aggressivo il business degli allineatori dentali, ma questo è un argomento che richiederà un’analisi specifica e approfondita nel nostro prossimo Focus AM medico/dentale del prossimo febbraio.

Stratasys, che rimane il leader di mercato del settore AM, sta lavorando su un po’ di tutto: automazione ad alta produttività sulla piattaforma di fotopolimerizzazione Origin, maggiore accessibilità dei materiali sulla piattaforma Neo SLA (dopo l’acquisizione dei materiali Covestro AM) e persino PBF termico ad alta velocità applicazioni. Allo stesso tempo, Stratasys è l’unica azienda che adotta un approccio PolyJet multicolore per i prodotti di consumo finali: dai prodotti tessili e di moda alle penne e ai profumi, le possibilità di questa tecnologia hanno appena iniziato a essere esplorate.

Alcune aziende di polimeri stanno sfruttando anche il segmento aerospaziale. Uno è ovviamente Stratasys che sfrutta l’affidabilità del suo sistema FDM F900 leader del settore (che ha stampato alcune delle parti Artemis ora in viaggio verso la Luna), che costa molto di più di qualsiasi altro sistema di dimensioni comparabili ma rimane un top venditore perché consente ai fornitori e agli OEM del settore aerospaziale di stare tranquilli. Vale molto in un panorama di mercato sempre più incerto. Le principali società SLS continuano inoltre a puntare al segmento aerospaziale come segmento chiave dell’area di sviluppo per i materiali ignifughi.

Aerospaziale per i metalli

La maggior parte delle aziende metalmeccaniche guarda principalmente ai segmenti aerospaziali. È stato un peccato che lo Space Tech Expo si sia svolto a Brema durante i giorni di Formnext, richiedendo a molte aziende di raddoppiare i propri sforzi per ottenere risultati meno efficaci. Tuttavia lo spazio e l’aerospaziale rappresentano chiaramente la più grande area di sviluppo per tutte le aziende di PBF in metallo. La corsa allo spazio è entusiasmante e richiede parti singole più grandi che non possono essere prodotte in altro modo se non AM. Altre tecnologie non possono nemmeno avvicinarsi alla concorrenza in termini di qualità e proposta di valore su motori a razzo, ugelli, scambiatori di calore e altri componenti complessi per il flusso di fluidi e gas. Tra il razzo SLS della NASA finalmente diretto verso la Luna mentre scriviamo, alimentato da motori RS-25 stampati in gran parte in 3D da Aerojet Rocketdyne, SpaceX che produce in serie motori Merlin sempre più ottimizzati e sempre più stampati e dozzine di altre società NewSpace che internalizzano la loro AM, lo spazio sta per diventare uno dei più grandi segmenti verticali per l’adozione dell’AM. Dallo spazio alla difesa, molte di queste applicazioni saranno infine implementate anche per pilotare aerei civili. Non è tanto una questione di se quanto di quando (che rimane una grande domanda) ma molte parti in plastica stanno già volando su aerei commerciali e anche alcune parti in metallo stanno iniziando a farlo.

L’industria aerospaziale vuole macchine di grandi dimensioni perché è lì che la proposta di valore di AM (di integrare sempre più sottoassiemi in singole parti) è più chiara. “C’è davvero tanto interesse intorno alla nostra tecnologia e abbiamo già venduto due grandi sistemi Sapphire ad aziende aerospaziali in Europa”, ha rivelato Dirk Rathsack, amministratore delegato di Velo3D, durante la nostra chiacchierata allo stand di Velo3D. “C’è molto interesse da parte del settore aerospaziale e dell’aviazione, ma anche dal petrolio e dal gas, anche alcuni dagli strumenti automobilistici. Ora disponiamo di una buona infrastruttura e siamo pronti ad affrontare gli OEM così come tutti gli altri attraverso la nostra rete di produttori a contratto”.

Una delle “battaglie” più evidenti durante Formnext è stata quella sui PBF metallici di grande formato tra Velo3D, SLM Solutions, EOS (tramite AMCM) e il nascente OEM hardware cinese Eplus3D. Velo3D è una voce relativamente nuova e ha rapidamente costruito una solida posizione dopo essere diventata pubblica, mentre SLM Solutions è stata tolta dal mercato azionario pubblico a seguito dell’acquisizione di Nikon, una delle più grandi novità di AM quest’anno. Per celebrare SLM ha introdotto un sistema personalizzato in grado di produrre parti lunghe fino a 3 metri, mentre EOS continua a esplorare sistemi personalizzati più grandi tramite il suo partner AMCM. Eplus3D ha attualmente il più grande sistema “standard” sul mercato, l’ EP-M1250, con un volume di costruzione di 1258 x 1258 x 1350.

Mentre le stampanti 3D in metallo di grandi dimensioni rappresentano la frangia nello sviluppo di PBF in metallo e una “battaglia” tra giganti come Germania, Stati Uniti e Cina, ci sono anche diverse società di hardware AM in metallo che stanno crescendo stabilendo una base nel loro paese di origine ed espandendosi a livello globale tramite USP. È il caso di Prima Additive in Italia per il rapporto costo/qualità, AddUp in Francia (e negli Stati Uniti) per la produttività, o Renishaw nel Regno Unito (ma anche in India e in giro per l’Europa) per l’affidabilità, solo per citarne alcuni.

Tra i servizi AM in metallo, Oerlikon è una delle aziende che sta compiendo i maggiori sforzi per riunire l’industria AM attraverso la conferenza AMTC di grande successo. Il veterano dell’industria aerospaziale Giulio Feliziani, ora responsabile dello sviluppo aziendale presso Oerlikon, ci ha mostrato cosa si potrebbe ottenere presentando il lavoro in corso di Oerlikon con Airbus Defence and Space e le capacità dell’azienda per la garanzia della qualità attraverso la piena ridondanza e trasparenza attraverso l’intero processo di produzione AM.

Elettronica per tutti

Il metallo, ma forse ancora di più i polimeri, guardano anche alle applicazioni nel settore dell’elettronica come un’area di crescita chiave. Alcune aziende più di altre. Il nuovo CEO di Fortify, Lawrence Ganti, ci ha parlato dell’approccio unico e interessante dell’azienda per concentrarsi specificamente su opportunità di alto valore nel segmento dell’elettronica e RF. La sua esperienza in segmenti più consolidati e ad alto margine come la biotecnologia lo aveva portato a considerare la stampa 3D con un alto scetticismo iniziale “Fortify è partito da un approccio incentrato sui materiali per utilizzare i compositi per applicazioni di alto valore e quindi ha identificato il loro nuovo processo di fotopolimerizzazione AM come il metodo di produzione ideale – ha spiegato – che ha contribuito a rendere il materiale più resistente. Ora il mio compito è concentrarmi per scalare con successo e per fare questo abbiamo identificato parti di alto valore e basso volume: in questo momento questo è lo spazio RF”.

Un altro approccio piuttosto olistico all’elettronica AM viene dall’azienda che più di ogni altra è già stata in grado di incassare la promessa che la complessa produzione additiva di componenti elettronici integrati potrebbe un giorno offrire: Nano Dimension. Potrebbe volerci ancora molto tempo, ma la visione dell’azienda è quella di combinare processi AM come le sue capacità proprietarie di stampa elettronica AME, le capacità AM in ceramica e metallo di Admatec e le capacità micro SLA di Nano Fabrica, con software AI e sistemi di automazione, per produrre direttamente prodotti finiti prodotti.

Sebbene questa possa essere una visione più a lungo termine, più immediatamente, l’opportunità per AM nell’elettronica proviene da componenti dielettrici polimerici stampati in 3D per circuiti e custodie. Disponibile da oltre un decennio, AM sta diventando una soluzione standard per custodie elettroniche. “Vediamo un’enorme crescita nel settore aerospaziale e nel settore elettronico”, ha affermato Moritz Kügler, Vice President Polymer Materials di EOS, “ci sono parecchie aziende che stanno cercando di personalizzare i loro alloggiamenti per tutte le applicazioni elettroniche, rendendo più semplice la personalizzazione delle geometrie ma anche compatibilità tra diverse aree geografiche e sistemi”.

Altre tendenze rilevanti

Sebbene non ci siano state innovazioni rivoluzionarie al Formnext 2022 (il che renderebbe molto più semplice il nostro reporting), sono emerse diverse tendenze interessanti. Ciò non dovrebbe sorprendere per un evento che ha contato ben 802 espositori su 51.148 metri quadrati e ben 29.581 visitatori professionali.

Produzione e automazione di polimeri AM

Soprattutto nella produzione di polimeri, è ormai evidente che l’unico modo per ridurre il costo per pezzo è attraverso flussi di lavoro sempre più automatizzati ed efficaci. È molto più facile a dirsi che a farsi. I leader dell’hardware di post-elaborazione come AMT e Solukon stanno proponendo soluzioni che, tuttavia, rappresentano solo una parte dell’equazione. Alcune aziende di hardware AM, a partire da HP e Carbon e in una certa misura Stratasys, stanno proponendo le proprie soluzioni di automazione proprietarie.

Alcune nuove soluzioni per la produzione di polimeri AM sono state anche tra le nuove tecnologie più interessanti viste quest’anno. Il processo PBF di Evolve, in particolare, promette un’elevata produttività di parti estremamente precise, ma anche i processi di getto di materiale a base di resina come quelli di dp Polar (ora 3D Systems) e Vision Controlled Jetting di Inkbit stanno cercando di aumentare notevolmente il numero di lotti.

C’è solo una società che sta lavorando per mettere tutto insieme. C’è voluto del tempo ma la visione di AM Flow sta finalmente iniziando a concretizzarsi, come soluzione ideale – e necessaria – per automatizzare l’AM in quelle regioni dove il costo del lavoro è elevato e sta diventando sempre più difficile trovare personale qualificato. La parte mancante più importante del sistema AM Flow è stata introdotta quest’anno con l’hardware AM Quality, per valutare rapidamente la qualità di una parte. Nel metallo, Theta Technologies, con il sistema RD1-TT, è l’unica altra azienda che sta lavorando per fornire una soluzione CND rapida e accessibile.

Nuovi materiali

Sono necessari nuovi materiali per guidare nuove applicazioni e l’adozione di AM. Sviluppare, qualificare e ottimizzare un nuovo materiale, che sia una lega metallica, un polimero o una ceramica, richiede molto tempo ma le cose si stanno muovendo. Il numero di espositori di Formnext che offrono materiali AM in tutte queste categorie è enorme e non è possibile coprirli tutti qui. Ma possiamo offrire alcuni punti salienti.

Metalli

Le leghe di rame e alluminio sono i materiali più caldi in metallo AM in questo momento e continuano a diventare più caldi. Il CP1 di Constellium, ora qualificato per i sistemi Velo3D, è l’ultimo di una linea in crescita di leghe di alluminio sviluppate appositamente per AM, che si estende fino all’attenzione strategica di Ricoh per il binder jetting in alluminio. I rappresentanti di un’altra azienda giapponese, Mitsui Kinzoku, hanno spiegato di essere stati spinti a Formnext dalla crescente domanda di polveri di rame. Anche questa non è una sorpresa: da quando Trumpf ha dimostrato che si poteva fare su PBF, molte aziende sono arrivate, tra cui EOS – dove Markus Glasser, Senior Vice President EMEA ha confermato la domanda alle stelle, soprattutto per le applicazioni spaziali, Velo3D e GKN (con GRCop- 42 lega) GE Additive (con Arcam EBM) e molti altri. Qualche anno fa era considerato un materiale impossibile da stampare; ora è considerato il materiale ideale. Questa è una lezione importante.

Materie plastiche

Anche la gamma di materiali polimerici continua ad espandersi, anche se forse non al ritmo che alcuni sperano. Kügler di EOS ha evidenziato come il PA6 sia un materiale richiesto dai clienti del settore automobilistico, ma non è un materiale ideale da stampare. Quindi l’industria deve sviluppare materiali stampabili in grado di fornire le stesse proprietà. Ad esempio, Jabil ci ha mostrato la polvere di polichetone PK 5000, sviluppata internamente per essere più rispettosa dell’ambiente e fornire resistenza chimica e resilienza migliorate rispetto ai materiali in nylon generici. Altre aziende continuano a concentrarsi sulla sostenibilità dei loro materiali polimerici.

Ceramica

La ceramica rimane un’incredibile famiglia di materiali in AM e non c’è dubbio che il segmento stia crescendo in termini di disponibilità tecnologica, accessibilità, produttività, disponibilità di materiali e adozione. Alcune delle applicazioni più avanzate nella stampa 3D sono quelle ceramiche, che vanno dall’aerospaziale (compresa la fusione) ai prodotti dentali e medici. Il fatto che la ceramica sia ricercata è confermato anche dal fatto che il report di mercato Ceramic AM di 3dpbm continua ad essere molto richiesto.

Così fanno le applicazioni AM in ceramica. Gli attuali leader tecnologici e di mercato Lithoz e 3DCeram stanno ampliando la loro portata con nuovi materiali e prodotti. Lithoz ha presentato il nuovo materiale medicale LithaBone HA 480 per impianti di sostituzione ossea specifici per il paziente realizzati in ceramica bioriassorbibile e microparti in vetro stampate in 3D utilizzando il materiale in vetro di Glassomer. 3DCeram continua a concentrarsi sull’elevata produttività dei suoi sistemi industriali introducendo anche l’elevata versatilità (in termini di materiali disponibili) del nuovo sistema di estrusione 3DCeram-Tiwari MAT (Multi Additive Technology).

Notizie più interessanti arrivano dalla crescente disponibilità e adozione della stampa 3D in ceramica. Photocentric, uno dei principali produttori di materiali fotopolimerici e stampanti 3D LED, ha introdotto i fanghi ceramici nel suo processo di stampa 3D a luce visibile con risultati molto interessanti (compresa la possibilità di stampare ceramiche scure come il carburo di silicio). Sarah Webster di ExOne ha confermato a 3dpbm che il carburo di silicio è di gran lunga il materiale più richiesto per i suoi sistemi di legante ceramico (qualcosa che chi scrive aveva previsto con precisione alcuni anni fa, quando l’adozione era quasi inesistente). La società israeliana di getto di nanoparticelle XJet ha inoltre confermato che l’ingresso “accidentale” nell’additivo ceramico rimane un asset strategico per la strategia di crescita dell’azienda. E a conferma di tutto ciò, BOSCH Advanced Ceramics ha avuto la sua più grande presenza di sempre a Formnext.

Deposizione massiccia per tutti

Come accennato in precedenza, c’è una tendenza definitiva a diventare più grandi, sia nei polimeri che nei metalli. Un modo per diventare più grandi (in termini di dimensioni delle parti) nei metalli è costruire sistemi PBF in metallo più grandi con più laser. Un altro modo per aumentare le dimensioni (in termini di dimensioni del lotto) è aumentare la produttività e ridurre i costi tramite il binder jetting metallico. La terza via, che è sia più ampia che più economica, è (soprattutto) WAAM basata su cavo e (in generale) tutta la tecnologia DED. Come previsto da 3dpbm nel nostro rapporto sul mercato Metal AM lo scorso anno, la tecnologia WAAM sta crescendo rapidamente. Sistemi WAAM come quelli di MX3D (l’M1 ora in uso presso un importante produttore automobilistico) e WAAM3D sono finalmente disponibili, RoboWAAM sta finalmente diventando maggiorenne e gli utenti industriali stanno iniziando a rispondere. Nello stesso segmento DED, un’azienda promettente da seguire è InssTek, con sede in Corea, che offre sistemi per parti metalliche multimateriale e deposizione di leghe personalizzate, mescolando diversi metalli in tempo reale durante la costruzione).

Quella delle parti più grandi è anche una tendenza importante per le aziende di polimeri. Lo abbiamo evidenziato dopo JEC World: aziende come Caracol AM, CMS , Massivit , Ai Build (con Kuka), CEAD e Camozzi (Ingersoll) stanno drasticamente alterando la percezione che AM sia l’ideale per piccole parti complesse. Infatti, una delle migliori proposte di valore di AM è la capacità di costruire parti singole molto grandi o strumenti molto grandi (per produrre parti singole). La crescita nell’adozione delle tecnologie LFAM con materiale composito in pellet in segmenti che vanno dall’aerospaziale al marittimo all’automotive, all’arredamento e persino all’edilizia è una delle tendenze più rilevanti nell’AM, come aveva accuratamente previsto 3dpbm nel  nostro rapporto sul mercato AM composito già nel 2020. In questo panorama, Airtech è l’azienda che sta sfruttando maggiormente la domanda di materiali compositi specifici per AM, poiché altri che avevano aperto la strada, come Sabic e Mitusbishi, stanno progressivamente scomparendo.

Il cambiamento non avviene (quasi) mai dall’oggi al domani 

Prima di Formnext abbiamo scritto nel nostro eBook Metal AM che questo sarebbe stato “l’anno del raccoglitore”. È stato quando tutte le principali piattaforme di binder jetting metallici sono state finalmente introdotte sul mercato. Ciò non significa che il binder jetting metallico sostituirà il PBF proprio come l’AM non sostituirà la produzione tradizionale. Anche quando si muove velocemente, il cambiamento richiede inevitabilmente tempo e avviene progressivamente.

Anche il fatto che i sistemi MJF di HP siano tra i più venduti e che i sistemi della serie 5400 appena annunciati saranno in grado di stampare parti bianche non significa che sostituiranno i sistemi laser PBF. In effetti, il numero di unità PBF laser vendute continuerà ad essere maggiore delle unità MJF per il prossimo futuro, con sistemi PBF laser a basso costo come quelli di Sinterit e Formlabs che democratizzano ulteriormente questa tecnologia. Anche se François Minec, Global Head, Polymers 3D Printing ha confermato che la domanda di sistemi polimerici rimane elevata, con alcuni clienti più grandi che stanno già allestendo nuove strutture di fabbrica da riempire di macchine, HP comprende che il cambiamento è un processo graduale. Ecco perché la serie 5400 è stata concepita come un sistema modulare in grado di evolversi progressivamente aggiungendo nuove funzionalità.

Il prossimo anno potrebbe essere l’anno in cui EOS porterà finalmente sul mercato la sua tecnologia LaserPro Fusion – Moritz Kügler ha confermato che il progetto è ancora in pieno svolgimento – e quello potrebbe essere, ancora una volta, l’inizio di una nuova era in AM. Ma non accadrà dall’oggi al domani.

C’erano oltre 800 aziende espositrici a Formnext. Vorrei poterle visitare tutte e il team di 3dpbm a Formnext è cresciuto fino a diventare cinque persone – altamente multitasking – proprio per questo motivo: maggiore copertura è in arrivo per quelle aziende che ci hanno contattato o quelle che abbiamo scoperto. Anche senza vedere da vicino tutti i prodotti, in particolare quelli più recenti, sappiamo che la maggior parte di questi sono sempre prodotti e tecnologie di alta qualità o altamente innovativi. È la natura intrinseca dell’AM da utilizzare per realizzare parti (potenzialmente) più sostenibili e (immediatamente) migliori di quelle realizzate con metodi di produzione tradizionali. Fare in modo che queste parti migliori rappresentino anche una chiara proposta di valore è il nostro compito per la nuova era dell’AM sulla strada per Formnext 2023.