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Manifattura additiva e Industria 4.0: come la stampa 3D trasformerà la produzione

La manifattura additiva – o additive manufacturing – sta trasformando la produzione industriale in tutto il mondo, grazie anche alla disponibilità di stampanti 3D sempre più efficienti e in grado di lavorare con una gamma crescente di materiali tecnici e ad alte prestazioni.  Fino ad oggi l’utilizzo dei sistemi di fabbricazione additiva è stato prevalentemente dedicato ad applicazioni di prototipazione per lo sviluppo di nuovi prodotti, ma qualcosa sta cambiando. Il piano nazionale Industria 4.0 rappresenta un ottimo volano per la diffusione delle stampanti 3D nei reparti produttivi e nelle officine, dove la stampa 3D è in grado di trasformare i processi tradizionali, portando alle aziende grandi vantaggi sia nella realizzazione di parti finali, sia nella costruzione di utensili per la linea di produzione. Energy Group, rivenditore italiano delle soluzioni di stampa 3D Stratasys, ha allestito presso la propria sede di Bentivoglio (BO) un Polo Tecnologico che ha lo scopo di mostrare alle aziende il flusso di lavoro completo che integra le stampanti 3D professionali e tutte le tecnologie 3D necessarie per arrivare al Direct Digital Manufacturing.

Quali vantaggi porta alle aziende la manifattura additiva?

La manifattura additiva è una modalità produttiva che consente la realizzazione di parti componenti, semilavorati o prodotti finiti, attraverso l’aggiunta di strati successivi di materiale. Su questo principio di funzionamento si basano le stampanti 3D di qualunque tecnologia.

Non dovendo procedere per sottrazione dal pieno come accade in molte tecniche della produzione tradizionale (tornitura, fresatura, ecc.), la produzione additiva offre immediatamente nuove possibilità:

  • la produzione di oggetti con forme complesse che non sarebbe possibile realizzare in un pezzo unico con le tecniche di lavorazione tradizionali
  • la riduzione delle materie prime impiegate, il miglioramento delle prestazioni, l’utilizzo di materiali alternativi a quelli in uso, modificando la struttura costruttiva dell’oggetto che viene ripensata in funzione della stampa 3D;
  • la drastica riduzione dei costi di realizzazione di varianti rispetto ad un modello di base nella produzione di prodotti personalizzati in piccole serie o pezzi unici.

L’impiego di sistemi di fabbricazione additiva accelera lo sviluppo di nuovi prodotti e ne permette una più rapida immissione sul mercato. La manifattura additiva estende l’utilizzo della stampa 3D verso il reparto di produzione, dove offre maggiore flessibilità e una riduzione di tempi e costi nella costruzione di parti finite, di utensili, di attrezzaggi macchina.

Il settore aerospaziale sta sfruttando ampiamente la produzione additiva con stampanti 3D industriali per realizzare componenti leggeri e molto resistenti che vengono montati direttamente sui velivoli. Il crescente impegno dei produttori nell’offrire soluzioni di stampa 3D efficaci per l’industria aerospaziale, è dimostrato dall’accordo tra Stratasys – azienda leader nella produzione di stampanti 3D professionali e di soluzioni per additive manufacturing – e Boom Supersonic che sancisce una collaborazione triennale tra le due aziende per lo sviluppo del nuovo Supersonic Aircraft.

Nel settore del packaging e delle macchine automatiche i vantaggi offerti ai costruttori dall’utilizzo della manifattura additiva sono molteplici. Facciamo un esempio: stiamo realizzando una macchina per l’imbottigliamento destinata ad adattarsi a flaconi con varie forme; per mantenere fermi i contenitori durante il processo sono richiesti utensili diversi e molto precisi che si adattino perfettamente alla geometria, anche complessa, dell’involucro. Ebbene, grazie alla stampa 3D potremo costruire in breve tempo i set di utensili necessari in modo che si adattino perfettamente alla forma del package. Allo stesso modo è possibile produrre sagome per la termoformatura o riprodurre la forma di un imballaggio per ottimizzare la linea di confezionamento.

Nell’automobilismo e nel motociclismo sportivo, così come in altri settori in cui è importante realizzare prodotti con proprietà aerodinamiche elevate rappresenta un elemento strategico di successo, l’impiego della produzione additiva amplia le possibilità di ridurre i vincoli costruttivi. La maggiore libertà data dalla stampa 3D in termini di geometrie realizzabili, si può associare alla riduzione del numero di pezzi da assemblare e permette di ottenere una maggiore funzionalità tecnica, oltre che una riduzione dei tempi e dei costi. Un esempio è la realizzazione di anime per la lavorazione dei compositi: attraverso la stampa 3D FDM con materiale plastico appositamente studiato da Stratasys, si possono produrre le anime solubili necessarie alla costruzione di oggetti in materiale composito, con geometrie cave anche complesse, altrimenti impossibili da ottenere.

Utensili leggeri, resistenti ed economici con la stampa 3D

La disponibilità di materiali termoplastici per stampa 3D dotati di proprietà meccaniche, chimiche e fisiche elevate, permette di costruire attrezzaggi su misura robusti ed efficienti che vengono utilizzati direttamente sulla linea di produzione, in modo rapido ed economico, con la stampante 3D.

Quando si costruiscono utensili per l’impiego industriale, si tende di solito ad utilizzare alluminio o leghe metalliche per via delle loro proprietà meccaniche. In queste applicazioni i materiali termoplastici compositi ad alte prestazioni possono essere impiegati in alternativa al metallo, determinando un grande vantaggio. Stratasys ha recentemente reso disponibile per il proprio sistema 3D Fortus 450mc il nuovo FDM Nylon 12CF.  Si tratta di un materiale termoplastico per stampa 3D rinforzato con l’aggiunta di fibra di carbonio al polimero di base per ottenere così una drastica modifica delle proprietà meccaniche, che lo rendono adatto a sostituire il metallo nella costruzione di molti utensili senza comprometterne la robustezza, pur riducendone significativamente il peso.

Le stampanti 3D FDM serie Production di Stratasys permettono di stampare in 3D con diversi materiali termoplastici tecnici, dotati di elevate caratteristiche di resistenza alla rottura, alla flessione, agli urti, alla pressione, al calore. Per questo sono ideali per la realizzazione di una grande varietà di strumenti di produzione pronti all’uso, come mani di presa, maschere, posaggi, dime di foratura, staffaggi, sagome per la formatura e la piegatura dei metalli, ecc.

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