Cresce il ricorso alla stampa 3D nel manifatturiero, non solo nella prototipazione: aumenta anche la variet\u00e0 dei materiali utilizzati (plastica, metalli, ceramiche). Nei decenni trascorsi dall\u2019introduzione dei primi esemplari di macchinari per l\u2019Additive Manufacturing (AM) sono migliorati i processi di trasformazione dei materiali, la movimentazione interna dei componenti e la qualit\u00e0 finale dei prodotti.<\/p>\n\n\n\n
di Stefano Vinto<\/em><\/p>\n\n\n\n I sistemi di stampa 3D stanno guadagnando ovunque terreno e vedono ampliarsi di continuo il ventaglio dei loro possibili settori di applicazione e destinazione. Il mercato propone modelli adatti a budget e industrie svariati e a trarne vantaggio non sono pi\u00f9 solamente i lavori di prototipazione. Non solo plastica <\/strong> I componenti degli azionamenti nelle macchine per AM <\/strong> Cenni storici e definizioni<\/strong> Brevetti e azionamenti<\/strong> Connex 3 prodotto da Stratasys<\/strong> Il ruolo del fornitore di componenti<\/strong> Cresce il ricorso alla stampa 3D nel manifatturiero, non solo nella prototipazione: aumenta anche la variet\u00e0 dei materiali utilizzati (plastica, metalli, ceramiche). Nei decenni trascorsi dall\u2019introduzione dei primi esemplari di macchinari per l\u2019Additive Manufacturing (AM) sono migliorati i processi di trasformazione dei materiali, la movimentazione interna dei componenti e la qualit\u00e0 finale dei prodotti. di …<\/p>\n","protected":false},"author":7,"featured_media":1733,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[168],"tags":[320],"class_list":["post-1732","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-additive-manufacturing","tag-rw"],"yoast_head":"\n
\nLa stampa additiva negli ultimi anni ha fatto passi da gigante nel mondo delle imprese, tanto che oggi, secondo un recente studio realizzato da Dimensional Research, \u00e8 presente nell\u201981% di esse. A spingere sempre pi\u00f9 organizzazioni in questa direzione \u00e8 la necessit\u00e0 di accelerare la prototipazione e lo sviluppo di un determinato prodotto. Passaggi pi\u00f9 che mai strategici in un mercato dove chi arriva primo \u00e8 destinato a vincere sulla concorrenza. Cos\u00ec nel corso del 2018 il mercato globale additivo (hardware, software, materiali e servizi) ha raggiuto un valore di 9,3 miliardi di dollari, con una percentuale di crescita del 18%. E le previsioni per quest\u2019anno e per quelli futuri sono altrettanto rosee, se \u00e8 vero, come riporta SmartTech Publishing, che entro il 2027 il comparto superer\u00e0 i 41 miliardi di dollari. Aspettative pi\u00f9 che mai veritiere visto che i settori produttivi nei quali viene utilizzata la stampa additiva sono sempre pi\u00f9 numerosi, anche se la parte del leone la fanno quello spaziale e medicale (93% e 91% rispettivamente), seguiti da quello dell\u2019automotive, dell\u2019elettronica e dei produttori di attrezzature. Del resto la diffusione della stampa 3D va di pari passo con lo sviluppo dell\u2019Industria 4.0 e delle sue esigenze di velocit\u00e0 e precisione. <\/p>\n\n\n\n
In fase di ampliamento \u00e8 anche la gamma di materiali utilizzati. Negli ultimi anni, infatti, il 3D printing, ha affiancato ai materiali plastici, i metalli, ceramiche e composti. Anche se la plastica domina ancora il mercato: viene scelta dall\u201981% delle aziende, solo un terzo utilizza metalli e ceramiche (rispettivamente il 34% e 32%). Ancora di nicchia, invece, i materiali composti con solo l\u20198% delle imprese che ne fa uso. In questo quadro l\u2019Italia non fa eccezione. L\u2019Osservatorio sulla stampa 3D e sull\u2019Additive Manufacturing realizzato da NetConsulting cube e da Cherry Consulting, dice infatti che le aziende italiane, dopo un approccio alla stampa additiva spesso limitato all\u2019attivit\u00e0 di progettazione, ora guardano con interesse anche al suo utilizzo in produzione e a supporto delle attivit\u00e0 verso i canali distributivi. Una tendenza che ha visto le stampanti 3D non solo entrare nelle fabbriche ma anche la loro integrazione con altri sistemi di produzione per effettuare lavorazioni specifiche con livelli di sofisticazione e personalizzazione prima impensabili.
Nonostante lo sviluppo del mercato, la stampa 3D ha ancora qualche criticit\u00e0. A partire dalla stabilit\u00e0 e dal controllo del processo, che presentano ancora ampi spazi di miglioramento, cos\u00ec come la velocit\u00e0 e i tempi di produzione e il costo totale del singolo pezzo realizzato, che in molti casi \u00e8 ancora troppo elevato. E non solo per i prezzi di alcuni materiali, ma anche per l\u2019acquisto e funzionamento dei macchinari, e del lavoro per l\u2019attivit\u00e0 di post-processing. Limiti che dovranno essere superati nei prossimi anni se si vogliono cogliere pienamente i vantaggi dell\u2019industria 4.0. Anche peri produttori di componenti come R+W, la manifattura additiva pu\u00f2 rappresentare una novit\u00e0 preziosa per la realizzazione di prototipi destinati alla produzione di elementi di compensazione, al momento il 3D printing non \u00e8 ancora in contatto con il mondo delle trasmissioni di potenza n\u00e9 con i giunti, ma le prospettive future potrebbero rivelarsi pi\u00f9 interessanti.<\/p>\n\n\n\n
Una prima questione da affrontare, quando si considerano le tecnologie di Additive Manufacturing (AM), riguarda l\u2019impiego di una terminologia univoca per descriverne le caratteristiche fondamentali, specie alla luce delle innovazioni introdotte, in tema di digitalizzazione dei processi, dall\u2019avvento dell\u2019Industria 4.0. Viene esaminata l\u2019evoluzione degli schemi degli azionamenti per i sistemi di produzione con tecnologie di AM, evidenziandone le caratteristiche comuni.<\/p>\n\n\n\n
I primi tentativi di realizzazione di oggetti solidi tramite l\u2019impiego dei fotopolimeri risalgono alla fine degli anni \u201860, e furono condotti presso il Battelle Memorial Institute, a Columbus, Ohio. Tale attivit\u00e0 di ricerca iniziale port\u00f2 ad un setup sperimentale in cui due fasci laser, di lunghezza d\u2019onda diversa, si incrociavano in un punto all\u2019interno di un recipiente, riempito da resine fotopolimeriche inventate dalla DuPont, con lo scopo di solidificare una certa quantit\u00e0 di volume.
Nella prima met\u00e0 degli anni 2000, le discussioni sulla terminologia corretta da impiegare hanno individuato due criticit\u00e0 fondamentali: i termini precedenti (Rapid Prototyping, RP, Rapid Manufacturing, RM e Rapid Tooling, RT) individuano tutti la caratteristica additiva del processo, consistente nella realizzazione di un componente strato dopo strato, in contrasto con la caratteristica sottrattiva dei processi tradizionali realizzati sulle macchine CNC, tramite i quali un componente viene realizzato mediante l\u2019asportazione graduale di materiale nelle modalit\u00e0 ben note; queste tecnologie permettono la realizzazione di un componente senza ricorrere n\u00e9 a utensili, n\u00e9 a stampi, partendo direttamente da un modello 3D del componente stesso, prefigurando non solo la possibilit\u00e0 di realizzazione di forme complesse (non realizzabili tramite le classiche metodologie di lavorazione) ma anche predisponendo la digitalizzazione dei processi di produzione, che \u00e8 tra le prerogative fondamentali dell\u2019Industria 4.0. Tali discussioni hanno cos\u00ec portato alla definizione del termine Additive Manufacturing (AM) come definito nella norma ASTM F2792-12a (Standard Terminology for Additive Manufacturing Technologies). Il termine risulta universale e ufficiale, indicando tutte quelle applicazioni che prevedono l\u2019impiego di una tecnologia il cui processo fondamentale \u00e8 quello di unire uno o pi\u00f9 materiali per realizzare degli oggetti, partendo dai dati di un modello 3D e sovrapponendo uno strato dopo l\u2019altro, al contrario delle tecnologie di produzione sottrattive come quelle fornite dalle macchine utensili tradizionali.
Come gi\u00e0 accennato, le tecnologie di AM rendono possibile la creazione di prototipi e di miniserie, caratterizzati da livelli di complessit\u00e0 geometrica e strutturale abbastanza elevati. Ci\u00f2 sta determinando una profonda mutazione anche nelle attivit\u00e0 di Industrial Design, di progettazione e di ingegnerizzazione, per cui si parla attualmente di Design for Additive Manufacturing (DfAM).<\/p>\n\n\n\n
Di seguito vengono brevemente esposti, in ordine cronologico, i brevetti che hanno dato un impulso fondamentale allo sviluppo delle tecnologie di AM; di ciascuno di essi verranno evidenziati gli schemi fondamentali degli azionamenti impiegati nei relativi sistemi.
Il primo brevetto (US4575330) fu quello della tecnologia SLA (Stereolithography), presentato l\u20198 agosto del 1984 da Chuck Hull, mostrato in Figura 1. In Figura 2 viene mostrata la stampante SLA Form 2, prodotta da Formlabs. Il secondo brevetto (US4752352) fu quello della tecnologia LOM (Laminated Obiect Modeling), presentato nel 1986 da Michael Feygin e mostrato in Figura 3.
Nella Figura 4 viene mostrata la stampante LOM prodotta da Mcor.
Il terzo brevetto (US4863538) fu quello della tecnologia SLS (Selective Laser Sintering), presentato nel 1986 da Carl Deckard e mostrato in Figura 5. In Figura 6 vi \u00e8 invece il sistema SLS EOS P770 prodotto da EOS. Tale sistema consente a realizzazione di volumi massimi pari a 700 x 380 x 580mm, impiegando anche polveri ibride polimeriche\/metalliche come l\u2019Alumide\u00ae (miscela di polveri poliammidiche e di alluminio). Una variante di tale tecnologia, denominata Direct Metal Laser Sintering (DMLS), fu sviluppata dalla stessa EOS nel 1995 e impiega polveri esclusivamente metalliche (cromo cobalto, leghe al Ti, acciai legati ed acciai da utensili). Nella Figura 7 viene mostrato il sistema DMLS EOS M 400-4, prodotto da EOS e capace di volumi di produzione fino a 400 x 400 x 400 mm.
Il quarto brevetto (US4961154) fu quello della tecnologia SGC (Solid Ground Curing), presentata nel 1986 da Itzchak Pomerantz ma rilevatasi da subito estremamente costosa e complessa, per cui fu in seguito abbandonata. La tecnica viene mostrata nella Figura 8.
Il quinto brevetto (US5121329) fu quello della tecnologia FDM (Fused Deposition Modeling), presentata nel 1989 da Scott Crump e mostrata in Figura 9. Nell\u2019Immagine di Figura 10 viene mostrato il sistema a tecnologia FDM Argo 500 prodotto da Roboze.
Un\u2019interessante variante alla tecnologia FDM \u00e8 stata proposta da Desktop Metal, azienda fondata nel 2015 a Cambridge nel Massachusetts. Tale azienda ha presentato una tecnologia proprietaria chiamata BMD (Bound Metal Deposition), mostrata nella Figura 11. Nell\u2019Immagine 12 \u00e8 mostrato il sistema Studio System+.
Il sesto brevetto (US5786562) fu quello della tecnologia EBM (Electron Beam Melting), presentato nel 1993 da Ralf Larson e mostrato schematicamente nell\u2019Immagine 13. In Figura 14 viene mostrato il sistema a tecnologia EBM Arcam Q20plus, dedicato alla produzioni di componenti per il settore aerospaziale, prodotto da Arcam EBM.
Il settimo brevetto (US5204055) fu quello della tecnologia 3DP (3D Printing), presentato nel 1989 da Michael Cima ed Emanuel Sachs. Tale processo \u00e8 molto simile a quello della tecnologia SLS e laa relativa movimentazione viene schematicamente mostrata in Figura 15.
L\u2019ottavo brevetto (US5506607) fu quello della tecnologia IJP (Ink Jet Printing), presentato nel 1991 da Royden Sanders Jr. La relativa movimentazione viene mostrata nell\u2019Immagine 16.
Il nono brevetto (US6259962) fu quello della tecnologia PolyJet; presentanto nel 1999 da Hanan Gothait. La relativa movimentazione viene mostrata in Figura 17. Nell\u2019Immagine 18 \u00e8 mostrato il sistema PoliJet a colori Object 260 <\/p>\n\n\n\n
In ciascuno dei brevetti visti, l\u2019aspetto comune \u00e8 dato dall\u2019ottenimento di un oggetto tramite la sovrapposizione successiva di strati sottili di materiale. Compito quindi dell\u2019azionamento \u00e8 quello di garantire la risoluzione costante lungo l\u2019asse z, come mostrato nelle immagini precedenti, al fine di poter determinare la risoluzione finale richiesta. Tale parametro non \u00e8 l\u2019unico determinante per l\u2019ottenimento della qualit\u00e0 finale: anche la risoluzione lungo gli assi X e Y \u00e8 un dato fondamentale per la realizzazione dei livelli di dettaglio richiesto e delle strutture di supporto necessarie. <\/p>\n\n\n\n
L\u2019evoluzione degli azionamenti di precisione visti per le macchine per AM, pu\u00f2 trovare un valido supporto nei fornitori di componenti.
\u00c8 il caso di R+W, azienda leader nella produzione di giunti e alberi di trasmissione, in grado di mettere la sua esperienza a disposizione del progettista. Nel settore degli azionamenti di precisione per le macchine per AM, R+W fornisce una gamma completa di soluzioni per tutte le esigenze di trasmissione e limitazione della coppia (Figura 19), quali: giunti a soffietto metallico della serie BK, giunti a elastomero della serie EK e limitatori di coppia serie SK. I giunti BK a soffietto metallico, precisi e senza gioco, sono molto apprezzati per il basso momento di inerzia, la totale assenza di necessit\u00e0 di manutenzione, la durata praticamente infinita e soprattutto la totale affidabilit\u00e0. I giunti a elastomero della serie EK combinano elevata flessibilit\u00e0 e buona resistenza. Smorzano vibrazioni e impatti compensando i disallineamenti degli alberi.
Molti elementi condizionano la progettazione dei giunti a elastomero: da fattori quali il carico, l\u2019avviamento e la temperatura dipende la durata dell\u2019inserto. L\u2019elemento elastomerico \u00e8 disponibile in diverse durezze shore, per trovare sempre un compromesso adatto fa le propriet\u00e0 di smorzamento, la rigidit\u00e0 torsionale e la correzione dei disallineamenti per la maggior parte delle applicazioni.
I limitatori di coppia SK, assolutamente privi di gioco, permettono di proteggere il sistema motore in caso di sovraccarico, scollegandolo dalla parte condotta nel giro di pochi millisecondi. Estremamente precisi, trasmettono la coppia con gande accuratezza e intervengono solo in caso di effettiva necessit\u00e0. Inoltre consentono un riarmo semplice e rapido non appena viene rimossa la causa del sovraccarico. <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"