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1. Esempi di dispositivi medicali prodotti con tecnologie AM per protesi dentali, spinali e ossee. \n<\/figcaption><\/figure><\/li> ![\"1.](\"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/wp-content\/uploads\/2020\/09\/epic01b.jpg\")
1. Esempi di dispositivi medicali prodotti con tecnologie AM per protesi dentali, spinali e ossee. \n<\/figcaption><\/figure><\/li> ![\"1.](\"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/wp-content\/uploads\/2020\/09\/epic01c.jpg\")
1. Esempi di dispositivi medicali prodotti con tecnologie AM per protesi dentali, spinali e ossee. \n<\/figcaption><\/figure><\/li><\/ul><\/figure>\n\n\n\n Applicazioni e vantaggi della manifattura additiva di particolari metallici<\/h3>\n\n\n\n
I campi di applicazione di AM con metalli sono numerosi e mostrano la flessibilit\u00e0 e i vantaggi della tecnologia. Nel campo medicale, per esempio, \u00e8 possibile impiegare processi AM su titanio e altre leghe biocompatibili permettendo la realizzazione di impianti ossei, dentali, spinali specifici del paziente (Figura 1) come pure strumenti chirurgici molto complessi: questo settore trae particolare vantaggio dalla possibilit\u00e0 offerte dall\u2019AM di produrre velocemente dispositivi unici. Nell\u2019industria aerospaziale, AM \u00e8 molto interessante per i dipartimenti di ricerca e sviluppo per la possibilit\u00e0 di verificare le soluzioni tecniche direttamente su una piccola pre-serie prima di passare alla produzione (Figura 2). Inoltre la grande libert\u00e0 di progettare geometrie complesse e la relativa velocit\u00e0 di prototipazione che riducono i tempi di consegna sono ulteriori incentivi alle tecniche AM. Con questa tecnologia, \u00e8 possibile fabbricare anche particolari unici di macchine, motori o turbine. Nei settori della movimentazione e della robotica, i processi AM permettono la costruzione di elementi mobili e pinze di presa specifici per il singolo processo o prodotto. Analogamente sussistono vantaggi simili nell\u2019industria automobilistica per le fasi di progetto e prototipazione accanto a personalizzazioni dedicate in ambiti speciali come il restauro di auto d\u2019epoca o da competizione a partire dalla Formula 1, senza dimenticare il settore motociclistico, quello delle bici da corsa oppure di gioielli. L\u2019uso dell\u2019AM si estende poi in tutte quelle aree in cui l\u2019interpretazione personale e singolare delle idee \u00e8 fondamentale quali l\u2019architettura, il design e perfino l\u2019arte. In tutti i casi il beneficio dirompente \u00e8 dato dalla possibilit\u00e0 di progettare geometrie che non potrebbero essere fabbricate con le classiche tecnologie di sottrazione e di deformazione (Figura 3). Inoltre, con l\u2019AM \u00e8 possibile ottimizzare l\u2019utilizzo del materiale riducendo lo scarto e il correlato smaltimento di rifiuti perch\u00e9 viene consumata solo la quantit\u00e0 di materiale necessaria per la costruzione del pezzo finale, anzich\u00e9 ricavarlo da un blocco di materiale di maggiori dimensioni. Consegue un risparmio interessante sia sui costi energetici che sulla materia prima e, essendo la polvere metallica facile da recuperare e riutilizzare, si rientra nei principi ispiranti dell\u2019Economia Circolare.<\/p>\n\n\n\n
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2. Esempio di giunto in titanio, realizzato con tecnica AM per l\u2019industria aerospaziale. <\/figcaption><\/figure><\/li> ![\"2.](\"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/wp-content\/uploads\/2020\/09\/epic02b.jpg\")
2. Esempio di giunto in titanio, realizzato con tecnica AM per l\u2019industria aerospaziale. <\/figcaption><\/figure><\/li><\/ul><\/figure>\n\n\n\n Esempi di fornitori e prodotti AM in metallo<\/h3>\n\n\n\n
Oggi la diversit\u00e0 delle tecniche AM si riflette anche nell\u2019offerta proposta dal mercato. La tecnologia \u00e8 consolidata e si possono trovare piccole e medie imprese, come pure grandi industrie, che propongono offerte diverse di prodotti e servizi. Una struttura per AM su metallo \u00e8 composta da diversi dispositivi, sia hardware che software, e spesso \u00e8 modulare e configurabile a seconda delle specifiche applicazioni e dell\u2019uso.
Un esempio di un tipico sistema personalizzabile \u00e8 l\u2019apparecchiatura per la fusione laser a base di polvere metallica della societ\u00e0 Aconity3D, mostrato in Figura 4. Il blocco centrale \u00e8 costituito dalla piattaforma di costruzione che pu\u00f2 essere preriscaldata, con una o due camere di processo per produrre in parallelo anche con materiali e gas diversi preparati in una stazione di installazione, una sorgente laser con pi\u00f9 raggi, un controllo di processo, e con l\u2019opzione di camere sottovuoto. Il processo \u00e8 sorvegliato da un software installato nel computer di controllo che processa il disegno dell\u2019elemento da produrre ed \u00e8 collegato ad un sistema di misura. Il raggio laser viene spostato con un sistema di scansione a cui \u00e8 associabile un controllo di processo pi\u00f9 complesso e accurato con pirometro e una telecamera ad alta velocit\u00e0, per supportare con un\u2019analisi in tempo reale il processo di costruzione e eventualmente correggere i parametri in funzione delle caratteristiche della specifica zona di fusione. Come detto in precedenza, a seconda delle esigenze e delle applicazioni, il mercato offre un\u2019ampia gamma di prodotti che riguardano l\u2019AM del metallo. La societ\u00e0 TRUMPF, presente sul mercato gi\u00e0 nel 2003 con una macchina additive a letto di polvere chiamata TrumaForm, ha sempre fortemente creduto in questa tecnologia. TRUMPF, ampiamente impegnata nell\u2019AM del metallo, ha concentrato finora la sua strategia nel proporre ai propri clienti due tecnologie basate sul laser: Laser Metal Fusion (o SLM) e LMD (Figura 5). Quest\u2019ultima tecnologia viene utilizzata principalmente per la riparazione o il rivestimento di parti esistenti, perch\u00e9 il laser genera in questo caso un bagno di saldatura, la cosiddetta \u201cweld pool\u201d, sulla superficie del componente. Un materiale d\u2019apporto metallico, sotto forma di polvere, viene poi continuamente aggiunto e fuso in questa \u201cpool\u201d. In questo modo, si ha il grande vantaggio di poter cambiare il materiale strato per strato. Questa tecnologia \u00e8 stata messa a punto da TRUMPF per ottenere un processo di deposizione ad altissima velocit\u00e0 (EHLA), in grado di rivestire le superfici in modo molto rapido ed estremamente sottile (ad esempio per il trattamento dei dischi freno).
Prima Additive, divisione del gruppo Prima Industrie, ha anche una lunga tradizione nel mercato dei sistemi e delle soluzioni per AM in metallo. Sono specializzati sia nei sistemi SLM \/ DMSL che LMD. Anche qui l\u2019offerta \u00e8 ampia a seconda delle applicazioni e delle esigenze del cliente: l\u2019ultima soluzione multiuso su grandi volumi di lavoro che combina LMD, taglio 3D, taglio 2D e saldatura \u00e8 un eccellente esempio di strumento di produzione versatile e completo. Queste macchine AM utilizzano laser a fibra da centinaia di watt a multi-chilowatt, come nel caso di questa piattaforma equipaggiata con una sorgente da 6 kW. Le principali alternative ai laser a fibra per AM sono oggi i laser a disco e laser a diodi accoppiati a fibra (quest\u2019ultimo largamente utilizzato per rivestimenti LMD). Un\u2019altra azienda con una vasta esperienza nel settore AM, con molteplici materiali \u00e8 EOS, che nel campo del metallo offre sistemi DMLS per la prototipazione come pure per produzione in serie.
A seconda delle dimensioni, del livello di qualit\u00e0 e finitura, delle caratteristiche di gestione richieste e della velocit\u00e0 di produzione, sono disponibili diverse macchine EOS da valutare tenendo conto delle diverse esigenze, dal formato dei dati CAD fino all\u2019elemento specifico da realizzare.
Inoltre, EOS presta molta attenzione a seguire il processo creazione del pezzo attraverso quattro sistemi di controllo in linea, rappresentati in Figura 6.<\/p>\n\n\n\n![\"3.](\"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/wp-content\/uploads\/2020\/09\/epic03a.jpg\")
3. Esempio di un raccordo industriale in acciaio inossidabile AISI 316L, realizzabile in un unico pezzo solo tramite AM con conseguente riduzione di peso e ottimizzazione delle perdite di carico. <\/figcaption><\/figure><\/li> ![\"3.](\"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/wp-content\/uploads\/2020\/09\/epic03b.jpg\")
3. Esempio di un raccordo industriale in acciaio inossidabile AISI 316L, realizzabile in un unico pezzo solo tramite AM con conseguente riduzione di peso e ottimizzazione delle perdite di carico. <\/figcaption><\/figure><\/li><\/ul><\/figure>\n\n\n\n Le politiche della Commissione europea per le tecnologie additive su metallo<\/h3>\n\n\n\n
I numerosi vantaggi dell\u2019AM, evidenti sia ai costruttori di macchine che agli utenti finali di questa tecnologia, hanno permesso una buona diffusione ma sussiste ancora un notevole potenziale di ulteriore sviluppo a fronte della risoluzione di alcuni limiti correnti.
Di fatto, nonostante i suoi numerosi punti di forza, l\u2019AM soffre per certo aspetti nel confronto diretto con altre tecniche di produzione. Per esempio, i tempi di produzione sono ancora relativamente lunghi, ci sono difficolt\u00e0 nell\u2019 operare in parallelo in modo efficiente e restano alcune limitazioni alle dimensioni che si combinano con ridotta esperienza in strutture AM metalliche di dimensioni molto grandi.
La produzione di massa evidenzia soprattutto queste limitazioni sottovalutando quasi completamente le fasi di post-elaborazione e di finitura superficiale, che per particolari metallici da AM possono richiedere molto tempo e costi elevati, soprattutto in funzione delle tolleranze richieste.
Quando una tecnologia mostra un grande successo ma, allo stesso tempo, evidenzia ancora margini di miglioramento e un potenziale non ancora sfruttato, ci possono essere evidenti opportunit\u00e0 di profitto: la Commissione europea (EC) nell\u2019ambito di Horizon 2020 e nel contesto per partenariato pubblico-privato con Photonics21, ha preso atto di questo potenziale e ha lanciato molteplici bandi per sostenere esplicitamente progetti riguardanti la AM su metallo. Questi progetti affrontano le varie fasi di questa tecnica produttiva, correlandole tra loro o in combinazione con altre tecnologie (es. Progetto PARADDISE), la qualit\u00e0 delle materie prime (esempio Progetti SIRAMM e AlForAMA), l\u2019ottimizzazione dell\u2019intero processo stesso (es. Progetto INTEGRADDE) e della sua sostenibilit\u00e0 (a esempio progetto SUPREME), il miglioramento del rapporto costo-efficacia della finitura post-elaborazione (a esempio progetto PALMS) e della precisione (pe resempio progetto PAM2), la specializzazione in alcuni settori industriali con il maggior potenziale di applicazione, come aeronautica e aviazione (per esempio progetti AManECO, MOnACO, NATHENA).<\/p>\n\n\n\n![\"4.](\"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/wp-content\/uploads\/2020\/09\/epic04.jpg\" "\\"4.")
4. Esempio di ambiente di lavoro integrato per AM. <\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n Al momento, molte iniziative sono dedicate a migliorare e supportare il potenziale dell\u2019AM su metallo. Dedicando sforzi alla ricerca sull\u2019influenza della qualit\u00e0 della materia prima e allo sviluppo di leghe innovative ad alta resistenza adatte per SLM si pu\u00f2 migliorare la saldabilit\u00e0 e aumentare la resistenza agli sforzi, alla corrosione e, in generale, migliorare la qualit\u00e0 e le prestazioni dei prodotti finali dei particolari metallici prodotti con AM. Il Commissariat \u00e0 l\u2019\u00e9nergie atomique et aux \u00e9nergies alternatives (CEA) \u00e8 tra gli attori che si occupano della sostenibilit\u00e0 dei processi di metallurgia delle polveri in tutta la catena di approvvigionamento e di valore, compresa l\u2019ottimizzazione della produzione di polveri nel ridurre gli investimenti di materie prime, ridurre le emissioni di CO2<\/sub> e portare il suddetto principio di economia circolare come obiettivo fondamentale di l\u2019intero processo di fabbricazione.
La finitura superficiale ruvida delle parti in metallo AM provoca usura, corrosione e affaticamento, micro-cricche, scarsa tolleranza ed \u00e8 esteticamente sgradevole. Soluzioni innovative di macro-polishing convenienti basate sulla nuova tecnologia del plasma elettrochimico hanno il potenziale per sostituire le attuali tecniche di lucidatura che sono in genere costose e hanno un\u2019efficacia limitata su pezzi complessi e strutturati applicati nell\u2019industria aerospaziale e medica. La finitura superficiale pu\u00f2 anche indurre una precisione limitata a causa del restringimento, delle sollecitazioni integrate, della stabilit\u00e0 e della robustezza del processo limitate. Istituti come il Karlsruhe Institute of Technology (KIT) si sono impegnati a sostenere l\u2019implementazione di una buona ingegneria di precisione e a migliorare il processo generale di finitura del prodotto. L\u2019aeronautica e l\u2019aviazione sono i settori industriali che molte aziende della filiera di fornitura AM identificano come potenziale obiettivo per una massiccia applicazione dell\u2019AM sul metallo. <\/p>\n\n\n\n![\"5.](\"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/wp-content\/uploads\/2020\/09\/epic05a.jpg\")
5. Laser Metal Fusion (LMF) and Laser Metal Deposition (LMD). <\/figcaption><\/figure><\/li> ![\"5.](\"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/wp-content\/uploads\/2020\/09\/epic05b.jpg\")
5. Laser Metal Fusion (LMF) and Laser Metal Deposition (LMD). <\/figcaption><\/figure><\/li><\/ul><\/figure>\n\n\n\n Gli scambiatori di calore per l\u2019aeronautica sono un buon esempio di strutture che con AM possono raggiungere un grado di complessit\u00e0 interna e una compattezza impossibile con altre tecnologie di produzione (Figura 7). Inoltre, possono essere potenzialmente realizzati facilmente prototipi per studiare le migliori prestazioni termiche possibili. Infine, l\u2019opzione per l\u2019individuazione e l\u2019indagine di nuove geometrie rende SLM utile per provare anche parti innovative di grandi dimensioni (circa 1 m di dimensione) per motori aerei. Al fine di supportare l\u2019efficacia e la sostenibilit\u00e0 dell\u2019intero processo, \u00e8 necessario applicare una serie di misure per affrontare ogni fase di AM in metallo. Aziende e istituzioni come AIMEN, University of Sheffield, CEA, Prima Industrie, New Infrared Technologies stanno sviluppando una soluzione di produzione digitale end-to-end, che consentira\u2019 un flusso di dati bidirezionale protetto per una perfetta integrazione nell\u2019intera filiera. Il loro obiettivo \u00e8 creare un flusso di AM basato sui dati che sia in grado di ottimizzare ogni fase prestando attenzione all\u2019affidabilit\u00e0, alla qualit\u00e0 e alla ripetibilit\u00e0 e di indirizzarla a diversi settori industriali come la lavorazione dell\u2019acciaio, la costruzione di attrezzature, l\u2019aeronautica e l\u2019edilizia. Il progetto IA MANUELA, finanziato dalla CE con il grant no 820774, mira a sviluppare un impianto di linea pilota ad accesso aperto che copra l\u2019intera sequenza di produzione di metallo AM. I venti partner del progetto trarranno vantaggio da sei casi reali proposti da clienti \u201cinterni\u201d che contribuiranno allo sviluppo, al miglioramento, alla standardizzazione e alla formazione del processo sia sulle dimensioni del software che dell\u2019hardware. In una seconda fase, il progetto si aprir\u00e0 a utenti esterni al progetto di ricerca, offrendo un servizio dedicato alle PMI che permetta di sviluppare soluzioni pi\u00f9 veloci per raggiungere il mercato o accelerare la propria produzione.<\/p>\n\n\n\n
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![\"7.](\"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/wp-content\/uploads\/2020\/09\/epic07b.jpg\")
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