Una questione “polverosa” – dal rapid prototyping alla produzione additiva in serie

La produzione additiva offre già oggi molte nuove possibilità

La produzione additiva consente oggi di realizzare, nell’arco di una notte, modelli di prova, prototipi e componenti funzionali in diversi materiali, come plastica, metallo e persino ceramica. In passato la produzione generativa veniva utilizzata principalmente per il rapid prototyping. Le nuove esigenze della produzione additiva hanno introdotto però concetti come “Direct Manufacturing” e “Direct Tooling”. PROTIQ descrive da una prospettiva applicativa le sfide specifiche che riguardano tecnologia impiantistica e materiali per la produzione in serie.

Direct Manufacturing

Nel “Direct Manufacturing” i prodotti finali devono essere realizzati in modo diretto e senza utensili tramite processi additivi. Il prodotto e il suo campo d’applicazione definiscono quindi i requisiti relativi a materiale e tecnologia di produzione. Ad esempio, il settore elettronico richiede proprietà elettriche specifiche o un’elevata resistenza alla fiamma.

Sulla base del concetto di Total Cost of Ownership (TCO), utensili migliorati e realizzati additivamente permettono di ridurre drasticamente i costi di produzione dei prodotti finali. Tali utensili o stampi a iniezione offrono vantaggi significativi: riduzione del peso, processi più efficienti e tempi di ciclo più brevi. Nel caso degli utensili formativi, i parametri meccanici — come resistenza, duttilità e durezza superficiale — sono fondamentali.

«Materiali adeguati ai requisiti sono indispensabili per rendere possibile la produzione in serie tramite tecnologie additive.»

Gli esempi d’applicazione mostrano chiaramente che l’attuale varietà di materiali disponibili per la produzione additiva è spesso insufficiente. La qualificazione di nuovi materiali con proprietà su misura è un prerequisito essenziale per un impiego industriale diffuso ed economicamente sostenibile.

Lasersinterizzazione con requisiti elevati per i materiali

Nella sinterizzazione laser di materiali plastici, la maggior parte dei prodotti viene realizzata in PA12, con o senza riempitivi. Tuttavia, molti settori richiedono tecnopolimeri in grado di soddisfare requisiti specifici del prodotto finale. Di particolare importanza sono materiali come Poliammide 6 (PA6), Poliammide 6.6 (PA6.6), Polibutilentereftalato (PBT) o Poliuretano Termoplastico (TPU), nonché il diffuso polipropilene (PP). L’attuale tecnologia impiantistica, originariamente sviluppata per prototipi singoli, permette spesso solo in parte la lavorazione di questi materiali avanzati. Dal punto di vista degli utenti è dunque necessaria un’evoluzione tecnologica per soddisfare le crescenti esigenze della produzione diretta.

Anche nel settore dei metalli la gamma di materiali è limitata. Per strutture conduttive, le leghe di rame svolgono un ruolo essenziale. Tuttavia, il rame puro è difficilmente lavorabile tramite processi laser tradizionali perché riflette quasi completamente la radiazione laser e non fonde come necessario.

Una nuova tecnologia impiantistica consente la lavorazione di metalli come rame altamente conduttivo, zinco, ottone e tecnopolimeri come PA6 e TPU.

Modifiche di processo permettono oggi di lavorare additivamente anche rame altamente conduttivo. Questo processo di fusione laser ottimizzato permette anche la lavorazione dello zinco e dell’ottone. Lo zinco può essere utilizzato come integrazione alle tradizionali famiglie di prodotti ottenuti tramite pressofusione, mentre l’ottone offre nuove possibilità per i settori della gioielleria o della rubinetteria. Notevole potenziale risiede anche nella lavorazione di acciai ad alta resistenza: per questo sono necessarie temperature di processo più elevate. In collaborazione con istituti di ricerca del NRW e produttori di apparecchiature di riscaldamento, PROTIQ sta già lavorando a soluzioni che permetteranno presto di introdurre anche acciai tipici per utensili, come il 1.2343.

«Hightech incontra l’età della pietra»

Il Direct Manufacturing richiede l’automazione e l’integrazione sequenziale della tecnologia additiva con le tecnologie di produzione tradizionali.

Sebbene il processo principale nella produzione additiva sia altamente sviluppato e completamente automatizzato, i processi a monte e a valle richiedono ancora molto lavoro manuale: i pezzi devono essere puliti manualmente dalla polvere residua e quest'ultima deve essere ricondizionata. Anche la preparazione delle macchine avviene manualmente, limitando la produttività. Le macchine di ultima generazione offrono interfacce che permettono un’automazione crescente lungo tutta la catena di processo — dalla gestione dei dati 3D alla preparazione del lavoro (posizionamento e generazione dei supporti), fino alla finitura e all’imballaggio. Proprio queste sfide irrisolte rappresentano un’opportunità per i costruttori di macchine speciali interessati al mercato della produzione additiva.

«Solo la connessione digitale lungo l’intera catena del valore, verticale e orizzontale, consente una produzione snella e flessibile di prodotti personalizzati in serie.»

La produzione additiva consente di realizzare prodotti in poche ore. Questa velocità non deve essere compromessa da processi di ordinazione lenti e tradizionali. La gestione digitale dei dati è la base per un’integrazione verticale automatizzata — dal cliente alla produzione. Le prime piattaforme online semplificano il processo d’ordine e lo collegano direttamente ai sistemi SAP esistenti. Ciò include analisi del modello 3D, riparazione dei dati, calcolo del prezzo online per materiali e processi, configurazione, scalatura e post-lavorazione, selezione del servizio logistico e del provider di pagamento, fino alla finalizzazione dell’ordine digitale.