Le inarrestabili innovazioni della manifattura additiva

La nuova frontiera della manifattura additiva

Negli ultimi anni la stampa 3D sta rivoluzionando la progettazione dei componenti in svariati settori, compreso quello dei trasporti. Questa nuova tecnologia consiste nella realizzazione di un prodotto a partire da un modello 3D virtuale che viene stampato strato dopo strato tramite apporto di materiale per realizzare il pezzo finito.

Per questo motivo la “stampa 3D” viene spesso chiamata “manifattura additiva”, in contrapposizione con i tradizionali processi di “manifattura sottrattiva” costituiti dalla tipica asportazione di materiale tramite lavorazione meccanica.

A valle del processo di manifattura additiva, sono necessarie alcune attività di finitura, quali ad esempio la rimozione del pezzo dal supporto su cui è stato stampato ed alcune lavorazioni meccaniche per ottenere adeguati livelli di finitura e trattamenti termici adeguati. In ogni caso le operazioni a valle dello stampaggio sono minimizzate rispetto alla tecnologia tradizionale grazie alla possibilità di ottenere geometrie molto complesse. Uno dei maggiori pregi di questa tecnologia è, infatti, l’assenza di vincoli di formabilità propri delle tecnologie tradizionali e quindi la possibilità di realizzare forme nemmeno immaginabili con le tecniche tradizionali. La possibilità di realizzare geometrie così complesse garantisce una forte riduzione di peso del componente, in quanto è possibile mettere materiale solo dove il pezzo è realmente sollecitato in esercizio.

Un processo in forte accelerazione

I tempi di produzione sono ad oggi elevati, motivo per cui la tecnologia è utilizzata prevalentemente per la realizzazione di prototipi o per applicazioni speciali (ad esempio in ambito aerospaziale).

Un forte fermento in questo settore sta portando a velocizzare molto il processo, quindi, in un futuro, la manifattura additiva potrebbe diventare conveniente anche per piccole serie.

Una soluzione consiste nel massimizzare la produttività attraverso l’ottimizzazione del posizionamento dei pezzi in macchina, sfruttando il più possibile lo spazio a disposizione. La produttività di queste macchine passa anche attraverso l’aumento del numero delle teste laser che lavorano contemporaneamente e l’aumento delle potenze delle sorgenti dei laser, così da aumentare le larghezze dei fasci focalizzati e la velocità di passata: secondo gli interlocutori intervistati i target dei prossimi 10 anni è quello di aumentare di 8 volte la produttività.

L’Additive Manufacturing per il progetto di una nuova biella

In Streparava questa tecnologia è stata applicata nell’ambito di un progetto di innovazione, nel quale una biella è stata completamente riprogettata per ridurne il peso e massimizzare le prestazioni del motore. Nel corso del progetto la geometria è stata modificata in modo che il componente pesasse il meno possibile, mantenendo invariate le prestazioni in esercizio.

Il componente ottenuto pesa il 15% rispetto alla corrispondente biella in titanio forgiato e il 45% in meno rispetto all’acciaio forgiato. La forma ottenuta è realizzabile solo con questa tecnologia innovativa. Questi risultati hanno richiesto l’utilizzo di software di ottimizzazione topologica ed analisi strutturale.

Il progetto è stato realizzato in collaborazione con EOS, uno dei più importanti costruttori di macchine per manifattura additiva. Oltre ai componenti sono stati stampati una serie di campioni progettati ad-hoc per valutare le reali prestazioni meccaniche e metallurgiche di questo nuovo materiale. I provini sono ora in fase di analisi in collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale dell’Università degli studi di Brescia al fine di determinare i parametri di post-process più idonei.

La riduzione del peso è alla base

Recentemente è stata depositata una domanda di brevetto per questo componente, che potrebbe potenzialmente essere applicato a settori nei quali siano richieste prestazioni molto spinte (superbike, auto sportive, etc.). Infatti, la riduzione peso è molto sentita per questi veicoli ed i limitati volumi produttivi sono congruenti con gli attuali limiti di questa nuova tecnologia. Con questo progetto stiamo continuando il nostro cammino proponendo soluzioni di riduzione di peso sempre più estreme grazie all’applicazione delle tecnologie e dei materiali più all’avanguardia.