“Perché non lo facciamo anche noi?”

“Why aren't we doing that?!”
Marginal Column
Prof. Dr.-Ing. Andreas Gebhardt

Prof. Dr.-Ing. Andreas Gebhardt è Decano del Dipartimento di Meccanica e Meccatronica dell’Università di Scienze Applicate di Aquisgrana. Dal 1991 al 1997, ha ricoperto il ruolo di Direttore del Centro Lavorazioni e Consulenze Settore Laser Nord Reno-Vestfalia e del Centro Realizzazione Prototipi, che si occupa di stampa 3D fin dal 1992. Nel 2000, il Professore ha assunto la docenza di Metodologie ad Alte Prestazioni per Tecnologie di Produzione e Rapid Prototyping. Insegna inoltre al City College della City University di New York e detiene una Cattedra presso il Politecnico di Pretoria, TUT (Tshwane University of Technology). Autore dell’opera di riferimento “Additive Manufacturing”, è inoltre editore dell’RTeJournal, rivista online Open Access per tecnologie rapide.

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Luglio 2016

 

Fin dagli anni '90, il Professore Andreas Gebhardt si occupa di tecniche di produzione additiva. Nella nostra intervista, il Professore ci parla di potenzialità, rischi e prospettive di tale ambito. Lo specialista, che si aspetta drastici cambiamenti nella produzione industriale, chiede maggiore coerenza, a livello di mentalità e di formazione.

Spesso, “produzione additiva” e “stampa 3D” vengono utilizzate come sinonimi. In che cosa consistono le differenze?

La storia della produzione additiva risale alla metà degli anni '80: allora, chiamavamo questa tecnica “Rapid Prototyping”. “Rapid” non perché fosse particolarmente veloce in sé (neppure oggi lo è), ma in quanto consentiva di realizzare un prototipo senza ulteriori utensili e, quindi, molto più velocemente. Tale denominazione, seppur precisa, era piuttosto complessa e poco intuitiva. Perciò, come per ogni nuova tecnologia, si svilupparono molte denominazioni: a “Rapid Prototyping” seguì “Rapid Manufacturing” e, a sua volta, “Additive Manufacturing”. Quando, intorno agli anni 2000, le macchine più piccole (ormai accessibili fra i 500 e i 2.500 euro) si resero disponibili anche in ambito privato, l’espressione “stampa 3D” – fino ad allora un tabù – divenne sempre più popolare.

Essendo possibile utilizzare molti materiali diversi, quali sfide comporta una tale varietà?

Oggi, per ottenere componenti, possiamo “stampare” praticamente da qualsiasi categoria di materiali: plastiche, metalli e persino ceramiche. Oggi come un tempo è il materiale ad essere la chiave per il successo e così sarà anche in futuro. Ciò ad esempio perché, contrariamente alla produzione convenzionale da semilavorati, nella stampa 3D le caratteristiche del materiale, ossia forma e qualità, prendono forma soltanto in fase di produzione: mediante un laser, una polvere viene portata a fusione, generando (una volta raffreddata) uno strato solido. In tale caso, tipologia e dimensioni delle particelle di polvere giocano un ruolo fondamentale; sul risultato influisce anche il bagno di fusione che si crea applicando il laser e la dinamica del bagno stesso. L’interazione fra elemento generante – in questo caso il raggio laser – e la polvere genera caratteristiche di materiali diverse da zona a zona: la sfida, quindi, consiste nell’ottenere effettivamente il componente che si desidera.

Quali sviluppi ci si può ancora aspettare nell’ambito dei materiali?

Nel complesso la gamma di materiali, in tutte le categorie, è nettamente minore rispetto a quella classica: ad esempio, la banca dati M-Base dei materiali sintetici riporta in totale quasi 50.000 tipi di plastiche, ma attualmente, per l’Additive Manufacturing, ne possiamo utilizzare appena 50. La gamma, quindi, va assolutamente ampliata, ma al momento le quantità richieste non giustificano la cosa, essendo ancora troppo ridotte.

Quali tendenze si rilevano nelle caratteristiche dei materiali?

Nella plastica, una tendenza interessante è costituita dai materiali digitali. Immaginiamo una normale stampante a colori: quando la utilizziamo per stampare un’immagine, i vari colori vengono miscelati digitalmente, utilizzando quattro diverse cartucce. Esattamente lo stesso si può fare anche con la stampa 3D; qui, però, è possibile influire anche su altre caratteristiche, ad esempio sulla flessibilità. Perciò è possibile stampare un componente che incorpori al suo interno caratteristiche diverse: ad esempio, maggiore durezza su un lato e minore sull’altro. In prospettiva, per citare un altro esempio, si potrà realizzare un intero tergicristallo in un solo processo di stampa e in un solo pezzo. Questa, a mio parere, è la caratteristica che distingue la stampa 3D da tutte le altre tecniche di produzione: la potenzialità di adattare per singole zone, geometricamente e nelle caratteristiche fisiche, componenti gestiti a livello puramente digitale.

Quali cambiamenti porterà la metodologia additiva nella produzione industriale?

Potremo sfruttare le possibilità di personalizzazione dei prodotti. Lo si noterà nei prodotti che già oggi sono personalizzati: ad esempio, nelle protesi dentarie o negli auricolari, dove ogni parte è realizzata in modo specifico. Per contro, un maggior numero di particolari richiede anche adattamenti organizzativi, in quanto occorre sempre identificare, realizzare e consegnare esattamente il pezzo giusto. Ciò non sarebbe possibile senza integrare l’informatica nel processo produttivo. Le tendenze che si celano nell’Industry 4.0 stanno già mostrando tutto questo. Inoltre, l’importanza dell’ambito montaggio andrà a ridursi: molti componenti che finora venivano applicati in fasi successive, ora si possono già integrare nell’elemento, anche con l’opportuna qualità delle superfici. Nel settore Ricambi, le gitterbox piene fino all’orlo scompariranno. Con una progettazione ottimizzata per prodotti, la varietà di versioni è destinata ad aumentare: con questa tecnica, infatti, si potrà modificare il design ad intervalli brevi, pur economicamente ragionevoli. Attualmente, ciò non è ancora possibile soltanto a causa dei costosi utensili di produzione. Tale trend, per contro, richiederà maggiore flessibilità da parte di chi opera nella produzione e una formazione di migliore qualità.

Quanto velocemente si affermerà questa tecnica?

In diversi settori assisteremo ad autentiche rivoluzioni. Questa tecnologia si affermerà nella produzione industriale soprattutto laddove occorrano prodotti molto personalizzati: già oggi, ad esempio, non esistono più conchiglie auricolari che non vengano stampate; se nel 2000 ve ne erano ancora alcune, nell’arco di due anni la quota di conchiglie auricolari stampate è cresciuta dal 10% fino quasi al 100. È ciò che oggi chiamiamo la fase disruptiva: nel momento in cui risulta chiaro che una nuova tecnologia apporti vantaggi economici, essa si afferma. Nell’arco dei prossimi cinque anni, prevedo cambiamenti radicali.

In quali settori tali cambiamenti saranno più visibili?

È difficile dirlo; penso, tuttavia, che i cambiamenti più rapidi e drastici avverranno sul fronte dei metalli. Già attualmente vediamo un grande numero di applicazioni a stampa 3D per metalli che solo poco tempo fa avremmo ritenuto impossibile. E ciò comporta un effetto trainante: quando un costruttore introduce con successo un’applicazione sul mercato, l’altro si chiede subito: “Perché non lo facciamo anche noi?”. Attualmente, si sta originando proprio quest’effetto: un costruttore di velivoli ha appena inaugurato un centro per la produzione di elementi in metallo stampati.