Una guida alla produzione additiva: è adatta a voi?
I progressi nelle macchine di stampa 3D e una vasta gamma di materiali di stampa hanno trasformato il settore manifatturiero. In effetti, vari settori stanno già traendo vantaggio della produzione additiva (AM).
In realtà, molti produttori hanno sperimentato con la stampa 3D come mezzo per produrre direttamente i prodotti finali. Tuttavia, l'adozione su larga scala di questo approccio rimane ancora limitata. In questo blog, esploreremo i principali vantaggi e svantaggi dell'AM, aiutandovi a prendere decisioni informate per la vostra attività.
Cos'è la produzione additiva (AM)
La produzione additiva (AM), nota anche come macchine per la stampa 3D, è un processo di stampa rivoluzionario per la creazione di oggetti 3D. A differenza dei metodi di produzione tradizionali che rimuovono il materiale (sottrattivo), AM costruisce oggetti strato dopo strato da un design digitale. Questo consente la creazione di forme complesse e disegni intricati che non sarebbero possibili con le tecniche convenzionali. AM utilizza vari materiali come plastica, metalli e persino ceramica per creare prototipi funzionanti e parti per l'uso finale.
L'adozione globale dell'AM
La ricerca di Spherical Insights suggerisce che la produzione additiva, dopo oltre 40 anni di sviluppo, si sta diffondendo. Le previsioni indicano che il settore manifatturiero della produzione additiva mondiale passerà da 19 ,97 miliardi di $ del 2023 a 143,3 miliardi di $ nel 2033 [1]. Questo è un CAGR (tasso di crescita annuale composto) del 21,78%. Tuttavia ciò non significa che solo perché è presente il termine "produzione" la produzione additiva sia utile per tutti i produttori.
Implementare la tecnologia della produzione additiva semplicemente per sostituire le creazioni di componenti esistenti con i metodi di produzione convenzionali raramente è vantaggioso. L'AM offre il suo maggiore vantaggio quando i componenti vengono modificati e ridisegnati. Tuttavia, questo vantaggio è limitato a causa dell'alto costo della tecnologia e dei materiali compatibili. Ad esempio, creare spazi vuoti per rendere i componenti più leggeri è molto più facile da ottenere utilizzando la tecnologia AM rispetto ai metodi convenzionali che richiederebbero passaggi aggiuntivi e complessi.
Inoltre, i produttori spesso faticano a trovare una forza lavoro qualificata in grado di utilizzare la stampa 3D nella produzione reale. Questo è in gran parte dovuto alla natura piuttosto nuova di questa tecnologia. Questa forza lavoro qualificata limitata è solo un motivo per cui i produttori devono valutare attentamente quali delle loro applicazioni trarrebbero maggiori benefici dall'AM.
Vantaggi della produzione additiva
1) Riduzione del consumo di energia nelle industrie manifatturiere
Tra i numerosi vantaggi dell'AM, c'è la possibilità di ridurre il consumo di energia fino al 25% [2]. I processi AM hanno il vantaggio di essere più mirati nel loro utilizzo di energia. Possono concentrarsi esclusivamente sul materiale che viene costruito strato dopo strato.
Poiché i prezzi dell'energia continuano a salire in tutti i settori, AM offre un'ottima opportunità per i produttori di ottenere risparmi sui costi. Inoltre, l'opportunità di diventare più rispettosi dell'ambiente.
Sebbene la diminuzione dell'uso di energia e dei rifiuti sia degna di nota, i produttori non sono in grado di trarne pienamente vantaggio a causa delle restrizioni di produzione di componenti per uso finale su una scala abbastanza grande.
2) Riduzione dei rifiuti
Oltre al potenziale di risparmio energetico, ci sono altri importanti vantaggi ambientali ed economici della produzione additiva. Una riduzione drastica dei costi di rifiuti e materiali.
L'approccio di costruzione strato per strato di AM riduce lo spreco di materiale rispetto ai metodi di produzione sottrattiva tradizionali. Questi metodi comportano la rimozione di materiale da un blocco solido per ottenere la forma desiderata. Secondo gli studi, l'AM ha il potenziale per ottenere una riduzione dei rifiuti fino al 90% [2]. Questo, a sua volta, può portare a una massiccia diminuzione del consumo di materie prime.
3) Razionalizzazione dell'approvvigionamento e della produzione
I vantaggi ambientali non sono gli unici vantaggi dell'implementazione della produzione additiva. La tecnologia dovrebbe contribuire a rendere l'impianto più flessibile ed efficiente.
L'AM consente alle aziende di stampare i componenti secondo necessità. A differenza della produzione tradizionale, che in genere prevede grandi lotti di produzione e livelli di inventario predeterminati. Questo riduce il rischio di sovrapproduzione e riduce la necessità di ampi spazi di stoccaggio per i prodotti finiti o materie prime.
Svantaggi della produzione additiva
1) Costi di produzione più elevati per grandi volumi
Le stampanti 3D industriali hanno un enorme costo iniziale di avviamento. Si tratta di una cifra che varia da 5.000 a centinaia di migliaia di dollari per una singola macchina.
Insieme a questo, nel 2011, Atzeni e Salmi hanno condotto uno studio che ha rivelato risultati interessanti. Hanno scoperto che i costi dei materiali per una specifica parte metallica, se prodotta con metodi tradizionali, ammontavano a 2,59 euro per pezzo. Tuttavia, il costo del medesimo pezzo utilizzando la tecnica di sinterizzazione laser selettiva in AM è schizzato alle stelle, raggiungendo i 25,81 euro per pezzo [3].
Ciò significa che i produttori spenderebbero dieci volte di più usando la produzione additiva invece delle tecniche tradizionali. Tuttavia, è importante notare che da quando è stato pubblicato questo studio i costi dei materiali probabilmente sono diminuiti . Inoltre, l'ampia gamma di materiali disponibili potrebbe includere opzioni più economiche. Tuttavia, nonostante questi fattori, il divario di costo tra AM e metodi tradizionali rimane ancora.
Se l'obiettivo principale di un impianto è ridurre il consumo di energia, potreste voler prendere in considerazione un'alternativa più conveniente. Un'opzione potrebbe essere quella di riconsiderare la propria fonte energetica, ad esempio installando pannelli solari.etica
Il costo dei pannelli solari nel Regno Unito per i sistemi di pannelli da 6 kW può variare da 9.500 £ a 10.500 £ per 24 pannelli, che occupano 43 m² di spazio sul tetto. Tuttavia, quando la priorità è la sostenibilità, l'implementazione di pannelli solari potrebbe offrire un ritorno sull'investimento (ROI) più rapido. Inoltre, offre vantaggi che possono essere visti in tutta la fabbrica.
Anche se i benefici ambientali della riduzione dei rifiuti sono innegabili, i vantaggi in termini di costi restano scarsi. I produttori potrebbero comunque migliorare la propria consapevolezza ambientale e ridurre i costi dei materiali adottando metodi di riduzione dei rifiuti. Uno di questi metodi è la produzione a ciclo chiuso, che prevede il riutilizzo dei materiali utilizzati nella produzione.
2) Velocità di produzione più lenta
La tecnologia della produzione additiva è attualmente limitata dai vincoli di tempo e complessità. I produttori possono trovare la tecnologia AM molto utile per la creazione di prototipi. O, utile solo in campi come quello aerospaziale e quello medico, dove è necessaria la manipolazione del design. Tenendo conto di questo fattore, sarebbe molto più vantaggioso per i produttori trovare altri metodi di riduzione dei costi energetici per risparmiare sui costi.
La velocità più lenta di produzione potrebbe anche causare ai produttori il problema opposto di fornitura e produzione ottimizzate. Qui si evita l'eccesso di scorte, ma l'impianto fatica a soddisfare gli ordini. Il processo di stampa per gli oggetti 3D potrebbe richiedere da trenta minuti a diversi giorni. Più la parte è grande e complessa, maggiore è il tempo necessario.
3) Selezione limitata dei materiali
Attualmente, la produzione additiva offre una selezione di materiali inferiore rispetto alle tecniche di produzione tradizionali. Questo può essere un limite significativo per alcune applicazioni. La costruzione, ad esempio, si basa molto su materiali facilmente disponibili ed economici come il calcestruzzo e l'acciaio. Questi materiali però non sono ancora ampiamente disponibili nei processi AM.
La ricerca e lo sviluppo sono in costante avanzamento, portando a una crescita prevista nella gamma di materiali compatibili con AM. Tuttavia, al momento, la limitata selezione di materiali può porre vincoli sull'uso efficiente di AM in varie applicazioni.
L'AM è adatta a voi? - Applicazioni della produzione additiva
Sebbene la produzione additiva abbia molte qualità positive, la tecnologia è ancora poco utile per il settore manifatturiero in generale. Fino a quando non si faranno progressi nella velocità del processo e nel costo dei materiali, altri metodi di produzione potrebbero essere più adatti alle applicazioni in cui è necessaria una produzione a basso costo e efficiente in termini di tempo.
D'altra parte, il settore manifatturiero in generale potrebbe non beneficiare di questa tecnologia in tempi brevi. Tuttavia, settori come l'aerospaziale, il medico e l'energetico hanno già sperimentato i vantaggi dell'AM. La tecnologia AM potrebbe non essere ciò di cui i produttori hanno bisogno al momento, ma con il progresso la situazione è destinata a cambiare.
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Fonti:
[2] https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/05/f15/energy-nam.pdf
[3] Atzeni, E, Iuliano, L, & Salmi, A. (2011) Sulla competitività della produzione additiva per la produzione di parti metalliche. In AMST’11 – Sistemi e tecnologie di produzione avanzati (pp. 351-362). Arti Grafiche Friulane.
