Stampa 3D, prototipazione o produzione? Per HP la domanda sembra non avere più senso. Secondo le più recenti stime già oggi l’80% delle attività eseguite sulle stampanti Multi Jet Fusion della multinazionale americana riguarda infatti la produzione. Quote importanti, quindi, che potrebbero essere ulteriormente rafforzate dall’imminente ingresso della Metal Jet Fusion, la prima stampante HP “pure metal” la cui disponibilità è prevista a partire dalla seconda metà del 2021. «Con le Jet Fusion abbiamo democratizzato la stampa 3D. Lo abbiamo fatto con la plastica, ora lo faremo con i metalli», afferma Tim Weber, global head Metals HP 3D Printing Business. La nuova stampante nasce con un letto di stampa di 430 x 320 x 200 mm e all’inizio utilizzerà polveri di acciaio inossidabile. Secondo HP la tecnologia implementata permette una sensibile riduzione dei costi grazie a un indice di produttività fino a 50 volte superiore a quello di altri metodi di stampa a metallo. Il progetto, iniziato nel 2018, ha visto la partecipazione di importanti partner industriali. Tra questi, Volkswagen che ha deciso di investire nella tecnologia per realizzare in serie parti personalizzabili. La decisione risponde alla roadmap pluriennale del gigante tedesco dell’automotive per portare l’additive manufacturing in produzione.
Per Martin Goede, director Production Technology di Volkswagen, la nuova tecnologia cambia definitivamente le regole del gioco, proiettando la stampa 3D di metalli nella produzione industriale di massa: «Riducendo le tempistiche del ciclo produttivo possiamo realizzare un volume elevato di pezzi molto rapidamente… Riteniamo che la nuova Metal Jet possa rappresentare un enorme passo avanti per l’industria». Secondo le prime indiscrezioni il prezzo della nuova stampante sarà nell’ordine dei 400 mila dollari, non proprio alla portata di una qualsiasi azienda. Per questo HP ha pensato al Metal Jet Production Service un vero e proprio servizio attraverso il quale chi ne avrà bisogno potrà richiedere la stampa di un manufatto, senza dover sostenere l’investimento necessario a comprare il macchinario. Ma da cosa è oggi composta l’offerta di HP per la manifattura additiva? Quali i risultati finora raggiunti e quale lo scenario del mercato italiano? Ne abbiamo parlato con Gino Rincicotti, Emea 3D Print regional marketing manager.
Appuntamento ad A&T per scoprire le novità della Stampa 3D
HP presenterà le ultime novità per la stampa 3D, e in particolare la nascita degli MJF Tech Center (la rete di centri servizi di eccellenza annunciata di recente con l’obiettivo di accelerare la realizzazione di progetti industriali di manifattura additiva) in occasione di A&T, la fiera dell’Automazione & Testing. «HP – spiega Rincicotti – ha scelto di partecipare ad A&T perché rappresenta un palcoscenico industriale ben inserito sull’automazione e l’automotive, settori nei quali la tecnologia additiva trova applicazioni molto solide». La manifestazione, punto di riferimento per il mondo dell’automazione e degli strumenti di misura, della logistica, della produzione e dell’informatica, da sempre svolta all’Oval Lingotto di Torino, si presenta quest’anno in un format inedito e unico nel suo genere, pensato per favorire il business e mettere al centro le tecnologie industriali e le competenze. Nel corso dell’evento, le imprese e il grande pubblico avranno a disposizione una piattaforma digitale innovativa che consentirà loro non solo di fruire di tutti i contenuti che abitualmente fanno parte del programma della manifestazione, ma di entrare direttamente e digitalmente all’interno delle aziende e conoscerne le caratteristiche tecnologiche (qui l’articolo di approfondimento). «Non potevamo rimanere ancorati a un modello organizzativo identico al passato, – ha dichiarato Luciano Malgaroli, ceo di A&T – per questo abbiamo pensato di costruire una manifestazione che mantenesse intatta la propria vocazione di fiera dedicata alle tecnologie e alle competenze 4.0 e al tempo stesso permettesse alle imprese e ai visitatori di vivere un’esperienza nuova, attraverso una piattaforma digitale che non andasse a sostituire nulla ma aumentasse le possibilità di conoscere le innovazioni tecnologiche direttamente all’interno delle fabbriche, grazie al dialogo a distanza ma reale con imprenditori, manager e tecnici di produzione».
D. Dott. Rincicotti, per la stampa 3D la sfida delle sfide è passare dalla prototipazione alla produzione. Il che implica un cambio di paradigma: dalla produzione alla personalizzazione di massa. È qualcosa che sta accadendo realmente?
R. Entrare nel mercato della produzione è stato il preciso obiettivo per cui nel 2017 HP ha portato sul mercato la tecnologia Multi Jet Fusion, basata sull’esperienza e sui decenni di ricerca e sviluppo nell’ambito delle tecnologie per la stampa. Era il 2017 ed è stato un evento dirompente poiché ha creato le fondamenta per l’affermazione di un mercato di massa della manifattura additiva: si acquisiva finalmente quella velocità e precisione che fino ad allora erano state appannaggio della produzione a controllo numerico. Ed è quanto avvenuto. In base a quanto ci viene riferito dagli stessi utenti stimiamo che circa l’80% delle parti prodotte siano in produzione e che solo il 20% siano prototipi. Tempi e costi di produzione si sono inoltre notevolmente ridotti, il che vuol dire che l’acquisto di una stampante può essere ammortizzato in tempi rapidi con un ritorno d’investimento più che interessante. E per micro, piccole e medie imprese che non ritengono ancora vantaggioso dotarsi internamente di una stampa 3D esiste sempre l’alternativa del service.
D. Quali sono i criteri cui deve rispondere una stampante per poter entrare in produzione?
R. Per riuscire ad imporsi nella produzione, e avere un ruolo da protagonista nello shop floor, non è sufficiente che la stampante sia 3D, ma deve avere anche proprietà 3V ovvero Velocità, Varietà, Volumi. Sono questi i parametri da considerare. Per HP è una prova superata. Nella produzione di decine di migliaia di pezzi il costo è oggi comparabile con quello di macchine utensili a controllo numerico. La varietà di materiali plastici ad oggi disponibili – poliammide (nylon), poliuretano e polipropilene – permette di realizzare componenti, parti e prodotti con caratteristiche rispondenti ai classici requisiti della meccanica (di durevolezza, resistenza e duttilità). La produttività della tecnologia Multi Jet Fusion, infine, ha permesso un abbattimento del costo orario di stampa rendendo possibile anche a micro e piccole aziende ammortizzare rapidamente l’investimento in capitale. Non solo, in tutti quei casi in cui la produzione è fortemente diversificata, dove si lavora per lotti e si è obbligati a cambiare frequentemente l’attrezzaggio, la stampa 3D è il candidato ideale.
D. Le Multi Jet Fusion utilizzano materiali plastici. Quest’anno è però atteso il primo modello a metallo. Ci può dire qualcosa?
R. Certo, si tratta della tecnologia Metal Jet Fusion, la cui disponibilità è prevista per la seconda metà del 2021. L’intento è replicare quanto finora fatto per la stampa 3D di polimeri: offrire agli utenti velocità, qualità e ripetibilità tali da consentire la produzione in serie mantenendo intatto uno dei grandi vantaggi della stampa 3D ovvero la libertà di progettazione. La nuova metal printer, analogamente a quanto fa la Multi Jet Fusion per le plastiche, lavora partendo da un letto di polvere che funge anche da supporto delle parti che, strato dopo strato, vengono prodotte. Rispetto ad altre tecnologie presenti sul mercato, questo è un enorme vantaggio perché consente di realizzare sottosquadri – ovvero geometrie che non si autosostengono – e non richiede la stampa di strutture di supporto da eliminare in post-produzione. È un enorme vantaggio nella plastica e lo è ancora di più nel metallo. Al momento la tecnologia è disponibile in Europa attraverso il partner Gkn, e negli Stati Uniti attraverso Parmatech, partner scelti per le loro specifiche competenze nella produzione di polveri metalliche. Stiamo lavorando con entrambe le società per identificare le specifiche esigenze produttive sulle quali poter offrire una valida soluzione. Ad esempio, collaborando con Gkn, HP ha permesso a Volkswagen di incorporare la tecnologia Metal Jet Fusion nella strategia di produzione a lungo termine per realizzare in serie parti personalizzabili (durante il pilot project sono state prodotte fino a 10 mila parti in 4 settimane). Grazie a Parmatech, invece, abbiamo appena aiutato Cobra Golf, uno dei più noti brand di attrezzatura da golf, per realizzare una mazza integralmente in 3D. Chi voglia provare già oggi la tecnologia Metal Jet Fusion, prima di investire in stampanti e attrezzature, può ordinare lavori di stampa direttamente a Gkn e Parmatech in modo da valutare e testare il risultato.
HP ha permesso a Volkswagen di incorporare la tecnologia Metal Jet Fusion nella strategia di produzione a lungo termine per realizzare in serie parti personalizzabili
D. Al momento esistono più linee di prodotto Multi Jet Fusion. Quali sono le caratteristiche che le rendono adatte alla produzione?
R. Oggi abbiamo a listino 3 sistemi di produzione: MJF 5200, MJF 4200, e serie MJF 500/300. Partiamo dalla MJF 4200 che è la macchina con cui abbiamo lanciato la tecnologia un paio di anni fa e offre ancora estreme produttività ed economicità. La MJF 5200, invece, è la macchina top di gamma che incrementa i benefici della sorella minore e consente di automatizzare varie operazioni pre e post-stampa. La serie MJF 500/300 (4 le soluzioni proposte), ha invece una produttività inferiore sia in termini di volumi e di lavori di stampa al giorno ma consente l’uso del colore; grazie agli ingombri ridotti sono ideali per ambienti di R&D e sviluppo prodotti. Ad ogni modo, tutte le soluzioni di stampa condividono la stessa identica tecnologia: il processo di produzione è esattamente lo stesso. Solo in Italia, su queste macchine sono stati prodotti negli ultimi due anni più di un milione di pezzi. Il motivo di questo successo è semplice: aver fornito alle aziende macchine ad alta produttività che consentono un abbattimento del costo orario di stampa con conseguente più rapido ammortamento e riduzione del costo dei singoli pezzi prodotti.
D. Tuttavia, non possiamo ancora parlare di Stampa 3D come alternativa tout court alla produzione tradizionale….
R. Per adesso no, ma non mettiamo limiti alla provvidenza. È vero, la stampa 3D non viene utilizzata per la produzione di massa di autoveicoli, ma ha ormai un suo spazio in produzioni nell’ordine delle decine di migliaia di unità. È il caso dei veicoli speciali – come per esempio quelli personalizzati per forze dell’ordine e operatori sanitari – e di tutti quelli dove il cliente richiede un’estrema personalizzazione, è il caso delle supercar. Valgono poi degli ovvi distinguo: in tutti quei casi in cui la produzione è fortemente diversificata, dove si produce per lotti, e si è obbligati a cambiare frequentemente l’attrezzaggio, la stampa 3D è il candidato ideale. Non ultimo, con queste tecnologie si ha il vantaggio di poter riconvertire rapidamente la produzione. Passare dalla stampa di un componente per l’auto a quella di un prodotto del tutto diverso. Stessa macchina, diversa produzione poiché a parità di materiale plastico utilizzato il cambio è istantaneo, anzi c’è l’assoluta libertà di produrre parti diverse nello stesso processo di stampa. Nel caso invece si debbano usare materiali diversi, l’unica cosa da fare è compiere la pulizia della macchina prima di procedere al suo nuovo utilizzo, operazione che peraltro avviene automaticamente senza l’intervento dell’operatore.
Come funziona l’HP Metal Jet Technology?
D. Oltre alla velocità servono i materiali. Quali sono quelli attualmente disponibili e quali sono le novità più recenti?
R. La disponibilità di materiali coerenti con le esigenze di una produzione manifatturiera è quella che abilita l’ingresso in nuovi mercati e che consente di abbattere molte delle barriere che per lungo tempo hanno precluso l’impiego di stampa 3D in produzione. Il solo fatto di avere una tecnologia veloce ed economica non garantisce che vada bene per un determinato settore poiché si devono rispettare i precisi requisiti di quel settore. Ecco, quindi, una gamma completa di materiali termoplastici con proprietà meccaniche – di robustezza, duttilità, resistenza, flessibilità – che soddisfano i criteri di una produzione tipicamente basata su controllo numerico. Tutto questo grazie alla partnership con alcune delle maggiori e più innovative aziende chimiche come Arkema, Basf, Dressler, Evonik, Henkel e Lubrizol. I polimeri su cui lavorano le stampanti 3D HP si possono suddividere in tre macro-categorie: poliammide (nylon), poliuretano e polipropilene (ndr per un dettaglio vedi riquadro finale). Per avere successo l’ampliamento della gamma di materiali è decisivo. L’estensione della nostra offerta alle polveri di metallo ci consentirà di espandere ulteriormente la presenza in produzioni non raggiunte tramite i polimeri.
D. Service o in-house, qual è la situazione sul mercato italiano?
R. I service costituiscono la larga parte del mercato, ma gli utenti finali che acquistano hardware sono estremamente importanti. Può essere sorprendente ma in Italia il numero di aziende che utilizzano tecnologie di stampa 3D è analogo a quello della Germania, che in termini di valore è un mercato manufatturiero molto più grande. Come spiegarlo? Perché In Italia esiste una produzione più diffusa: vi sono aziende mediamente più piccole ma più numerose. Inoltre, mentre il sistema industriale tedesco è molto integrato – con filiere produttive presenti interamente nel territorio nazionale – in Italia siamo specializzati nella produzione di componenti e parti destinati ad essere assemblati in prodotti finiti e larga parte di questi componenti sono destinati all’estero. Per tutte queste Pmi la stampa 3D diventa quindi un vantaggio competitivo, in quanto permette di confrontarsi con la concorrenza globale in termini più innovativi.
La Golf Cobra raggiunge la scalabilità dalla prototipazione alla produzione con HP Metal Jet
D. Quali sono le iniziative su cui vi state concentrando in questo momento?
R. Il progetto guida di questi primi mesi del 2021 è il lancio degli MJF Tech Center, la rete di centri servizi (service bureau) annunciata di recente con l’obiettivo di accelerare la realizzazione di progetti industriali basati su HP Multi Jet Fusion. In questo modo aiutiamo le aziende a trovare il service d’eccellenza per la produzione di singoli pezzi, componenti, parti e prodotti finiti di cui hanno bisogno, favorendo al tempo stesso un eventuale supporto in termini di progettazione e disegno in quanto ciascun singolo service ha competenze e know-how legati a specifici settori. Dieci per la precisione: Design, Auto, Meccanica, Componenti Meccanici, Automazione Industriale, Medicale, Dentale, Moda e Design, Lavorazioni Ibride e Post-Processing. Al momento sono 12 i partner tecnologici coinvolti (JunoAM di Bologna, Spring di Vicenza, 3DnA di Napoli, FFL di Vicenza, Prototek di Valenza, Treddy di Pescara, 3D4MED di Pavia, Fama 3D di Varese, 3Dfast di Padova, Protoflash di Napoli, AB Factory di Chieti e 3DBesa di Verona) ma presto se ne aggiungeranno altri. Le attività in service hanno da sempre costituito un’importante leva per la diffusione della stampa 3D poiché garantiscono un approvvigionamento produttivo a tutte quelle aziende per le quali l’investimento in macchinari non è giustificato dai volumi di produzione. Quello dei service è un mercato che continuerà a offrire ottime opportunità di crescita anche grazie a innovazioni nella proposizione commerciale. Ad esempio, abbiamo appena rilasciato un software di controllo del processo di stampa che si integra con software per la gestione dello shopping online. Questo abilita i gestori di e-commerce ad offrire oggetti personalizzati direttamente da ciascun cliente – che per esempio potrebbe scegliere colore, texture o testo al momento dell’acquisto – e produrli direttamente senza alcun intervento manuale.
I materiali termoplastici che possono essere utilizzati su stampanti Multi Jet Fusion per soluzioni di additive manufacturing
PA 11
È una termoplastica che offre proprietà meccaniche ottimali e che fornisce un’eccellente resistenza chimica e di allungamento a rottura. Questo materiale è ideale per la produzione di parti flessibili e di qualità, ottimale per la produzione di protesi, plantari, articoli sportivi, raccordi a scatto, cerniere e altro ancora. Il PA 11 ha un’alta biocompatibilità e inoltre incontra le linee guida Intact Skin Surface Devices (USP Classe I-VI e US FDA). Un altro aspetto importante è il ridotto impatto ambientale grazie alla minimizzazione degli scarti e alla materia prima di origine vegetale. La possibilità di riutilizzare la polvere in eccesso – non fusa durante un processo di stampa – consente di ottenere fino al 70% di riutilizzabilità della polvere impiegata durante la stampa. Oltre al non trascurabile aspetto ecologico, questo permette anche di ottimizzare i costi e la qualità del materiale. Il PA11, oltre a fornire il miglior equilibrio tra prestazioni e riutilizzabilità, con una grande attenzione ad evitare gli sprechi, è un materiale progettato ad hoc per la produzione di parti funzionali e finali in diversi settori industriali che richiedono dettagli accurati e ottima precisione dimensionale.
PA 12
Questo materiale è pensato per la produzione di componenti di qualità e resistenti con un occhio al contenimento del costo per parte. La robustezza di questa termoplastica permette di produrre parti ad alta densità con profili di proprietà bilanciati e con strutture solide. Come il PA 11, anche il PA12 fornisce una buona resistenza chimica ad oli, grassi, idrocarburi alifatici e alcalini. Il PA 12 fornisce il miglior equilibrio tra prestazioni e riutilizzabilità ed è progettato per la produzione di parti funzionali in diversi settori industriali. Il PA12, inoltre, permette di raggiungere le proprietà di tenuta stagna senza ulteriori post-lavorazioni. Anche per questo motivo è ideale per assemblaggi complessi, alloggiamenti, custodie e applicazioni a tenuta stagna. Il PA 12 offre qualità e basso costo per pezzo, e riduce al minimo gli scarti: fino all’80% delle polveri in eccesso può essere riutilizzo nei successivi lavori di stampa senza compromettere le prestazioni delle parti prodotte. Garantisce inoltre biocompatibilità adeguata alle linee guida Intact Skin Surface Devices (USP Classe I-VI e US FDA).
PA 12 Glass Beads (sfere di vetro)
Si tratta di PA 12 mescolata al 40% con minuscole sfere di vetro, che gli garantiscono caratteristiche meccaniche ottimali. Questo materiale è ottimo per la produzione di parti rigide, come gli involucri e le custodie, attrezzature e utensili dimensionalmente stabili ma anche di qualità. In generale è adatto per produrre applicazioni con dettagli e precisione dimensionale. Il PA12 GB fornisce stabilità dimensionale, ripetibilità, qualità ed elevata riutilizzabilità. Grande riutilizzabilità a parità di prestazioni, con fino al 70% di polvere in eccesso riutilizzabile. PA 12 GB si presta alla produzione di parti funzionali in diversi settori industriali, fornendo un grande equilibrio tra prestazioni ed economicità.
PP
Il Polipropilene è ideale per la produzione di parti funzionali resistenti alle sostanze chimiche, saldabili, e a basso assorbimento di umidità. La sua eccellente resistenza chimica e il suo basso assorbimento dell’umidità lo rende ideale per produrre tubazioni, sistemi fluidi e contenitori. È, inoltre, il materiale più economico a disposizione per HP Multi Jet Fusion. Il PP è un materiale versatile ideale per un’ampia gamma di prodotti, per il settore automobilistico, industriale e per applicazioni di beni di consumo. È perfettamente compatibile con altre parti in polipropilene prodotte tramite altre tecnologie, grazie alla sua grande capacità di saldatura. Il PP offre prestazioni costanti ed ha il massimo grado di riutilizzabilità della polvere non fusa: 100%. La facilità di lavorazione del materiale consente un’elevata produttività e meno sprechi. L’impiego di questo materiale fornisce l’equilibrio ottimale tra prestazioni e costi, permettendo inoltre di accelerare il processo di sviluppo del prodotto, utilizzando lo stesso materiale sia per prototipazione che per la produzione della parte finita.
TPU
Questo materiale è un elastomero, ideale per la produzione di pezzi facili da lavorare, flessibili, leggeri e con un miglioramento della resistenza al rimbalzo e dell’allungamento a rottura. Offre una resistenza meccanica ottimale a bassa temperatura ed è anche per questo che è il materiale ideale per applicazioni come le attrezzature per gli sport invernali, gli interni delle auto, la robotica e le pinze di presa e i sistemi fluidi. Il TPU è facile da processare, permette un flusso di lavoro scorrevole, con un processo di stampa semplice e una facile rimozione della polvere in eccesso da parti complesse. Permette prestazioni costanti e allo stesso tempo di ottenere l’80% di riutilizzabilità della polvere non fusa. Un’altra importante caratteristica è il minor tempo di lavorazione rispetto ad altri materiali e l’alto livello di dettaglio e uniformità di colore.
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