direttore Filippo Astone

STAIN
La struttura del grafene

Le quattro rivoluzioni che sconquassano la manifattura italiana e mondiale

La terza rivoluzione: la manifattura additiva

La manifattura tradizionale ha sempre funzionato per sottrazione dal pieno, con tecniche come la tornitura e la fresatura. L’additive manufacturing (in italiano manifattura additiva) ribalta questa prassi: gli oggetti vengono realizzati nel posto in cui servono, e la fabbricazione avviene generando e sommando strati successivi di materiale. Insomma, l’addizione al posto della sottrazione: dal punto di vista concettuale, la rivoluzione consiste in questo. Dal punto di vista pratico, significa che per i prodotti realizzati in questo modo non è più necessaria la produzione in fabbrica. Basta avere una stampante 3D (lo strumento di manifattura additiva più diffuso) sul luogo della produzione, e il gioco è fatto. Ovviamente, solo una piccola parte di quanto si produce in fabbrica può essere realizzato in questo modo. Anche perché le stampanti 3D realizzano prodotti in quantità limitata e con velocità ridotta. Ma quella piccola parte può cambiare il funzionamento di interi settori, e anche la vita delle persone coinvolte. Per esempio, la componentistica meccanica, automobilistica e aerospaziale. Se si guasta un aereo, sarà possibile produrre sul posto il componente da sostituire. Oppure gioielli e bigiotteria. E molte creazioni artistiche. Ma anche attrezzature sportive, abbigliamento (soprattutto se personalizzato) e tutta l’area delle protesi sanitarie e dentali. Grazie alle stampanti 3D, ad esempio, i chirurghi ortopedici non impianteranno più protesi d’anca prodotte precedentemente in apposite fabbriche, ma le faranno realizzare su misura dai macchinari presenti in ospedale, o collegati con l’ospedale. Il settore dentale sarà uno di quelli in cui i cambiamenti prodotti dalla manifattura additiva si mostreranno di più a livello popolare. Il tradizionale processo di produzione di protesi e denti artificiali da parte degli odontotecnici sarà sostituito da stampanti 3D, magari disponibili direttamente negli studi dei dentisti.

Stampante 3D
Stampante 3D

Il tailor made diventa uno standard universale. La manifattura additiva è tailor made per eccellenza: i costi di realizzazione di varianti rispetto a un modello base sono sostanzialmente nulli. L’impatto della manifattura additiva è potenzialmente enorme non solo e non tanto per il giro d’affari che potrebbe essere creato (stime attendibili parlano di almeno 100 miliardi di ricavi entro il 2020), ma per i cambiamenti che produrrà. La manifattura additiva, infatti, accorcia la distanza fra chi pensa un prodotto e chi lo acquista, disintermediando molti attori che stanno in mezzo. Con la manifattura additiva c’è meno bisogno di trasporti (perché gli oggetti vengono fabbricati vicino a dove devono essere usati), di merce depositata in magazzino e dei relativi costi (la si produce quando serve e solo nella misura in cui serve), di distributori e di intermediari commerciali di vario tipo (il rapporto è diretto fra chi ha progettato l’oggetto e chi lo compra).

Così, la manifattura additiva fa emergere nuovi modelli di business basati su piccole unità di produzione che “stampano” una varietà di prodotti a costi molto competitivi rispetto alle tradizionali imprese medio-grandi specializzate in un singolo prodotto.

Inoltre, queste macchine prevedono un impiego di addetti/operai ridotto all’osso, in molti casi praticamente nullo. Tutto ciò fa scendere drasticamente i costi di produzione.

Nella manifattura additiva, l’unica cosa che conta veramente è il progetto contenuto nel software che fa girare la macchina additiva. Tutti gli altri elementi tradizionalmente in gioco (compresi gli investimenti di capitali necessari per la produzione) diventano un contorno di scarso valore. La manifattura additiva porta verso un mondo di agguerrita competizione intellettuale e progettuale, dove i fattori di successo sono solo l’innovazione continua e la capacità di personalizzazione sempre più spinta.

Le stampanti 3D. Secondo Gartner Group, il 2016 sarà l’anno delle stampanti 3d, che nel mondo si decuplicheranno. La previsione è infatti di 2,3 milioni di macchine vendute, rispetto ai 217 mila del 2015. Rispetto alle tradizionali stampanti a due dimensioni che tutti conoscono, la differenza rappresentata dalle 3D è sostanziale: si passa dalla creazione di documenti alla creazione di oggetti. Le nuove tecnologie di stampa 3D consentono infatti di produrre oggetti tridimensionali provenienti da un modello digitale solitamente sviluppato in software CAD o scansionato tramite appositi apparecchi. Questi oggetti vengono prodotti tramite la sovrapposizione perfetta di strati di polimeri condensati di varia natura, in grado di aggregarsi per formare vera e propria materia solida. Spesso, l’aggregazione avviene tramite laser. Il risultato è la realizzazione di una figura reale che rispetta tutte e tre le misure della figura virtuale precedentemente realizzata al computer.

Lavorazione con stampante 3D
Lavorazione con stampante 3D

Altre tecnologie di manifattura additiva. Oltre alle stampanti 3D, le altre tecniche di manifattura additiva sono:

FUSIONE DI POLVERI. E’ uno dei processi di produzione a maggior valore aggiunto tecnologico, utilizzato per sofisticati componenti meccanici. Con questo processo di produzione, un’energia termica fonde selettivamente porzioni di un letto di polveri, depositate secondo una forma

  • GETTO A RIEMPIMENTO. Un legante liquido è depositato selettivamente per aggregare materiali in polvere deposti precedentemente in una particolare forma.
  • GETTO DI MATERIALI. Sono depositate selettivamente alcune gocce di materiale.
  • STEROLITOGRAFIA. Un foto polimero liquido posto all’interno di un serbatoio viene solidificato in modo selettivo, tramite polimerizzazione attivata da luce laser ultravioletta o led.
  • DEPOSITO DIRETTO DI ENERGIA. E’ un processo di produzione additiva – concettualmente simile alla saldatura – in cui un’energia termica concentrata viene usata per fondere i materiali che vengono depositati.

Il centro studi di Confindustria, in una nota del giugno 2014, ha elencato i casi in cui l’utilizzo della manifattura additiva può produrre maggior valore.

  • Produzioni in cui essa è la tecnologia di elezione, cioè quando permette di ridurre i costi realizzando oggetti con caratteristiche tecniche uguali o superiori (ciò si verifica oggi principalmente nella produzione di palette per turbine e iniettori di carburante per motori aeronautici) o di ottenere standard qualitativi unici, non ottenibili con tecniche tradizionali (come nel caso della produzione di protesi ortopediche e componentistica per competizioni di auto e moto).
  • Produzioni in cui la tecnologia è competitiva sui costi solo a condizione di modificare il disegno dell’oggetto da realizzare. Le modifiche nel design permettono di valorizzare al massimo il potenziale della manifattura additiva senza compromettere (o migliorando) le caratteristiche tecniche dell’oggetto prodotto. Ciò si verifica oggi principalmente nella componentistica in campo aeronautico. Si tratta però di una fattispecie con enorme potenziale di applicazione nei settori più diversi, a condizione che la progettazione o la re ingegnerizzazione costruttiva siano coerenti con le potenzialità delle tecnologie additive (think additive).
  • Produzioni in cui la tecnologia non è competitiva in termini assoluti ma può essere economicamente vantaggiosa per altre motivazioni. Tre casi sono particolarmente rilevanti:
  1. i) quando il pezzo stampato in 3D costa di più ma la manifattura additiva (grazie alla sua flessibilità, alla rapidità di produzione senza necessità di stampi o altro attrezzaggio) permette di “immagazzinare file” anziché prodotti, con conseguente riduzione del capitale immobilizzato nelle scorte e dei costi di magazzino (ciò si verifica in primo luogo per la produzione on demand di pezzi di ricambio, soprattutto in ambito aeronautico)
  2. ii) quando la manifattura additiva può permettere di far fronte alla improvvisa ed imprevista mancanza di componenti per la produzione in linea (in questo caso il componente in sé può risultare più costoso ma la flessibilità e la velocità della nuova tecnologia permettono di evitare costi ben superiori connessi all’interruzione della produzione)
  3. iii) quando la manifattura additiva consente la reingegnerizzazione costruttiva di pezzi intrinsecamente più efficienti (e più costosi) che consentono di aumentare la produttività di impianti industriali esistenti.

    Stampante 3D, particolare
    Stampante 3D, particolare

Nella pagina seguente: La quarta rivoluzione: Nanotecnologie e nanomateriali.

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