La manifattura additiva ha sempre incontrato un ostacolo che ha condizionato il dispiegarsi delle sue potenzialità nei processi produttivi: la ristrettezza del campo operativo. Di fatto, per anni è stata utilizzata per la prototipazione, o per la realizzazione di serie limitate di componenti. Questo ha pesato parecchio sui volumi, e anche su quelli delle macchine vendute per realizzarli. Per questo Prima Additive, scale up che costruisce macchine e celle robotizzate che con l’AM producono componenti in metallo – ha definito una strategia di crescita largamente fondata sull’ampliamento del campo di applicazione di questa tecnologia. Ufficialmente Prima Additive è nata pochi mesi fa, grazie all’intervento in una start-up dell’importante Gruppo Prima Industrie, che invece si occupa di laser e macchine per la lavorazione del metallo. E pertanto ha dimensioni contenute: circa 35 dipendenti, sede a Collegno (Torino) e uno stabilimento produttivo a Solbiate Olona (Varese). Tuttavia, Prima Additive ha ambiziosi obiettivi: il primo dei quali è la crescita dal 30% al 40% per il 2023.
Ma in cosa consiste questa strategia di crescita? Anzitutto, nella realizzazione di macchine che utilizzano più laser, e laser con una diversa lunghezza d’onda, blu e verdi. Questi ultimi non incontrano i limiti dei modelli ad infrarosso, che con difficoltà possono essere adoperati per trattare polveri di rame o di altri materiali altamente riflettenti, visto che gran parte dell’energia utilizzata viene riflessa. Lavorare metalli diversi significa ampliare lo spettro della clientela potenziale.
In secondo luogo, nel portare avanti tecnologie che consentano il repairing: per la ricostruzione di pezzi unici e importanti. Si pensi alle pale di una turbina, che possono essere riportate al loro stato originario, anche sotto il profilo funzionale.
In terzo luogo, nella realizzazione di celle di lavoro innovative che possano essere configurate per dar vita a processi laser diversi tra di loro, ad esempio alcuni legati all’additive e altri alla saldatura.
In quarto luogo, nel dar vita ad un MarketPlace: grazie ad una piattaforma online un’azienda manifatturiera potrà richiedere la realizzazione di componenti prodotti con le macchine di Prima Additive. Partecipano al progetto anche i partner di Prima Additive, che mettono a disposizione la propria capacità produttiva.
Infine, nel puntare su macchine più efficienti, che consentano il risparmio delle polveri e dell’energia, con la conseguente riduzione del costo operativo della tecnologia.
Tra le aziende concorrenti, Slm Solutions, AddUp, Renishaw, Ge Additive. Di tutto questo abbiamo parlato con il Ceo di Prima Additive Paolo Calefati.
Prima Additive in pillole
1) L’eredità di Prima Industrie
Prima Additive è una azienda del Gruppo Prima Industrie che sviluppa, realizza e distribuisce sistemi industriali per applicazioni di additive manufacturing del metallo. Il gruppo, 1.800 dipendenti, è in Borsa Italiana dal 1999 e vanta più di 13mila macchine installate in più di 80 Paesi: ha più di 40 anni di esperienza nello sviluppo, produzione di sistemi laser per applicazioni industriali, macchine per la lavorazione della lamiera, dell’elettronica industriale, sorgenti laser. Prima Additive ha beneficiato di alcune di queste competenze.
Com’è nata, Prima Additive? Con la partecipazione di Prima Industrie in una start-up innovativa, 3D New Technologies, la cui attività consisteva nel realizzare macchinari 3D printing che utilizzavano laser e polvere di metallo (Powder Bed Fusion) per costruire manufatti per l’industria layer dopo layer. La capacità di 3D New Technologies di dar vita a macchine capaci di realizzare forme geometricamente complesse e beni con ottime capacità meccaniche aveva attirato l’attenzione di Prima Industrie, che con la start up aveva stretto una partnership. Nel frattempo, già dal 2018 Prima Industrie aveva dato vita ad una business unit, Prima Additive, dove erano confluite tutte le competenze dell’azienda sulle tecnologie additive, sia con tecnologia Powder Bed Fusion sia con tecnologia Direct Energy Deposition.
Il primo aprile 2022, Prima Industrie ha completato l’operazione di spin-off della business unit dedicata all’additive manufacturing con il conseguente aumento di capitale nella società 3D New Technologies. Contestualmente all’aumento di capitale è stato deliberato il cambio della ragione sociale della società 3D New Technologies Srl in Prima Additive Srl.
2) Rapporti tra Prima Additive e Prima Industrie
Prima Industrie possiede il 50,1% di Prima Additive. Perché Prima Industrie ha contribuito a dar vita ad una società a parte? «Anzitutto perché non era e non è socio unico; poi perché Prima Industrie, che si occupa di macchine per la lamiera, non intercetta il mercato additive; e poi perché c’è una grande differenza in termini di maturità tecnologica: i prodotti di Prima Additive sono meno maturi» – afferma Calefati.
Al di là dell’heritage sul laser, le sinergie tra Prima Additive e Prima Industrie sono nei servizi, nell’after-sales e, soprattutto, nel know-how sulle tecnologie laser.
3) Settori di applicazione di Prima Additive
Fra i principali settori di applicazione, l’aerospace, l’automotive, l’elettronica, l’energia, l’oil&gas, gli scambiatori di calore, lo stampaggio a iniezione, la gioielleria, i macchinari, il medicale e dentale e il navale.
«Il maggiore contributo al fatturato proviene dall’aerospace, perché è caratterizzato da bassi volumi e geometrie complesse ad alto valore aggiunto, con performance importanti. La gioielleria e il dentale sono in crescita» – afferma Calefati.
Per quanto riguarda i risultati, Calefati spiega che «Prima Additive cresce dal 10% al 20% all’anno. Ma grazie ad una strategia complessa, stimiamo un avanzamento del 30% o del 40%, nel 2023».
La strategia di crescita: estendere il campo delle applicazioni
1) Più laser e con diversa lunghezza d’onda nella Powder bed fusion
Entrambe a sinterizzazione laser, sono pensate per la lavorazione del metallo ma si distinguono in termini applicativi
Pbf, Powder bed fusion, è una tecnologia basata su fusione selettiva del materiale in forma di polvere, e ciò è possibile usando sia una sorgente laser (selective laser melting o laser powder bed fusion) che un fascio di elettroni (Electron Beam Melting). Prima Additive utilizza i laser. «Il Pbf è il sistema più maturo e conosciuto. Gli ostacoli alla sua diffusione sono legati alla produttività e ai costi operativi: noi lavoriamo su entrambi i fronti, per incrementare la prima e abbattere i secondi. Cerchiamo di automatizzare i processi e di introdurre molta intelligenza artificiale nelle macchine, per renderle più fruibili agli operatori» – afferma Calefati.
Grazie alla ricerca, si sta allargando il campo delle applicazioni. Anzitutto, Prima Additive sta incrementando il numero dei laser che operano al contempo, e sta lavorando per ottimizzare alcuni aspetti della lavorazione. «Proprio nel 2023 battezzeremo la Print Brilliance 300, una stampante 3D industriale in metallo che offre un volume di costruzione di 330 x 330 x 400 mm», spiega Calefati. Questa macchina può operare con un massimo di quattro laser che lavorano simultaneamente sull’intera piattaforma di lavoro secondo diverse strategie, quali: quality mode e production mode. Dispone di una unità filtrante ottimizzata per un consumo minimo di azoto o argon con un sistema che allunga la vita delle cartucce del filtro, riducendo il tempo necessario per cambiarle. Quanto al set-up, ci sono diverse modalità di gestione della polvere: manuale, semi-automatica o automatica.
In secondo luogo, Prima Additive sta lavorando su laser con diversa lunghezza d’onda. «I laser standard, all’infrarosso, faticano a trattare metalli riflettenti, come le leghe di rame, di alluminio, l’argento e l’oro. Pertanto, si stanno applicando anche laser verdi o blu, c’è minore dispersione, e così il letto di polvere può raggiungere la temperatura di lavorazione (circa 300 gradi) più velocemente», doce Calefati.
Print Green 150 è la soluzione Powder Bed Fusion di Prima Additive dotata di laser verde. Peraltro, la macchina dispone di un sistema ottico dotato di beam expander, per variare la dimensione del raggio laser in base alle esigenze, unito ad una variazione automatica della posizione di focus del laser sulla piattaforma, eseguito tramite software per un risultato ottimale. Inoltre, il sistema è dotato di flusso di gas ottimizzato per il minimo consumo di azoto o argon e ha capacità di cambio materiale in meno di due ore grazie a componenti modulari. Comunque sia, come vedremo Prima Additive già realizza macchine in grado di utilizzare una combinazione di laser verdi, blu e all’infrarosso.
2) L’attività estesa al Repairing grazie agli sviluppi della tecnologia Direct energy deposition
La Direct energy deposition funziona così: si utilizza una materiale sotto forma di polvere o filo, che viene depositato e fuso localmente tramite una fonte ad alta densità di energia (che può essere un fascio laser, un fascio di elettroni, un arco elettrico). A parte Prima Additive, tra le principali aziende che lavorano con tecnologie Ded ci sono Trumpf, Optomec, FormAlloy, Dmg Mori, InssTek, Sciaky, Relativity, Norsk Titanium. «A mio modo di vedere, è una tecnologia meno matura di altre citate. Tuttavia, dal punto di vista applicativo, si aprono tanti orizzonti, soprattutto sotto il profilo dell’economia circolare. Si pensi al mercato del repairing, che è molto importante. Le pale della turbina possono essere riparate depositando materiale là dove c’è da ricostruire una parte, e con le stesse proprietà dell’originale. Insomma, va bene quando si tratta di applicazioni di riparazione, di rivestimento, di aggiunta di parti custom, ma anche per la costruzione di componenti di grandi dimensioni. Anche qui, l’aerospazio è il comparto ideale, attualmente», commenta Calefati.
La strategia di crescita: macchine con innovazione disruptive
«Una delle macchine più avanzate è senz’altro la Print Genius 150 Double Wavelength, appunto perché utilizza laser con diversa lunghezza d’onda», dice Calefati. È caratterizzata da un volume di costruzione con un diametro di 150 mm e un’altezza di 160 mm. Quanto all’innovativa configurazione delle sorgenti laser: un laser infrarosso da 500 W e un laser verde da 200 W, che possono lavorare alternativamente nella stessa area di lavoro. «In questo modo è possibile selezionare la migliore lunghezza d’onda per ottimizzare l’assorbimento materiale della radiazione laser. Ad esempio, è possibile scegliere la radiazione IR per le leghe di acciaio, titanio, nichel, cobalto-cromo o la radiazione verde per rame puro, alluminio o altri materiali altamente riflettenti».
La cella robotizzata multiprocesso Ianus è basata su un sistema costituito da un braccio robotico Autonox e da una sorgente laser, inseriti all’interno di una cella con un volume di lavoro di 1600 x 1200 x 700 mm. La particolarità di questa cella è la possibilità di essere configurata per diversi processi laser quali la Direct Energy Deposition basata sull’utilizzo di polvere o sull’utilizzo di filo di metallo come materiale di partenza, ma anche altri processi laser non necessariamente nello spettro dell’additive manufacturing, come la saldatura laser (di prossimità o remota) e la tempra laser.
La strategia di crescita: l’allargamento del mercato con il marketplace
possibile richiedere la realizzazione di componenti in metallo partendo da un file 3D
Pilastro della strategia di crescita è l’allargamento del mercato, che Prima Additive intende realizzare con il Prima Additive Marketplace. Grazie ad una piattaforma online sarà quindi possibile richiedere la realizzazione di componenti prodotti con le macchine per l’additive manufacturing del metallo di Prima Additive, sia con la tecnologia Powder bed fusion che con la tecnologia Direct energy deposition. Oggetto della richiesta potrà essere direttamente la stampa del componente o altrimenti una consulenza dedicata, funzionale alla realizzazione di uno studio applicativo, con il quale esplorare le potenzialità dell’additive sul caso specifico del cliente – analizzando le opportunità di re-ingegnerizzazione del suo componente e identificando i principali vantaggi e le possibili criticità.
«È senza dubbio un’evoluzione del nostro business model. L’utente si rivolge a Prima Additive, che però ha dei partner che mettono a disposizione la loro esperienza e la loro capacità produttiva nel supportare la nostra azienda. Insomma, è il luogo dove le competenze incontrano la domanda; e la risposta è celere e qualificata. Può anche accadere che il cliente acquisti la nostra tecnologia e diventi, a sua volta, un nostro partner. Inoltre, per noi è un modo per integrare la tecnologia del futuro, sulla scorta di questa domanda allargata», dichiara Calefati.
Prima Additive offre servizi di stampa on-demand di componenti in metalli. i clienti possono richiedere direttamente la stampa del componente o una consulenza dedicata
Prima Additive metterà a disposizione della piattaforma la sua rete dei Prima Open Additive Lab, nonché i suoi clienti di macchine, che così potranno avere l’opportunità di saturare le loro produzioni additive. I Prima Open Additive Labs costituiscono una community di partner qualificati – università, centri di ricerca pubblici e privati, hub di innovazione – che supportano Prima Additive nell’assistere i clienti. I Prima Open Additive Labs diventano protagonisti di un processo di co-innovazione e partecipano al business model di Prima Additive condividendone vantaggi e profitti. Forniscono supporto applicativo ai clienti per: design per l’Am; valutazione e studio di fattibilità del processo di AM; prototipazione; test e qualificazione per la conformità agli standard; trasferimento tecnologico in caso di adozione delle tecnologie Prima Additive da parte dei clienti.
Tornando al Prima Additive Marketplace, importante è il contributo del Competence Center di Torino Cim4.0. Infatti, il Competence Center, oltre ad aver supportato lo sviluppo sia finanziariamente (cofinanziando l’ultimo miglio dello sviluppo con il Bando PMTI) che tecnicamente, realizzando parte del Beta test della nuova piattaforma, sarà coinvolto in futuro per la parte legata agli studi applicativi, alle analisi e qualifica dei casi di studio degli utenti del marketplace e per realizzare la consulenza necessaria dall’implementazione dell’additive e alla re-ingegnerizzazione dei componenti.
La strategia di crescita: soluzioni green
È il mercato a richiedere macchine sempre più green. «Ma sotto questo profilo, l’additive manufacturing è di per sé una tecnologia avanzata», sottolinea Calefati.
Nell’aerospace, ad esempio, l’adozione di pezzi realizzati in additive non costituisce soltanto un vantaggio in termini di funzionalità del velivolo, ma rappresenta anche un reale elemento di rispetto dell’ambiente e della sostenibilità del business aerospaziale. Ridurre il peso di un aereo consente allo stesso tempo di ridurre il consumo di carburante del velivolo e, di conseguenza, ridurre le sue emissioni di CO2 nell’atmosfera. Lo stesso vale per il settore dell’automotive, dove l’elettrificazione dei veicoli porta verso veicoli sempre più pesanti: la sfida dei prossimi anni starà nel loro alleggerimento al fine di aumentarne l’efficienza e, siamo sicuri, l’additive giocherà un ruolo cruciale in questa sfida.
La partnership con Safina
Sempre in relazione alla strategia di crescita, di recente Prima Industrie ha avviato una partnership con Safina per lo sviluppo di nuovi materiali. Safina è un’azienda fondata nel 1920, e ha una lunga tradizione nel settore della gioielleria e dei metalli preziosi e oggi dispone di una vasta gamma di prodotti, comprese le polveri metalliche per la manifattura additiva. Safina ha indirizzato la sua produzione di polveri principalmente al rame, leghe di rame e polveri di metalli preziosi. I laboratori Safina sono dotati di una vasta gamma di dispositivi di misurazione. Grazie a questo, sono in grado di garantire la qualità delle polveri durante l’intero processo produttivo.
Safina è un’azienda con quasi 200 dipendenti con filiali in Repubblica Ceca, Slovacchia, Polonia, Romania e Stati Uniti e vende i suoi prodotti in tutto il mondo. Combinando l’esperienza di Prima Additive come costruttore di macchine con quella di Safina come esperta di materiali, sarà possibile consentire a entrambe le aziende di compiere importanti passi avanti nell’ottimizzazione dei processi, per rendere l’additivo sempre più competitivo e sbloccare nuovi campi di applicazione, nonché nuovi mercati. In particolare, Safina e Prima Additive lavoreranno insieme per migliorare il processo su alcune leghe a base di rame, tra cui CuCrZr, CuCrNb e CuAg30. «Peraltro, Safina è molto esperta nella qualifica delle polveri, e cioè nella definizione dei parametri relativi alle proprietà delle polveri, che sono fondamentali nella stampa additiva», conclude Calefati.
