Prezzo, prestazioni e potenziale: colmare il divario nella stampa 3D

La stampa 3D è parte integrante dei processi di prototipazione rapida di varie realtà industriali, quali Lockheed Martin e KUKA Robotics, che utilizzano sistemi industriali, ma anche stampanti desktop. L’articolo esplora il divario tecnologico che esiste tra le soluzioni desktop e quelle industriali, e ciò che l’industria sta facendo per superarlo.

di Dave Veisz

La prototipazione rapida è alla base del flusso di lavoro di ogni progettista e ingegnere ed è fondamentale per il collaudo di nuovi concept, la verifica del design e il raggiungimento di obiettivi di riduzione del time-to-market sempre più aggressivi.
A prescindere dal settore o dal prodotto, è importante che gli ingegneri si concentrino su caratteristiche quali velocità, accessibilità, costo e output dei sistemi di produzione additiva.
La tecnologia per la produzione additiva nelle sue tante forme è stata sinonimo di prototipazione rapida e la sua affermazione sul mercato è stata determinata dal miglioramento delle tecnologie.
Tuttavia, continua a persistere un notevole divario all’interno delle aziende tra le soluzioni di stampa 3D desktop e quelle industriali, sia in termini di capacità tecnica che di accessibilità.
Molte delle aziende di grandi dimensioni sfruttano egregiamente la stampa 3D al loro interno già da anni, mentre le imprese più piccole sono più restie a dotarsi di una soluzione di stampa 3D interna senza prima comprenderne costo e benefici.
Molti progettisti non sono ancora del tutto consapevoli dei vantaggi che la stampa 3D e, in particolare, quella desktop, potrebbe portare a livello di flusso di lavoro.
Alcuni si chiedono se sia opportuno abbandonare flussi di lavoro collaudati, mentre altri evitano le soluzioni di stampa 3D da ufficio a causa di deludenti esperienze fatte in precedenza o perché preoccupati della qualità e dell’accuratezza dimensionale dell’oggetto stampato in 3D rispetto al file CAD.
Altri timori comuni riguardano la necessità di manipolare le geometrie o di regolare i parametri di stampa per ottenere un risultato soddisfacente.
Al momento, la maggior parte delle soluzioni di stampa 3D desktop non è in grado di offrire la stessa affidabilità e precisione delle macchine industriali più grandi e più costose. Di conseguenza, le aziende più piccole non considerano la stampa 3D in house come un’opzione vantaggiosa.

Limitazioni della stampa 3D desktop rispetto a quella industriale
Generalmente, uno dei fattori a fare da freno all’acquisto di stampanti 3D desktop riguarda la poca propensione da parte delle aziende a modificare i flussi di lavoro esistenti e consolidati. Ciò può essere dovuto a svariati motivi, tra cui problemi in termini di prestazione o di integrazione. In passato, molte delle aziende che hanno scelto le stampanti 3D desktop si sono trovate alle prese con performance di scarsa qualità e con software per la preparazione della stampa complessi e di difficile utilizzo. Molti responsabili tecnici considerano il tempo dedicato a risolvere i problemi causati da un sistema desktop poco efficiente e a imparare l’uso di un software complesso come sprecato, in quanto sottratto alla progettazione e alla creazione dei prodotti.
Altra criticità riguarda il fatto che per molti progettisti il prototipo creato su una stampante 3D da ufficio non è in grado di soddisfare le loro esigenze. Per coloro che sviluppano prototipi destinati a parti stampate a iniezione, ad esempio, i pezzi stampati in 3D devono avere un’accuratezza dimensionale paragonabile a quella del metodo di fabbricazione tradizionale. Inoltre, il materiale deve comportarsi in maniera simile a quello finale se si vogliono testare elementi ad incastro (snap fit), installare inserti filettati o replicare altre caratteristiche comunemente progettate. Nonostante i progressi degli ultimi anni, le stampanti 3D desktop attuali non sono in grado di offrire l’accuratezza dimensionale di una macchina di qualità superiore. Ciò è dovuto essenzialmente alle possibilità limitate di controllare le principali variabili ambientali di una soluzione 3D desktop. In sintesi, i prototipi creati con stampanti 3D da ufficio non sono abbastanza resistenti o non garantiscono proprietà robuste o sufficientemente avanzate per certe tipologie di collaudo dei prodotti, se non per la maggior parte di esse.
Infine, l’ostacolo maggiore è far sì che la prototipazione rapida rimanga, appunto, rapida. Affidare la realizzazione di prototipi in outsourcing offre indubbiamente numerosi vantaggi che, tuttavia, vengono spesso annullati da lunghi tempi di attesa, dal momento che lo sviluppo di una singola parte può richiedere svariate settimane. Affidarsi a fornitori esterni può allungare notevolmente il processo e incidere sui tempi di immissione del prodotto sul mercato.
È proprio in quest’ambito che si contraddistingue la stampa 3D in-house, spesso citata dai produttori di tutto il mondo come la chiave per ottenere sostanziali riduzioni in termini di tempo e costi. Tuttavia, la velocità e la qualità della stampa 3D desktop non possono essere paragonate alla stampa 3D industriale.
Quest’ultima, infatti, apporta molteplici benefici ai progettisti. I problemi di velocità e performance del prototipo in tre dimensioni sono spesso inesistenti con una macchina di livello più alto, dal momento che le stampanti 3D industriali sono – quasi sempre – in grado di offrire risultati ripetibili e di elevata qualità. I prototipi possono essere stampati con materiali termoplastici di livello ingegneristico che soddisfano gli specifici requisiti richiesti da alcuni settori industriali, quali automobilistico, aerospaziale e ferroviario. Spesso, i clienti ottengono un notevole risparmio in termini di costo e di tempo passando ad una macchina di livello industriale.
Tuttavia, la stampa 3D industriale non è priva di limiti e restrizioni. I sistemi industriali sono spesso costosi, complessi, poco intuitivi e rallentano il flusso di lavoro del progettista che, solitamente, non ha accesso diretto a tale stampante, dovendo, pertanto, presentare un ordine di lavorazione e attendere in coda.
Talvolta, il costo di una soluzione di questo livello può non essere giustificato, non solo a causa dell’elevato investimento necessario per la macchina e per i materiali di consumo, ma anche per la formazione del personale o addirittura per la necessità di assumere personale dedicato. A causa di tali problematiche, i progettisti si ritrovano spesso con un divario prestazionale tra le soluzioni che possono permettersi e quelle di cui hanno bisogno.

Il potenziale della stampa 3D ad alte prestazioni
Abbiamo individuato chiaramente le sfide che fino ad oggi hanno frenato l’adozione della stampa 3D nel segmento professionale. Il dialogo con i clienti ci ha stimolato a sviluppare METHOD, una nuova stampante 3D che, a nostro avviso, può colmare il divario tra le stampanti 3D desktop e quelle industriali, dando vita a una nuova categoria: la stampa 3D ad alte prestazioni.
Si tratta, in pratica, del connubio tra tecnologie presenti in un sistema industriale e l’accessibilità, la facilità d’uso e il prezzo d’acquisto di una stampante 3D da ufficio.
Sfruttando la consolidata esperienza nella tecnologia FDM della nostra società madre Stratasys®, abbiamo introdotto capacità industriali, quali una nuova linea di materiali avanzati, estrusioni con prestazioni raddoppiate, una camera ad aria calda circolante e cassetti porta materiale con tenuta a secco, per permettere ai progettisti e ingegneri di avere un maggior controllo sulle loro stampe. Inoltre, le velocità di stampa sono migliorate notevolmente con la stampa 3D ad alte prestazioni. I test condotti hanno dimostrato, infatti, un netto raddoppio rispetto a quelle attuali della stampa 3D desktop.
Per essere efficace, la progettazione dei prodotti richiede il contributo di varie fonti. Grazie a una stampa 3D di livello industriale affidabile e conveniente realizzata internamente e all’accesso diretto concesso a ingeneri e progettisti, sarà possibile esaminare, testare e approvare i progetti in anticipo in ogni fase del processo manifatturiero e con una maggiore frequenza.
Allo stesso tempo, una soluzione in grado di offrire affidabilità e accessibilità elimina completamente i costi e le barriere associati al training di tecnici specializzati, come succede solitamente con le stampanti 3D industriali più grandi.
L’unione dei benefici offerti dalle soluzioni da ufficio, come la facilità d’uso e la convenienza, e delle capacità di livello industriale rende oggi la stampa 3D molto più accessibile a organizzazioni più piccole. Di conseguenza, queste aziende possono migliorare drasticamente il loro processo di progettazione e iterazione, accrescendo il livello di innovazione e introducendo prodotti migliori sul mercato con maggiore rapidità.

Dave Veisz è Vicepresidente della divisione Ingegneria di MakerBot