• About Author

  • Tutta l'Informazione Ninja nella tua mail

  • Che cos’è l’Additive Manufacturing, spiegato con una mini-serie TV

    Nella nuova puntata della serie realizzata da Societing 4.0 e promossa dalla Rai, il Prof. Massimo Martorelli ci spiega i vantaggi della stampa 3D

    8 Aprile 2020

    • “Societing4.0 – Che cosa sono le tecnologie 4.0″ è una miniserie per capire le principali tecnologie 4.0 (Robotica all’Intelligenza Artificiale, dalla Stampa 3D alla Realtà Aumentata/Virtuale, dai Big Data all’Internet delle cose) e per dare maggiore consapevolezza e strumenti critici sulla loro applicazione a cittadini curiosi, PMI, studenti e insegnanti.
    • Per ciascuna tecnologia le telecamere dei giovani ricercatori entrano nei laboratori dell’Università Federico II dove sono studiate le tecnologie e dove sei luminari rispondono alle domande dei ragazzi, sotto la direzione scientifica del Professore Alex Giordano
      I giovani ricercatori del Dipartimento di Scienze Sociali dell’Università di Napoli Federico II hanno intervistato Massimo Martorelli, docente di Disegno e Metodi dell’Ingegneria Industriale presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università degli Studi di Napoli Federico IIPuoi guardare la video-intervista integrale sul portale di Rai Scuola a questo link.

    Il Prof. Martorelli ritiene che la pervasività e un certo successo dell’Additive Manufacturing sia dovuto anche al movimento dei makers: Negli ultimi anni i Makers, ovvero gli artigiani digitali di ogni età e provenienza si riuniscono per scambiarsi informazioni, nei FabLab (Fabrication Laboratory) oppure condividendo i modelli CAD”. Questo rende certamente, tale tecnologia, molto più accessibile rispetto a tanti anni fa: “Prima, per andare a realizzare dei prototipi, anche solo per visualizzare e verificare se quel componente era stato progettato correttamente, era necessario ricorrere a delle stampanti molto costose. Oggi invece c’è la possibilità di utilizzare stampanti accessibili a tutti, low cost. Si tratta, insomma, di una tecnologia piuttosto accessibile anche per le piccole e medie imprese e per per quelle attività artigianali che non devono veder minacciato il loro valore aggiunto, la maestria e unicità della manualità del nostro territorio:Direi che non c’è conflitto tra le tecniche AM e i valori dell’artigianato, anzi. Le tecniche di AM possono essere un vero e proprio aiuto per gli artigiani, accompagnando il lavoro che già facevano con un supporto in più. Possono aiutare nella realizzazione di forme complesse, e quindi affiancare la parte tradizionale aggiungendo nuove competenze”.

    Approfondimenti

    A cura dei giovani ricercatori dell’Università degli Studi di Napoli Federico II L’espressione Additive Manufacturing (abbreviato generalmente nella sigla AM) si riferisce ad una serie di tecnologie in grado di costruire oggetti fisici- siano essi prototipi o prodotti finali- a partire da modelli digitali in 3D precedentemente realizzati. Esse si servono di materiali di vario tipo, i quali vengono sottoposti ad un processo additivo: l’oggetto, sulla base del progetto tridimensionale che lo descrive accuratamente in formato digitale, viene così realizzato strato dopo strato.  Tali tecnologie, di cui ormai si parla in maniera intensiva per via delle loro molteplici applicazioni, spesso si trovano indicate anche con le espressioni 3D Printing (abbreviata in 3DP) o Rapid Prototyping (o RP, primo termine usato per identificare queste tecniche).  Il primo punto da prendere in considerazione per quanto riguarda le stampanti 3D è la realizzazione della versione digitale dell’oggetto che verrà poi stampato. Il modello 3D può essere realizzato attraverso tecniche e strumenti diversi. Ad esempio, essi possono essere realizzati a partire da zero con i software CAD (Computer Aided Design), vale a dire quei software di modellazione geometrica atti a supportare l’attività di progettazione di manufatti. Oppure, essi possono essere ricavati attraverso scanner 3D (sistemi laser o sistemi di Reverse Engineering non a contatto attivi; o fotogrammetria digitale, sistema di Reverse Engineering non a contatto passivo).  Oltre alla realizzazione del modello digitale 3D al CAD è anche possibile scaricare modelli 3D direttamente da Internet grazie a siti come Thingiverse o il Progetto RepRaP, ideato da Adrian Bowyer, professore dell’Università di Bath. Entrambi gli esempi sopracitati si basano infatti sul principio dell’open source e permettono quindi a ogni utente il download del modello e l’implementazione del proprio contributo. A seguito della realizzazione del modello 3D si può passare al processo di stampa vero e proprio. Esso è caratterizzato dalle seguenti particolarità: la fabbricazione del componente avviene generalmente in modo additivo, strato dopo strato (layer by layer); la lavorazione procede in maniera completamente automatica a partire dal modello tridimensionale dell’oggetto da realizzare; la costruzione è indipendente dalla complessità della forma dell’oggetto, quindi vi è la possibilità di realizzare parti dalla forma geometrica molto complessa. Le stampanti 3D oggi rappresentano un settore in ascesa nel mondo del business e destinato, nell’immediato futuro, a ridefinire i confini sia in ambito industriale che nella vita quotidiana. A sostenerlo è Massimo Martorelli, docente di Disegno e Metodi dell’Ingegneria Industriale presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università degli Studi di Napoli Federico II, nonché Responsabile Scientifico del Laboratorio “CREAMI (Center of Reverse Engineering and Additive Manufacturing Innovation). La crescente importanza di tali tecnologie è dimostrata, secondo Martorelli, da due fattori chiave. In primo luogo, diverse società- anche molto importanti nei vari rispettivi settori- hanno deciso di investire in modo massiccio su tali tecnologie. Le stampanti 3D sono infatti un elemento cardine di quella che viene chiamata Quarta Rivoluzione Industriale, dopo che la prima ha visto l’avvento delle macchine a vapore, la seconda il concetto di catena di montaggio e la terza l’avvento di Internet all’interno delle aziende.  In secondo luogo, Martorelli sottolinea che l’aumentato interesse industriale verso i sistemi di Additive Manufacturing è dimostrato anche dall’emanazione di norme Internazionali ISO/ASTM a partire dal 2013 (nonostante il primo brevetto AM risalga al 1986). Dal 2013 ad oggi sono state emanate sette nuove norme. Tra queste, troviamo quelle riguardo la terminologia standard, il formato dei file, le linee guida e le raccomandazioni per la progettazione per AM, i metodi di test e le sperimentazioni e l’overview delle categorie di processi e materie prime. Attualmente lo sviluppo dell’ Additive Manufacturing si muove lungo due percorsi distinti ma in stretta relazione tra loro: da un lato c’è la ricerca in senso stretto, che prosegue tramite le istituzioni più tradizionali, come università e istituti scientifici.  Dall’altro lato poi ci sono i cosiddetti makers, ovvero coloro che realizzano progetti- in singolo o in collaborazione- e condividono informazioni riguardo questi, nell’ottica di una crescita sostenuta dalla sharing economy e dall’approccio peer-to-peer (ad esempio Makerbot Industries, che nasce come costola del Progetto RepRap, Ultimakers e Printrbot, quest’ultimo tra l’altro realizzato tramite crowdfunding sulla piattaforma Kickstarter). LEGGI ANCHE:Che cos’è la Big Data Analytics, spiegato con una mini-serie TV

    Le principali tecniche di Additive Manufacturing

    Con il passare degli anni le tecniche di AM si sono modificate ed evolute, andando verso strumentazioni sempre più efficienti e precise.  Esse costituiscono oggi un ecosistema ricco e vario di metodologie, strumenti e materie prime e si caratterizzano dunque per un’elevata versatilità che risulta in un ulteriore punto di forza. Le tecniche più diffuse attualmente sono: Fused Deposition Modelling (FDM); Selective Laser Melting (SLM); Laser Metal Deposition (LMD); Digital Light Processing (DLP); Liquid Crystal Display (LCD); Selective Deposition Lamination (SDL). Si tratta di tecniche che differiscono tra di loro per diversi elementi, come ad esempio le materie prima utilizzate per la realizzazione dei prodotti: alcune, come la DLP e la LCD si servono infatti di polimeri liquidi; altri, come la SDL, utilizzano invece fogli di carta; altre ancora, come la SLM e la LMD si servono di polveri (si parla in questo caso di powder bed– a letto di polvere- o powder deposition, polvere a getto), in particolare di metallo. Queste tecniche permettono la realizzazione di prototipi e prodotti, automatizzando i processi, riducendo notevolmente tempi e costi e introducendo, soprattutto, la possibilità di realizzare oggetti prima inconcepibili.  Il limite di queste stampanti, se può essere considerato un limite, è che gli oggetti che esse riescono a realizzare possono essere grandi al massimo quanto il piatto di stampa. Ma ciò non costituisce un ostacolo insuperabile, poiché conoscendo il principio di funzionamento è possibile realizzare stampanti sempre più grandi, incrementando sempre di più le potenzialità di questi strumenti. Inoltre, le tecnologie AM possono essere usate in cooperazione con altri hardware e software, in particolare con i robot e i sistemi dotati di Intelligenza Artificiale, utilizzando questi ultimi per realizzare oggetti più grandi depositando il materiale su più ampie dimensioni. 

    I campi di applicazione della stampa 3D

    Fino a qualche anno fa realizzare oggetti fisici tramite stampanti 3D richiedeva sistemi costosi, laboratori estremamente attrezzati e software sofisticati. Ciò ha significato una limitazione alla diffusione di tali sistemi che potevano essere utilizzati solo in grandi aziende o in centri di ricerca altamente specializzati.  Oggi invece con l’avanzamento delle tecnologie e il conseguente abbattimento dei costi l’AM è entrata a essere parte integrante di diversi ambiti, ridefinendone i processi lungo i vari step della catena di valore.  Un ambito cui l’Additive Manufacturing restituisce soluzioni innovative e rivoluzionarie è quello medicale.  In tale settore ad esempio è possibile realizzare il progetto digitale a partire da una TAC, da una microTac o da una risonanza magnetica. Dall’immagine bidimensionale infatti si riesce a ricavare quella tridimensionale da consegnare alla stampante 3D. In questo settore l’AM può essere utilizzato per studi preventivi (come ad esempio sul labbro leporino dei feti), per studi di implantologia osteointegrativa, per la realizzazione di protesi acustiche o per il campo altamente innovativo definito come tissue engineering (ingegneria dei tessuti). Un settore relativamente nuovo, ma che promette uno sviluppo significativo nel futuro prossimo, è quello delle costruzioni. Qui il Rapid Prototyping viene messo in pratica impiegando grandi e costose stampanti 3D. Una caratteristica che aggiunge ulteriore valore a questo campo di applicazione è la possibilità di utilizzare materiali sostenibili e riciclati, inoltre- oltre alla stampante in sé- i costi sono relativamente bassi se confrontati con i costi di realizzazione degli edifici con metodi standard. Infine, per fare un altro esempio tra i tanti, oggi proseguono le sperimentazioni in settori più di consumo, come quello alimentare. In tale ambito ad esempio la Barilla ha stampato pasta in 3D con un concorso il cui obiettivo era realizzare nuove trafile con metodi innovativi ma con ingredienti tradizionali. I nuovi formati di pasta sono stati poi presentati all’Expo di Milano nel 2015. In questo settore poi vi è anche il progetto Nasa Advanced Food Technology Program che mira a produrre cibo tramite 3DP per migliorare la qualità di vita degli astronauti durante le missioni spaziali. O, ancora, si potrebbe fare riferimento alla nascita di Food Ink, la prima catena di ristoranti che crea cibo e stoviglie unicamente con stampanti 3D.

    Vantaggi chiave

    In conclusione, dunque, è possibile sintetizzare brevemente gli effettivi vantaggi che l’Additive Manufacturing è in grado di apportare sia alle industrie sia ai privati.  Prima di tutto vi è un’ottimizzazione delle materie prime, poiché è possibile limitare gli sprechi e utilizzare materiali anche riciclabili. Uno dei punti di forza dell’Additive Manufacturing è dunque la sostenibilità Vi è poi la possibilità di elaborare forme complesse che nell’industria tradizionale necessitano di una notevole mole di lavoro per essere realizzate, quando possibile. Dunque le tecnologie di 3D Printing vanno ad incrementare l’efficienza dei processi Importante poi è anche il lato della customizzazione, dal momento che è possibile produrre oggetti personalizzati secondo le proprie necessità in modo relativamente semplice e poco dispendioso. Infine, è molto interessante- soprattutto in una prospettiva volta ad osservare l’immediato futuro- il collegamento con i settori della robotica e dell’Intelligenza Artificiale. Si possono infatti utilizzare robot per realizzare strutture di grandi dimensioni o, ancora, attraverso dei software CAD all’interno dei quali sono stati implementati algoritmi di AI, si può implementare nella macchina la scelta tra una serie piuttosto elevata di possibili soluzioni, definite sulla base di vincoli e requisiti impostati dal progettista.  Non solo dunque l’AM si qualifica come un set di strumenti e tecniche di grande utilità per il settore produttivo ma, nella sua interazione con altri sistemi hardware e software, tale innovazione promette diventare parte di un ecosistema tecnologico esteso destinato a riconfigurare l’ambito industriale e, successivamente, anche quello quotidiano.