L’immagine evocata è quella – non proprio rassicurante – del cattivo di Terminator 2, che si rigenera da una pozzanghera di metallo fuso. Ma la tecnologia basata sulla stampa in 3d al carbonio potrebbe presto trovare applicazione in larghi settori della vita di tutti i giorni, dalle componenti per automobili alle protesi dentarie. Questo grazie agli avanzamenti delle stampanti dedicate, di dimensioni sempre più imponenti, pronte a fare il salto dai prototipi all’industria di massa.
Ne parla un report di McKinsey & Company, secondo cui la stampa in tre dimensioni riguarda oggi una parte ridottissima dell’industria dei metalli, ma sta crescendo a ritmo esponenziale ed è adottata già da diverse compagnie aerospaziali e dell’industria sanitaria. Se la generica stampa in 3D è già entrata pienamente nel mainstream, è nel settore manifatturiero che potrà giocare un ruolo rivoluzionario, per una serie di fattori. Dal 2009, quando è scaduto il brevetto sulla tecnologia Fdm (ovvero modellazione a deposizione fusa, o fused deposition modeling) il costo di queste stampanti è diventato più accessibile per tutti. Le previsioni attuali parlano di una crescita di mercato intorno ai 10 miliardi di dollari entro i prossimi quindici anni. Si pensi ad Adidas, che produce le suole di un suo modello di scarpe da corsa attraverso una variante della stereolitografia che sfocia nella stampa 3D.
Per quanto riguarda l’ambito dell’industria dei metalli, questo strumento viene già utilizzato per produrre prototipi di piccole dimensioni, con una notevole diminuzione dei costi e dei tempi di produzione (grazie all’eliminazione di molte fasi di assemblaggio). Nella fase di design, si riscontra invece una maggiore libertà di progettazione, con un solo difetto grave: la maggior parte delle stampanti 3D al momento non possono mescolare materiali diversi all’interno di uno stesso pattern.
Il principale valore aggiunto della stampa 3D è la possibilità di fabbricare in tempo rapido e senza costi eccessivi una serie di parti metalliche di piccola dimensioni che possano venire utilizzate in modo diretto come ingranaggio nella costruzione di altri strumenti. La tecnologia di queste stampanti prevede una produzione attraverso solamente tre passaggi principali: la produzione di metallo, la produzione delle polveri metalliche, la stampa definitiva dei prodotti, che si completa con alcune rifiniture.
Inoltre, un altro vantaggio è quello dell’abbattimento di molti sprechi e di poter pianificare varie opzione di progettazione, il che consente ai produttori di evitare inutili passaggi di assemblaggio e di creare nuove geometrie in modo più semplice ed agile, con un prodotto finale composto da meno materiale e con delle proprietà meccaniche migliorate. Parliamo, dunque, di una maniera di snellire il procedimento di produzione di elementi meccanici non troppo voluminosi, i quali potranno poi essere smistati in modo più celere e con minori difficoltà logistiche. Un processo ideale per piccoli lotti di produzione, i quali possono godere anche di una maggior libertà nella personalizzazione dei prodotti destinati agli utenti finali.
Un utilizzo diffuso di questo tipo di stampanti potrebbe avere delle ripercussioni importanti sul settore manifatturiero, ma ci vorrà del tempo. Nella produzione di grandi volumi, per quanto riguarda il costo delle materie prime e soprattutto per quanto concerne la consistenza della qualità e della larghezza delle dimensioni del prodotto finito, le stampanti 3D rimangono ancora indietro rispetto ai metodi convenzionali che approvvigionano la principale parte del settore manifatturiero mondiale.
Se i settori che più stanno beneficiando di questa tecnologia sono quello sanitario e quello aerospaziale è anche perché rappresentano le esigenze di una clientela disposta a sborsare cifre più elevate per vedere risultati immediati. Inoltre, sebbene sia più caro dal punto di vista dell’investimento di base, il processo di produzione attraverso la stampa 3D permette di costruire la struttura del prodotto fondendo solamente il filo e la polvere metallica necessari, il che garantisce uno spreco minimo, con delle percentuali di scarto che vanno dall’1 al 3 per cento e in futuro si azzereranno del tutto. Anche l’impatto di questa produzione sull’ambiente dovrebbe essere più ridotto, a causa delle minori emissioni prodotte da una catena produttiva più corta di quella tradizionale.
Un settore nel quale la stampa 3D sta guadagnando velocemente terreno è quello della composizione delle superleghe, ad esempio quelle utilizzate nella produzione di motori a reazione. Il tutto grazie alla velocità di produzione e ai minori costi rispetto alle produzioni standard. Non va dimenticato, inoltre, che questo tipo di stampa permette di avere una maggiore libertà di design e di ridurre le fasi di assemblaggio, come avviene per i seggiolini leggeri per auto e le fibbie per aeroplani.
In generale, l’avvento della stampa 3D sembra adattarsi molto alle produzioni su piccola scala, grazie ai vantaggi economici sul breve termine garantiti dall’abbattimento dei costi nella manifattura. Un oggetto come una molla che innesca l’airbag, prodotto in una “catena di montaggio” attraverso una stampante 3D, è il perfetto esempio della tipologia di prodotti che converrebbe produrre con questa tecnologia.
L’investimento di base è quindi la stampante stessa, che può costare poche migliaia di dollari e arrivare fino a 2 milioni di dollari. L’unico vero limite è che per ora con questo tipo di strumenti non possono essere prodotti oggetti di dimensioni superiori a 30 cm². Ci troveremo probabilmente a breve di fronte un bivio: o la stampa 3D metallica maturerà al punto da stravolgere almeno parte dell’attuale catena del valore, e avrà un impatto paragonabile a quello degli smartphone nell’industria delle telecomunicazioni; oppure deluderà, e resterà una produzione di nicchia.
La produzione 3D su larga scala non è ancora dietro l’angolo, e su questo la manifattura convenzionale farà ancora la parte del leone per almeno un decennio. Tuttavia i grandi investimenti nella ricerca da parte dell’industria per migliorare il tasso di rendimento delle stampanti potranno ridurre i costi e rendere la produzione più rapida ed efficace.
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