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Ridefinire il design con l'additive manufacturing

Innovazione 2018-05-24 Åsa Backman Oskar Omne

Sandvik Additive Manufacturing, con sede a Sandviken, in Svezia, serve tutto il Gruppo Sandvik ed è in grado di proporre un'offerta completa - dall'idea al prodotto finale - in una fase in cui molte aziende stanno iniziando a rendersi conto dei vantaggi dell'Additive Manufacturing (AM, letteralmente “produzione additiva”).

Sandvik Additive Manufacturing è la più recente area di prodotti del Gruppo Sandvik, in rapida e costante espansione: le risorse continuano ad aumentare, così come le capacità, il numero di addetti e di richieste da parte dei clienti, in linea con l'evoluzione del panorama competitivo generale nel campo dell'additive manufacturing.

“Il mercato dell'additive manufacturing con metalli è ancora molto giovane e di dimensioni contenute, ma molto interessante e in rapida crescita. Nel 2015 questa tecnica stava iniziando a uscire dai confini della R&S e della prototipazione per muovere i primi passi nella produzione. Nel 2017 però c'è stata una rapida accelerazione dell'evoluzione verso una tecnologia di produzione pienamente sviluppata, ad esempio nei settori aerospazio, medicale e dell'attrezzamento”, spiega Kristian Egeberg, Presidente Additive Manufacturing di Sandvik Machining Solutions, l'area di business di cui fa parte Sandvik Coromant.

Secondo Mikael Schuisky, Operation Manager di Sandvik Additive Manufacturing, il Gruppo Sandvik vanta una posizione unica.

“Il Gruppo Sandvik ha le competenze giuste per proporre un'offerta completa, dall'idea al prodotto finito”, spiega riferendosi anche all'area di business Sandvik Materials Technology, che è uno dei leader mondiali della fornitura delle polveri metalliche impiegate nell'additive manufacturing. “Non sono molte le aziende in grado di svolgere internamente tutte le attività connesse, come produzione e sviluppo delle polveri, progettazione, selezione dei processi e tecnologie di post-processing, come lavorazioni meccaniche o sinterizzazione, il tutto con un'esperienza da leader.”

Ma oltre ad avere competenze esclusive nel campo dell'additive manufacturing, il Gruppo Sandvik ha anche una vasta esperienza nella produzione sottrattiva di tipo tradizionale e nelle lavorazioni a controllo numerico, aggiunge Egeberg facendo riferimento a Sandvik Coromant, il vicino di casa di Sandvik Materials Technology a Sandviken.

“L'additive manufacturing è perfetta per determinate applicazioni, ma per altre la produzione sottrattiva rimarrà sempre un'alternativa più economica”, spiega. “Noi disponiamo di risorse interne e competenze che ci permettono di offrire prodotti e consulenze per entrambe le aree”.

Schuisky spiega che la discussione iniziale con i clienti in merito al metodo di produzione da scegliere è fondamentale.

​“Se chiedete quale metodo di produzione scegliere per il vostro componente a un'azienda specializzata nella lavorazione del metallo e a un'azienda che si occupa di stampa, otterrete due risposte completamente diverse”, aggiunge. “Noi siamo esperti di entrambi i metodi, per cui il cliente ha la certezza di ricevere indicazioni obiettive”.

In generale, l'additive manufacturing rappresenta la soluzione migliore per la produzione di componenti con design complessi.

“L'additive manufacturing comporta una ridefinizione completa dell'approccio di progettazione poiché i parametri in base ai quali si stabilisce cosa può essere prodotto in un pezzo unico cambiano completamente. Bisogna avere una mente aperta e notevoli abilità di progettazione”, spiega Schuisky.

Per chiarire il concetto, Schuisky mostra un componente realizzato con tecniche di lavorazione del metallo di tipo tradizionale e il suo equivalente prodotto con tecniche additive: sembra di vedere due componenti completamente diversi.

​“Conoscendo a fondo le finalità a cui è destinato il pezzo, è possibile progettarlo conferendogli robustezza e tenacità esattamente dove è necessario, senza i vincoli della progettazione finalizzata alla produzione tradizionale”, spiega Schuisky. “Stampando un oggetto progettato per la lavorazione sottrattiva non si ottengono questi vantaggi”.
La sostenibilità come forza motrice
L'additive manufacturing è vantaggioso anche dal punto di vista del peso. La riduzione del peso infatti è un must nell'industria aerospaziale, dettata sia dal costo dei carburanti sia dalla necessità di contenere l'impatto ambientale. Lo stesso discorso vale anche per le automobili e i veicoli pesanti, e tutto ciò che si muove.

“Oltre ai consumi di carburante, c'è anche da considerare l'aspetto della trasportabilità: ridurre il peso degli attrezzi e, in generale, di tutto ciò che trasportiamo a mano fa bene alla salute, poiché significa alleggerire il carico per le nostre spalle e le nostre schiene”, aggiunge Schuisky.

Ma oltre ai benefici sul piano della riduzione dei consumi di carburante e della salute, l'additive manufacturing offre numerosi altri vantaggi. Questa tecnologia di produzione infatti prevede un minor numero di fasi produttive e di passaggi nella catena logistica e richiede inoltre quantità di materiali notevolmente inferiori rispetto alla produzione tradizionale, questo sia grazie al design, che richiede meno materiale, sia grazie alle caratteristiche del processo produttivo vero e proprio.

“Quando si stampa un componente, si sfrutta circa il 95 percento della polvere utilizzata nel processo, e la quota rimanente può essere riciclata durante una fusione successiva”, dichiara Schuisky. “Non c'è confronto con la lavorazione tradizionale, in cui si parte da un blocco enorme di materiale che viene progressivamente ridotto scartando grandi quantitativi di trucioli”.

Le possibilità offerte dall'additive manufacturing aumentano man mano che le tecnologie maturano. Nel frattempo, Egeberg, Schiusky e colleghi stanno ottimizzando l'offerta per assicurare più valore aggiunto possibile ai clienti.

“Siamo esperti di metallurgia, leader mondiali della produzione di polveri, esperti di post-processing e di taglio dei metalli, e siamo presenti da oltre 150 anni nell'industria metallurgica, per cui praticamente non abbiamo rivali a livello di conoscenza della catena del valore dell'additive manufacturing. Inoltre, negli ultimi anni abbiamo effettuato importanti investimenti in attività di Ricerca & Sviluppo relative a vari processi di AM e oggi stiamo sviluppando componenti per uso industriale”, conclude Egeberg.

Il potere della polvere

Senza la polvere giusta, però, l'additive manufacturing non funziona. La qualità e le proprietà della polvere influiscono profondamente sulle caratteristiche del componente. In breve, ci sono tre aspetti fondamentali da considerare: la scelta della materia prima, le dimensioni e la morfologia delle particelle.

Oggi nei processi di additive manufacturing si utilizzano cinque gruppi principali di leghe: acciaio, cromo-cobalto, nichel, alluminio e titanio.

“Il bagno di fusione viene trasformato in particelle con dimensioni e morfologia adatte mediante il cosiddetto processo di atomizzazione in gas, tenendo conto delle specifiche e del metodo di produzione a cui sono destinate”, spiega Peter Harlin, Senior Engineer R&S per le tecnologie delle polveri in Sandvik Materials Technology. “Le dimensioni delle particelle di polveri, infatti, variano in base al processo di additive manufacturing specifico in cui verranno utilizzate.

“La Powder Bed Fusion con laser, ad esempio, è il processo che richiede le dimensioni più piccole, anche dell'ordine di pochi micron, mentre le macchine per Directed Energy Deposition sono in grado di gestire particelle di dimensioni notevolmente più grandi, attorno ai 100 micron”.

Questo concetto è confermato anche da Lars-Erik Rännar, responsabile della ricerca relativa all'Additive Manufacturing presso lo Sports Tech Research Centre della Mid Sweden University, secondo il quale c'è una chiara tendenza a introdurre sempre nuove leghe e polveri specifiche per l'additive manufacturing.

“Per Sandvik, che ha un vasto know-how in campo metallurgico e un'offerta completa sia per quanto riguarda le polveri che l'additive manufacturing, si tratta di un'evoluzione naturale, per cui in futuro mi aspetto di poter ordinare da loro anche polveri su misura”, dichiara Rännar.

 

 

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