Sì, indubbiamente il 3D printing ha rivoluzionato alcuni aspetti del mondo industriale, ma badate bene rispetto alla macchina utensile siamo ancora non indietro ma molto di più, per non parlare poi dei processi di formatura dove lì chiaramente il distacco temporale si misura in ere geologiche.
Tanto per intenderci, senza andare a pescare le macchine per polveri metalliche, se rimaniamo sul polimero un oggetto che comunemente definiamo "di plastica" viene ottenuto quasi sempre con un colpo di pressa in qualche secondo, sì è vero che la potenza assorbita dagli impianti è mostruosa ma è anche vero che una stampante per produrre lo stesso oggetto impiegherebbe forse una giornata (con conseguente assorbimento di potenza) e la qualità in termini di finitura superficiale e proprietà meccaniche sarebbe quasi sicuramente peggiore. Oltre a ciò nei processi di stampaggio sì è vero che c'è sfrido, ma poi le carote e tutti i boccami vengono tritati e riciclati senza perdita alcuna di materiale (al netto chiaramente di guasti e accidentalità si intende, ma questo accade in ogni processo). Direte voi, beh, facile combattere una stampante FDM con una pressa per estrusione: non può che vincere clamorosamente. Ebbene, è vero, infatti se considerassimo il caso di una produzione con macchina utensile a partire dal pieno tornerebbe a fare capolino il problema dello sfrido e del consumo energetico che comunque non è trascurabile, ma è anche vero che un oggetto in materiale plastico non può dover essere prodotto a macchina utensile perché altrimenti stiamo rinunciando al più grande vantaggio che ci danno i polimeri, cioè quello di poterli formare a piacimento per ottenere direttamente il finito. Quindi sì, è vero una stampante 3D per materiali plastici può essere messa in concorrenza con gli stessi materiali plastici processati a macchina utensile, fino a che però non incappiamo con il limite della rugosità superficiale, della precisione dimensionale e delle proprietà meccaniche (un pezzo stampato in 3D ha tutta una serie di problemi strutturali dovuta alla stratifica dei layer). Ad ogni modo mi piace rimarcare che questo confronto si può fare solo in ambito prototipazione (cioè una piccola fetta dell'intero panorama produttivo) perché nessuno sano di mente si metterebbe mai a lavorare un termoplastico o un termoindurente con del 3D printing per fare produzione di massa.
Sul piano delle stampanti per polveri metalliche invece ci sono degli aspetti molto buoni e altri che temo non potranno mai trovare soluzione, perlomeno sicuramente non con il solo miglioramento della tecnologia attuale. Per esempio c'è da dire che un oggetto metallico stampato in 3D ha sempre proprietà migliori del suo omologo ottenuto per processi fusori e spesso risulta anche più prestante del lavorato dal pieno, tuttavia ci sono ancora 3 grandi punti interrogativi che limitano l'uso di questo sistema di lavorazione anche in settori non estremamente hi-tech:
1)Rugosità; l'anno passato la stampante migliore del mondo arrivava a Ra=6 il che, se paragonato anche solo ad un Ra 1,6 tipico di una buona tornitura fa morir dal ridere, cioè in altre parole un pezzo metallico stampato in 3D che debba fare parte di un meccanismo minimamente fabbricato con criterio, deve sempre essere ripreso di macchina utensile. Questo a dire la verità è uno dei problemi principali perché se è vero che devo usare il 3D printing fondamentalmente per produrre il grezzo (con i costi esorbitanti associati)....beh allora forse si poteva anche pensare di partire direttamente da barra e fare un pochino di truciolo in più (questo supponendo sempre che un fuso tradizionale sia inadatto per vari motivi)
2)Costo delle polveri metalliche; ebbene dovete sapere che le polveri metalliche usate devono essere finissime (più è fine la polvere e più sottile può essere il layer nonché più basso è il rischio di porosità) e a granulometria ben precisa che non potete immaginare le paranoie.....tanto per capirci se volete comprare della polvere metallica per stampa 3D dovete specificare che dimensione media del grano volete, quale deve essere l'uniformità della dimensione dei grani (eh sì perché una badilata di ghiaia e una di sabbia mescolate mediamente sono ghiaino fine, ma all'atto pratico non è proprio la stessa cosa), quale deve essere la forma dei grani, cioè li volete tutti perfettamente sferoidali (€€€) oppure vi va bene anche se ce n'è in mezzo qualcuno un po' più allungato che tende all'ovale? Oppure magari siete dei poveretti e quindi pur di avere il materiale vi fate andare bene anche della roba spigolosa spaccata con il waterjet? Beh, per farla breve, una polvere senza troppe pretese costa mediamente 7-8volte quel che si paga lo stesso materiale in formato convenzionale (barrame o getto), cioè per darvi un esempio l'anno passato il 316 (ripeto, polvere onesta, non prima scelta) stava sui 60€/kg.
3)Tempi di esecuzione; sì, purtroppo la stampa 3D è un processo evidentemente lento, ma questo lo sapevamo già e ritengo che la cosa possa migliorare nel tempo. Quel su cui invece ho dei fortissimi dubbi è il punto 1).
In definitiva, produrre un pezzo di ricambio metallico con solo una stampante 3D oggi è un'idea che nella maggior parte dei casi risulta demenziale perché non siamo in grado di garantire le rugosità superficiali e di conseguenza anche la precisione dimensionale e geometrica delle superfici. A livello di costi la stampa 3D per metallo oggi è un incubo perché la macchina ha un costo orario notevole (dovuta più che altro all'alto costo d'investimento e alla bassa produttività) ed in più le polveri metalliche sono care da far venire i capelli bianchi. In definitiva quindi questi sistemi di lavorazione si usano solo in quei particolari settori dove, per le prestazioni estreme che si vogliono raggiungere, questa è l'unica via percorribile per realizzare la geometria, oppure dove si usano materiali così costosi a livello di grezzo e di truciolamento che il 3D printing diviene economicamente conveniente. Esempio eclatante di questa seconda situazione è il caso in cui si voglia prototipare una girante di turbina a gas in Inconel il quale costa uno sfracasso di soldi in barra (ammesso di trovare il formato desiderato), ha n-mila problemi ad essere colato ed è duro avvelenato e bastardo da truciolare tanto che il costo utensile esplode.
Ultima chicca e poi taccio: la stampa 3D per polveri metalliche, per i motivi spiegati sopra, viene più che altro usata nel settore aerospaziale; ebbene secondo le normative di qualità che regolamentano questi settori non è (sempre se nulla è cambiato) possibile riciclare le eccedenze delle polveri di stampa, cioè se la camera della macchina una volta riempita tiene 50kg di polvere e io devo stampare un gingillo da 2kg, poi devo buttare via tutto il resto del letto non coinvolto nella fusione perché potrebbero essere venute meno le caratteristiche di granulometria e composizione chimica garantite dal fornitore. Chi non fa aerospace invece può ovviamente riciclare ma una accurata operazione di setacciatura è comunque inevitabile.
Giuro non volevo scrivere un articolo per Focus
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