La stampa 3D e l’innovazione industriale

Sono ormai molti anni che si parla di stampa 3D. Qualcuno aveva ipotizzato che ci sarebbe stata una stampante 3D su ogni scrivania allo stesso modo in cui una volta c’era una stampante a rullo di carta. Questa visione non sei è avverata per questioni legate alla praticità d’uso e ai costi. Quello che si è avverato, però, è che oggi molte aziende usano la stampa 3D per portare innovazione all’interno dei loro processi produttivi. Abbiamo iniziato facendo prototipi, siamo poi passati alla produzione di pezzi unici o per usi speciali; oggi iniziamo a parlare di produzione tramite stampanti 3D.

Il panorama, però, è ancora in via di definizione ed è difficile dire cosa succederà da qui ai prossimi anni. Tra le realtà italiane che hanno le idee chiare sulle potenzialità della stampa 3D industriale e su come questa può portare innovazione c’è il Gruppo Elmec. Tanté vero che nel 2018 il gruppo ha creato una sua Business Unit dedicata proprio per questo: Elmec 3D.

In occasione dell’Expo dell’imPOSSIBILE, che si è tenuta il 12 luglio 2023 proprio sul tema della stampa 3D in ambito medicale abbiamo chiesto a Martina Ballerio, Business Unit Manager di Elmec 3D, la sua opinione sullo stato della tecnologia e quale futuro verosimilmente ci attende.

Può parlarci di lei? Quale è stato il suo percorso professionale e quale è il suo ruolo in Elmec 3D?

Mi sono laureata in ingegneria dei materiali e delle nanotecnologie e poi, dopo l’università, ho fatto un percorso in consulenza per approdare in Elmec circa sei anni fa. Lo scopo del mi arrivo qui era proprio quello di fondare una nuova Business Unit che si occupasse di stampa 3D industriale.

Abbiamo sviluppato questa Business Unit a partire, ovviamente, dal nulla; nel senso che non c’era nulla di simile in Elmec, in quanto l’azienda aveva il suo core business centrato sull’IT e in particolare si occupava di servizi gestiti in ambito sworkplace, data center e security.

E come sta andando la Business Unit oggi?

Oggi in Elmec 3D siamo in quasi venti persone e osserviamo un business in crescita. Ci siamo sempre basati molto sulle competenze; per cui siamo partiti proponendo sul mercato tecnologie che abbiamo trovato particolarmente interessanti inserendo subito una parte di forte competenza tecnica. Pertanto, la nostra forza è il team di Application Engineering: progettisti e tecnici specializzati che fanno funzionare gli apparati e aiutano i nostri clienti a capire come adottare la stampa 3D in azienda. Il cliente ha generalmente bisogno di aiuto per capire quali sono i componenti che possono beneficiare di questa tecnologia e quali no. Per esempio, oggetti molto semplici a livello geometrico o da produrre in grandi quantità, nell’ordine dei milioni di pezzi, non si prestano alla stampa 3D.

Questa competenza ci ha portato a lavorare con aziende di alto livello che, a loro volta, ci hanno fatto migliorare. Nel tempo abbiamo anche sviluppato delle nostre metodologie che usiamo, tra le varie cose, per trasmettere competenze ai nostri clienti. Per esempio, abbiamo un format chiamato Training progettuale. Si tratta in pratica una collaborazione col cliente: lui ci porta le sue esigenze, per cui non viene a fare una formazione sterile, ma ci propone una sfida. Analizziamo insieme quello che ci chiede di sviluppare e ci diamo degli obiettivi di fattibilità. Una volta che ci siamo dati degli obiettivi, il progetto viene sviluppato dai nostri ingegneri insieme al cliente con l’obiettivo di realizzare il progetto, arrivare all’obiettivo e nel contempo passare delle competenze al cliente.

Questo è, per sommi capi, il nostro pacchetto di offerta, che si completa, ovviamente, anche con la stampa. Realizziamo infatti molti componenti per tantissime industrie differenti, e questo è forse l’aspetto più divertente del nostro lavoro.

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Che vantaggi osservano i vostri clienti dall’adozione di questa tecnologia?

La stampa 3D permette a volte di abbassare il costo dell’oggetto che dev’essere prodotto o, per lo meno, il suo TCO (Total Cost of Ownership). Ci sono però anche altri vantaggi. Per esempio, la riduzione del numero dei componenti, che alla fine si ribalta anch’essa sul costo. Si alleggeriscono gli oggetti; quindi, tutto ciò che è montato su qualcosa che deve muoversi, un macchinario o una moto, ne trae un grande vantaggio, che si può anche monetizzare.

Parliamo della tecnologia in se. Qual è la situazione attuale della stampa 3D in termini di innovazione che riesce a portare?

Va puntualizzato che noi ci occupiamo di stampa industriale, che è un segmento di mercato molto diverso rispetto alla stampa di amatoriale. La stampa 3D amatoriale ha visto un periodo di grandi aspettative che però, purtroppo, non ha portato a un’adozione globale. La stampa industriale, invece, si è sviluppata nel tempo in maniera più graduale. Oggi il mercato cresce tra il 23 e il 27% anno su anno. Il trend è quello di cercare di abbassare il costo dei materiali e, soprattutto, rendere le tecnologie sempre più efficienti, sempre più ripetibili, sempre più industriali.

Uno degli obiettivi più importanti che vedo per la stampa 3D è quello di eliminare i grandi magazzini di componenti che vengono stoccati e poi mai utilizzati. Nel momento in cui siamo in grado di produrre un componente on-demand, possiamo quasi non avere più pezzi di ricambio stoccati. Quindi, si riducono enormemente gli sprechi. Questo è uno dei trend che spero si affermerà in futuro; in parte c’è già, ma si deve ancora sviluppare molto.

Secondo lei stiamo davvero passando dalla prototipizzazione alla produzione? D’altra parte però, in un paese come il nostro, che vive di design, a volte fare un pezzo unico è produzione. Come si incastrano i pezzi di queso puzzle?

La stampa, 3D è nata principalmente per fare prototipazione, e questo è un ruolo che si sente ancora suo; nel senso che si fanno ancora tanti prototipi con la stampa 3D. Tuttavia, oggi, in particolare con le stampanti industriali, si va verso la produzione. Quindi, diciamo che in alcuni casi si parte con la stampa 3D per fare il prototipo e ci si spinge a fare anche una pre-serie importante con un test sul mercato. In seguito, si industrializza la produzione con un’altra tecnologia più tradizionale, come può essere uno stampo a iniezione.

A volte, invece, in particolare in Italia, l’ultimo passaggio non avviene e si va direttamente in produzione con la stampa 3D. Può essere il caso di apparati medicali dove alcuni componenti devono essere personalizzati o di pezzi con geometrie veramente complesse, che risulterebbero troppo costosi da produrre in maniera tradizionale. Quindi, a volte, diventa conveniente andare direttamente in produzione con la stampa 3D.

In questi casi, il grosso vantaggio è che non occorre fare un passaggio di tecnologia e il prototipo è già il pezzo finale. Inoltre, si ha la possibilità di uscire sul mercato in tempi molto brevi e si può correggere il tiro. Nel momento in cui si va sul mercato, si può utilizzare il feedback ricevuto per fare una versione diversa. Questa nuova versione potrebbe essere pensata per un paese con una cultura diversa oppure per correggere un difetto estetico o meccanico. In entrambi i casi abbiamo subito a disposizione un nuovo modello e siamo più competitivi. Pertanto, sono tutti vantaggi da considerare.

Posso chiederle qual è il pezzo unico più strano che avete mai stampato?

Non è un risposta facile, ma credo che siano dei cervelli. Servivano a un medico che doveva tenere una lezione a dei chirurghi asiatici su un tipo di intervento chirurgico al cervello. Serviva spiegare loro come intervenire su un cervello affetto da una specifica tipologia di tumore. Quindi, abbiamo stampato in 3D il modello a partire dalla TAC di un paziente malato e loro si sono potuti esercitare.

Se pensiamo al mondo dell’editoria, oramai funziona tutto come print-on-demand. C’è un futuro simile anche per la stampa 3D come la vediamo oggi?

Diciamo che il tema è proprio quello del Digital Inventory a cui già accennavamo prima. Ovvero, sfruttare la Additive Manufacturing per azzerare i magazzini fisici. E se non azzerarli, almeno ridurli.

Quello che dobremmo fare è dotarci di un magazzino digitale di file, magari anche parametrizzati, che è possibile modificare secondo le indicazioni degli ingegneri e del mercato. Quindi, di base, non abbiamo più solo un modello possibile in magazzino, ma tantissimi; potenzialmente infiniti. Inoltre, siamo in grado di realizzare le parti on-demand evitando gli sprechi. Perché quando un prodotto va fuori mercato ci si può trovare con dei magazzini pieni di parti di ricambio che devono essere smaltite,

Infine, se dobbiamo fare manutenzione a qualcosa ormai fuori produzione, come macchinari o anche automobili d’epoca, l’Additive Manufacturing ci viene in aiuto. Il fatto di avere semplicemente dei file è estremamente strategico, perché quando si rompe un componente lo si può semplicemente stampare.

L’altro aspetto interessante dell’Additive Manufacturing è l’altissimo livello di personalizzazione che ci permette di ottenere. Personalizzazione per un apparecchiatura, ma anche per una persona a partire da una scansione. Per esempio, abbiamo fatto un progetto di personalizzazione per il mondo del canottaggio. È venuta da noi una campionessa olimpica di canottaggio che aveva dolore nel sedersi sul suo carrellino per una questione di allineamento delle vertebre. Abbiamo preso il calco della seduta e ri-progettato il carrellino sulla base delle sue misure. Il risultato è stato che il dolore si è ridotto da otto su dieci a tre su dieci. Quindi lei ha potuto ricominciare gli allenamenti e puntare di nuovo alle Olimpiadi di Tokyo.

A quali altri ambiti avete applicato la tecnologia della stampa 3D?

Noi lavoriamo in molti settori diversi. Questa è sicuramente un aspetto positivo del nostro del nostro lavoro. I nostri ingegneri portano le competenze sulle tecnologie e, ovviamente, devono sfruttare le competenze dei nostri clienti, specifiche sulla loro industria.

Settori in cui noi lavoriamo sono, per esempio, l’automazione. Stiamo collaborando con Omron per il robot che sfida le persone al gioco della dama e che si può vedere oggi dell’Expo dell’imPOSSIBILE. Abbiamo fatto diverse parti funzionali alla collaborazione tra robot e personale umano in una linea di produzione.

Lavoriamo anche con il settore dell’automotive, con quello del motorsport, il biomedicale e, ultimamente, parecchio con quello della moda. Quest’ultimo è un mondo molto particolare e molto veloce, che però ci sta dando delle grandi soddisfazioni. Stiamo effettivamente sfruttando l’Additive Manufacturing e i materiali di cui noi siamo esperti per creare delle calzature di moda.

Per concludere, secondo lei, quali sono le sfide principali che il settore della stampa 3D dovrà affrontare nei prossimi anni?

Il futuro ci riserva innanzitutto una una sfida sul tema dell’industrializzazione. La stampa di oggi sta uscendo dalla sua nicchia di prototipazione e sta entrando davvero nella produzione. Questo significa che i nostri ingegneri stanno lavorando molto per rendere il processo davvero industrializzato.

Questo significa ottenere ripetibilità e una produzione stabile. Inoltre, tanti test per verificare che l’oggetto prodotto sia consono all’utilizzo che poi ne verrà fatto una volta in produzione. Questo perché conosciamo già molto bene le caratteristiche del materiale ma a volte l’uso è proprio molto specifico. Bisogna andare in profondità e caratterizzare il comportamento del materiale nelle specifiche condizioni di utilizzo, che a volte sono piuttosto estreme.

La sfida è salire con i numeri. Oggi si possono realizzare progetti piccoli e, con una macchina, produrre migliaia di parti anche in un giorno. L’obiettivo è aumentare la produzione, e quindi anche ridurre i costi; sviluppare nuovi materiali e diventare sempre più veloci, sempre più efficaci. Questo, oltre che sviluppare il concetto del Digital Inventory di cui parlavamo prima.

Quindi, nel futuro ci potrebbero esserci degli stabilimenti in grado di produrre qualunque cosa usando uno specifico materiale?

Questo è già parzialmente realtà, nel senso che ci sono delle fabbriche che realizzano parti solo con stampa in 3D e vanno sul mercato. Non credo però che la stampa 3D soppianterà i macchinari più tradizionali nel breve e neanche nel medio periodo. Più probabile avvenga sul lungo periodo.

Quello che vedo è sicuramente una bella commistione. Ci sono a volte limiti dei macchinari tradizionali che possono essere superati dalla stampa 3D e a volte sono i macchinari tradizionali che vengono in aiuto della stampa 3D con una rifinitura superficiale o una una ripresa delle tolleranze, per fare in modo che la stampa 3D possa andare oltre le sue capacità.

Come redazione ringraziamo molto Martina Ballerio di Elmec 3D per averci illustrato il suo punto di vista e chiarito una serie di dubbi sulla stampa 3D industriale. Il quadro che ne è emerso è quello di un mercato estremamente dinamico e attivo, ma anche di un ambito industriale che sta ancora definendo i suoi bordi. C’è ancora molta strada da fare ma la via da percorrere, almeno per Elmec, pare essere tracciata con precisione.

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