Una versione di questo articolo è stata originariamente pubblicata su Forbes.
La tecnologia FDM ha già dimostrato di essere in grado di realizzare il componente. La domanda più complessa che si pone oggi in ambito produttivo è se sia possibile dimostrare che ogni componente che esce dalla stampante soddisfi i requisiti, superi la certificazione e sia comunque economicamente vantaggioso. Rispondere a questa domanda in modo digitale è il compito del software di simulazione FDM, che funziona solo se la simulazione comprende come il componente viene effettivamente stampato.
Questo articolo esamina perché la qualificazione dei componenti stampati sia così costosa, perché la simulazione generica non colga gli aspetti fondamentali della tecnologia FDM e cosa possano fare ora i responsabili della produzione per trasferire i componenti dal laboratorio di prototipazione a una produzione affidabile.
Secondo Wohlers Associates, il fatturato globale della produzione additiva ha raggiunto i 24,2 miliardi di dollari nel 2025, con un tasso di crescita del 10,9%. Si tratta di un leggero aumento rispetto al 2024, ma comunque ben al di sotto dei tassi superiori al 20% registrati dal settore prima della pandemia. Il segnale più significativo è la provenienza della crescita: i servizi di stampa, ovvero le aziende che producono effettivamente i componenti, rappresentano ora il 48% del fatturato del settore e hanno registrato una crescita del 15,5%, mentre le vendite di sistemi sono aumentate del 3,6%.
Il valore si sta spostando verso la produzione. Il prossimo capitolo del settore dipenderà meno dalla vendita di un maggior numero di stampanti e più dall’affidabilità dei componenti prodotti da tali stampanti.
Per le applicazioni critiche in termini di sicurezza, la fiducia ha un costo intrinseco. Il NIST sottolinea che la qualificazione completa di un materiale attraverso test empirici approfonditi richiede spesso molte migliaia di prove singole, milioni di dollari e da 5 a 15 anni. Di fronte a tale onere, molte aziende manifatturiere limitano l’uso della produzione additiva al laboratorio di prototipazione, dove gli errori hanno un costo contenuto e nessuno pone domande scomode sulla storia di un componente.
Le stampanti sono raramente il collo di bottiglia. I moderni sistemi FDM sono più efficienti dei flussi di lavoro che li circondano. Una produzione affidabile richiede che ogni fase informi quella successiva: progettazione, definizione del processo, costruzione, ispezione, prestazioni e costo. Nella maggior parte delle organizzazioni, queste fasi risiedono in strumenti separati, e ogni passaggio di consegne tra di essi rappresenta un punto in cui la fiducia viene meno.
La simulazione ne è un chiaro esempio. Se si simula una parte FDM senza conoscerne l’effettivo percorso utensile, si sta prevedendo il comportamento di una parte che potrebbe non essere mai realizzata. Quando i modelli digitali non sono affidabili, l’unica alternativa è ricorrere a test fisici lenti e distruttivi, oppure sovradimensionare la parte per compensare ciò che la simulazione non è in grado di rilevare.
Nella lavorazione convenzionale, un pezzo nasce da una billetta certificata e le proprietà dei materiali vengono gestite separatamente dalla sua geometria. La produzione additiva funziona in modo diverso. Il materiale viene creato nello stesso momento in cui viene definita la geometria, ed è il percorso utensile a determinare entrambi.
Il programma di test fisici di Novineer, che ha completato oltre 700 prove nell’ambito di una validazione che ne prevede 1.500, dimostra quanto questo sia importante. Due pezzi con geometria e materia prima identiche, stampati sulla stessa macchina e caricati allo stesso modo, possono presentare una deflessione fino a sei volte diversa a seconda del solo percorso utensile utilizzato per realizzarli. Qualsiasi simulazione che separi il processo dal materiale risulterà strutturalmente errata.
Un modo per immaginarlo: un pezzo stampato ha un’anatomia (la sua geometria) e una fisiologia (il suo materiale). Ha anche un sistema nervoso, il percorso utensile, che definisce come il pezzo viene formato strato dopo strato e, insieme alla sua storia termica, come si comporta sotto carico. Ecco perché la simulazione del percorso utensile è molto più importante per la tecnologia FDM rispetto all’analisi basata esclusivamente sulla geometria.
Quando i modelli di simulazione convalidati tramite test fisici sono collegati al percorso utensile effettivo e al registro di costruzione, le prove si trasferiscono da un pezzo all’altro. La qualificazione diventa una risorsa che si accumula, anziché un costo che si ripete ogni volta che cambia un parametro.
NoviPath è stato sviluppato da Novineer per colmare questa lacuna a beneficio degli utenti Stratasys. Anziché simulare un solido idealizzato, simula il pezzo così come verrà effettivamente stampato, utilizzando il percorso utensile reale, l’orientamento degli strati, il materiale e i dati della stampante trasmessi direttamente da GrabCAD Print Pro, senza necessità di esportazione.
Il flusso di lavoro si articola in quattro fasi: apertura del lavoro da GrabCAD Print Pro, che trasmette a NoviPath la geometria, il percorso utensile, il materiale e i dati della stampante; applicare carichi puntuali, carichi di area e vincoli di attrezzaggio; risolvere, con NoviPath che mappa in pochi minuti l’orientamento del filamento, variabile localmente, sul pezzo; quindi esaminare i punti di massima sollecitazione, lo spostamento e il punto di rottura previsto in un report automatico.
Risultati convalidati tramite prove distruttive in laboratorio:
NoviPath supporta le stampanti Stratasys F900, Fortus 450mc e F3300, con parametri pre-convalidati per ULTEM 9085, Antero 800NA e FDM Nylon 12CF. È ora disponibile come aggiornamento per i clienti di GrabCAD Print Pro e non è richiesta alcuna carta di credito per avviare una prova.
Per una guida più approfondita al metodo, leggi il nostro precedente articolo sulla simulazione della produzione additiva per FDM.
Per i responsabili delle aziende manifatturiere che stanno valutando l’utilizzo della Stampa 3D per la produzione, tre priorità risaltano in modo particolare:
La produzione non perdonerà i pezzi privi di memoria. Prima o poi, un cliente chiederà la documentazione relativa a un pezzo. La domanda è: ne avrete una da fornirgli?
Il software di simulazione FDM prevede come si comporterà sotto carico una parte FDM prima che venga stampata. Gli strumenti più accurati utilizzano il percorso utensile effettivo e i dati reali del materiale, poiché le parti FDM si comportano in modo diverso a seconda di come viene depositato il materiale.
Gli strumenti FEA generici come ANSYS e Abaqus simulano il pezzo come un solido omogeneo, quindi il percorso utensile non viene mai integrato nel modello. NoviPath implementa il percorso utensile effettivo proveniente da GrabCAD Print Pro e mappa l’orientamento del filamento, che varia localmente, sul pezzo, in modo che la rigidità e la resistenza di ogni regione seguano il modo in cui il materiale è stato depositato. I dati vengono trasferiti direttamente da GrabCAD Print Pro.
Nella tecnologia FDM, il percorso utensile determina come viene depositato il materiale, il che influisce direttamente sulla resistenza e sulla rigidità. Pezzi con geometria identica possono comportarsi in modo molto diverso a seconda del loro percorso utensile, quindi una simulazione basata sul percorso utensile reale fornisce previsioni molto più affidabili rispetto a un'analisi basata esclusivamente sulla geometria.
La simulazione convalidata tramite test fisici consente agli ingegneri di verificare prima digitalmente i requisiti strutturali, riducendo i cicli di test fisici e riservando le prove distruttive alla certificazione finale. Riduce inoltre il sovradimensionamento, poiché i team non devono più aumentare lo spessore delle pareti e il riempimento per coprire le incertezze.
È necessario un abbonamento attivo a GrabCAD Print Pro e una stampante FDM Stratasys supportata (F900, Fortus 450mc o F3300) per generare esportazioni di percorsi utensile compatibili. È possibile avviare una prova senza bisogno di una carta di credito.
Prova NoviPath con GrabCAD Print Pro e scopri dove il tuo pezzo si romperà e a quale carico, prima ancora che raggiunga il volume di stampa. Registrati per la tua prova gratuita
Preferisci una guida passo passo? Rivolgiti a un esperto.
