30 anni fa ho intrapreso un percorso per portare la Stampa 3D dalla prototipazione alla produzione. La mia analisi economica iniziale del 1999, che metteva a confronto la Stampa 3D con lo stampaggio a iniezione, mi ha portato a depositare nel 2003 i brevetti originali per la fusione su letto di polvere polimerica (PPBF) basata sul principio “stampa e fusione”. La mia visione era chiara: eliminare i laser dalla PPBF per consentire una produzione scalabile.
Nel corso di questi 30 anni, la fusione su letto di polvere polimerica (PPBF) si è evoluta da un’entusiasmante tecnologia di prototipazione a un vero e proprio processo di produzione, proprio come avevo immaginato. Oggi vediamo applicazioni produttive in settori che spaziano dall’automotive ai Beni di consumo, supportate da un ecosistema sempre più diversificato di aziende manifatturiere e fornitori di materiali.
Questo è esattamente ciò che speravo di vedere quando ho sviluppato per la prima volta la fusione a letto di polvere basata su testina di stampa. Il settore è maturato, l’innovazione sta accelerando e i clienti hanno ora più scelta che mai.
L’evoluzione della tecnologia PPBF è stata affascinante.
I sistemi basati sul laser hanno gettato le basi del settore e continuano a offrire soluzioni di prototipazione e vantaggi per applicazioni specialistiche con materiali avanzati. Il PBF basato su testina di stampa, nel frattempo, sta realizzando il mio intento originario: consentire una produzione ad alto volume con un costo per pezzo inferiore e un processo di produzione scalabile.
Vedere che diversi fornitori stanno ora sviluppando diverse versioni della tecnologia PPBF basata su testine di stampa — tra cui SAF®, HP Multi Jet Fusion (MJF) e voxeljet High Speed Sintering (HSS) — è gratificante ed è esattamente ciò che speravo di vedere quando ho depositato i brevetti originali relativi alla stampa e alla fusione nel 2003. Insieme, queste tecnologie hanno dato vita a un mercato che ha generato un fatturato ben superiore a 1 miliardo di dollari USA, a dimostrazione dell’impatto duraturo della tecnologia PPBF basata su testina di stampa.
Man mano che la tecnologia PPBF entra a pieno titolo nella fase produttiva, un aspetto è diventato sempre più evidente: la produzione consiste sempre nel trovare un equilibrio tra diversi compromessi.
Nel caso del PPBF, fattori quali la densità di nesting, il rapporto di ricambio della polvere, la velocità di costruzione e la qualità dei pezzi sono tutti interconnessi. Aumentare la densità di nesting può ridurre il costo per pezzo. Aumentare la percentuale di polvere riciclata può abbassare i costi dei materiali. Tuttavia, entrambi questi fattori possono anche influire sulla precisione dimensionale, sulle prestazioni meccaniche e sulla qualità delle superfici se il processo non viene controllato con attenzione.
Non esiste un’unica impostazione in grado di massimizzare contemporaneamente tutti i parametri prestazionali. Comprendere questi compromessi è ciò che distingue una produzione di successo da semplici dimostrazioni di effetto.
Questo aiuta a spiegare perché la tecnologia SAF sia stata sempre più adottata per la produzione in serie. La tecnologia SAF comporta i compromessi sopra descritti, ma ne è meno soggetta, poiché evita l’uso di laser a scansione rapida o di fluidi di raffreddamento sul letto di stampa, entrambi responsabili di difetti superficiali quali l’effetto “buccia d’arancia” e la “pelle d’elefante”.
Ecco perché le affermazioni di marketing dovrebbero sempre essere considerate nel loro contesto.
È del tutto possibile presentare un pezzo dimostrativo dall’aspetto eccellente, prodotto a bassa densità di nesting e con un elevato contenuto di polvere vergine, mostrando al contempo presentazioni con volumi di stampa altamente ottimizzati in termini di nesting, ma senza mostrare i pezzi fisici risultanti da tali volumi di stampa. A meno che tali risultati non siano stati raggiunti contemporaneamente, i clienti non vedono il quadro completo.
La domanda importante non è se una macchina sia in grado di produrre un pezzo eccezionale.
La domanda importante è se sia in grado di produrre quella stessa qualità in modo ripetibile, a densità di nesting di produzione, utilizzando strategie realistiche di riciclaggio della polvere, ogni giorno.
Questa è l'azienda manifatturiera.
Lo stesso ragionamento vale per l’aspetto economico. Il prezzo di acquisto è solo una parte dell’equazione. Il costo totale di proprietà dipende dalla densità di nesting, dal rapporto di ricambio della polvere, dalla manodopera, dalla resa e, soprattutto, dalla qualità dei pezzi. Produrre pezzi di bassa qualità che devono essere scartati o rilavorati è uno dei modi più rapidi per aumentare il costo per pezzo.
Ecco perché le affermazioni di marketing dovrebbero sempre essere considerate nel loro contesto.
È del tutto possibile presentare un pezzo dimostrativo dall’aspetto eccellente, prodotto con una bassa densità di nesting e un elevato contenuto di polvere vergine, mostrando al contempo presentazioni relative a volumi di stampa con un nesting elevato, ma senza mostrare i pezzi fisici risultanti da tali volumi di stampa. A meno che tali risultati non siano stati ottenuti contemporaneamente, i clienti non hanno una visione completa della situazione.
La domanda importante non è se una macchina sia in grado di produrre un pezzo eccezionale.
La domanda fondamentale è se sia in grado di produrre quella stessa qualità in modo ripetibile, alle densità di nesting di produzione, utilizzando strategie realistiche di riciclaggio della polvere, ogni giorno.
Questa è la produzione delle aziende manifatturiere.
Lo stesso ragionamento vale per l’aspetto economico. Il prezzo di acquisto è solo una parte dell’equazione. Il costo totale di proprietà dipende dalla densità di nesting, dal rapporto di ricambio della polvere, dalla manodopera, dalla resa e, soprattutto, dalla qualità dei pezzi. Produrre pezzi di bassa qualità che devono essere scartati o rilavorati è uno dei modi più rapidi per aumentare il costo per pezzo.
Quando abbiamo sviluppato la tecnologia SAF, abbiamo riconosciuto fin dall’inizio questi compromessi. Anziché pubblicare dati isolati sulle prestazioni, volevamo che i clienti capissero come la tecnologia si comporta in condizioni di produzione reali. Non abbiamo nascosto i compromessi.
Ecco perché le nostre schede tecniche iniziali sui materiali includevano dati provenienti da oltre 30 stampazioni, più di 1.000 provini di trazione, realizzati nell’intero Volume di costruzione su più macchine e in diversi siti produttivi.
Ancora più importante, abbiamo misurato deliberatamente le prestazioni meccaniche, la precisione dimensionale e l’estetica utilizzando parti provenienti dal medesimo volume di stampa. Gli utenti esperti della fusione a letto di polvere sanno che l’ottimizzazione di una caratteristica, come la resistenza del pezzo, può spesso compromettere un’altra caratteristica, come la precisione. Purtroppo è stato comune per i fornitori di macchine citare le proprietà meccaniche di un volume di stampa e la precisione di un altro. Ritenevamo che i nostri clienti meritassero dati che riflettessero quei reali compromessi ingegneristici piuttosto che risultati idealizzati relativi a singoli punti.
Questa filosofia di trasparenza ha contribuito a instaurare fiducia in ambienti di produzione esigenti, dove la costanza conta molto di più delle prestazioni di picco isolate.
Oggi la tecnologia SAF viene impiegata nella produzione industriale, comprese le applicazioni nel settore automobilistico, dove i macchinari funzionano 24 ore su 24 per fornire componenti destinati all’uso finale alle linee di produzione.
In questi contesti, il successo non si misura in base a un pezzo dimostrativo o a una specifica tecnica di punta, bensì in termini di ripetibilità, rese prevedibili e certezza che ogni volume di stampa garantirà la qualità richiesta.
Man mano che il nostro settore continua a crescere, credo che tutti noi abbiamo la responsabilità di presentare la tecnologia in modo onesto e trasparente. Il futuro del PPBF è eccezionalmente brillante, con numerosi fornitori che introducono sul mercato diverse innovazioni. Tale diversità continuerà ad accelerarne l’adozione.
Ma i clienti dovrebbero porre domande più approfondite rispetto al passato.
A quale densità di nesting sono stati prodotti questi pezzi? Quale rapporto di ricambio della polvere è stato utilizzato? Le proprietà meccaniche, la precisione dimensionale e la finitura delle superfici pubblicate sono state tutte misurate sulle stesse stampe di produzione? Quanto sono ripetibili quei risultati nel tempo? Quanto il processo dipende dalla finitura manuale e quali sono i tempi e i costi della manodopera?
Comprendere questi compromessi è, in definitiva, molto più importante che limitarsi a confrontare le specifiche tecniche di base.
Perché le aziende manifatturiere non hanno mai avuto a che fare con la realizzazione di un singolo pezzo straordinario.
Si è sempre trattato di produrre migliaia di pezzi identici, in modo economico, prevedibile e con sicurezza. Sono orgoglioso di aver contribuito, negli ultimi 30 anni, a portare il settore al punto in cui si trova oggi e sento la responsabilità di garantire che, come settore, continuiamo a far progredire la tecnologia attraverso la trasparenza e la verifica. Soprattutto, sono entusiasta del futuro della PPBF.
