Come l’industria automobilistica utilizza la stampa 3D

Potresti avere familiarità con la stampa 3D, nota anche come “produzione additiva”. È una tecnologia in circolazione dagli anni ’90 e utilizza la progettazione assistita da computer (CAD) e un filamento di plastica per aggiungere materiale strato per strato e produrre un oggetto tridimensionale.

Questo processo, noto anche come fabbricazione di filamenti fusi o modellazione a deposizione fusa, è eccellente per produrre un prototipo che ha dettagli e contorni che altrimenti sarebbero difficili da duplicare. Ancora meglio, rende molto più semplice per ingegneri e designer incorporare piccole modifiche e revisioni in un prototipo di ultima generazione. Questo tipo di flessibilità riduce i tempi e le spese dell’intero ciclo di produzione.

Le prime applicazioni della stampa 3D sono state utilizzate principalmente per la produzione di prototipi per la produzione, impiegando molto tempo per quello che altrimenti sarebbe un processo complesso. Questi prototipi potrebbero variare da un dispositivo di fissaggio o una clip a una maniglia della porta, un collettore di aspirazione o un intero cruscotto. Essere in grado di rivedere e produrre rapidamente un altro prototipo è un grosso problema, perché chiudere una linea di produzione anche per un’ora costa un sacco di soldi. I primi modelli 3D, tuttavia, tendevano ad essere più delicati a causa dei loro materiali e non potevano resistere a un uso ripetuto.

L’industria aerospaziale utilizza da anni la stampa 3D metallica, per i suoi vantaggi in termini di costi ed efficienza e la sua facilità nel lavorare con materiali come leghe o titanio. Poiché i numeri di produzione di parti e sistemi automobilistici sono maggiori, l’industria automobilistica è rimasta indietro nel campo. La stampa 3D è ancora utilizzata più per utensili e stampi e configurazioni piuttosto che per la produzione effettiva di parti.

Ma sta iniziando a cambiare.

USI AUTOMOTIVE DELLA STAMPA 3D

Una console centrale stampata in 3d. Fonte | Guado

Ora la tecnologia si è evoluta e stanno diventando disponibili stampanti più convenienti e accurate, l’industria automobilistica sta adottando la stampa 3D. Ecco solo alcuni esempi di come può essere un punto di svolta:

  • Produzione più rapida di modelli in scala completamente dettagliati per i test aerodinamici
  • Produzione più semplice di strumenti, impugnature e maschere utilizzati altrove nel processo di produzione
  • La prototipazione interna significa un controllo più stretto sulla proprietà intellettuale
  • Produzione end-to-end di parti in plastica, piuttosto che tramite stampaggio, fusione o CNC

La stampa 3D può essere eseguita anche con metalli, utilizzando polvere metallica e un processo di sinterizzazione. La sinterizzazione è ciò che accade quando un materiale viene riscaldato, compattato e formato senza necessariamente riscaldarlo fino al punto di fusione – pensate ai cubetti di ghiaccio che si fondono tra loro in una bevanda, a causa della differenza di temperatura tra i cubetti e l’acqua. La stampa 3D metallica ha reso possibile la produzione di parti come supporti motore o connettori senza utilizzare metodi di produzione tradizionali.

L’ESPERIENZA FORD

Ford era piuttosto avanti rispetto al gioco sulla stampa 3D. Nel lontano 1986, quando la tecnologia era ancora chiamata “stereolitografia”, l’azienda acquistò la terza stampante 3D industriale mai realizzata.

All’Advanced Manufacturing Center di Ford a Redford, Michigan, i robot di produzione collaborativa e le stampanti 3D comunicano tra loro e con i loro operatori umani ogni giorno. A Redford, Ford utilizza anche la realtà virtuale e la realtà aumentata per risolvere problemi come la disposizione degli impianti e il flusso di produzione.

I contatori di fagioli di Ford hanno scoperto che la stampa 3D consente effettivamente loro di produrre alcune parti per la Mustang Shelby GT500 a un costo inferiore. Ford ha investito 4,5 miliardi di dollari nella stampa 3D come parte di un pacchetto completo di aggiornamento della tecnologia di produzione avanzata. Recentemente, Ford ha annunciato di aver stampato in 3D la parte metallica più grande mai realizzata nel settore automobilistico: un collettore di aspirazione personalizzato ad alta prestazione per un F150 del ’77, stampato utilizzando un materiale in lega di alluminio in polvere. Il collettore aveva una complessa struttura simile a una ragnatela nelle guide e nei passaggi interni, che sarebbe stato quasi impossibile da eseguire con metodi di produzione vecchio stile.

L’azienda ha persino stampato in 3D utensili manuali personalizzati progettati per attività molto specifiche nello stabilimento. Meglio ancora, Ford prevede vantaggi a valle come le officine dei concessionari dotate di stampanti 3D in grado di produrre parti di ricambio in loco, risparmiando tempo e denaro e software che i proprietari possono scaricare per stampare le proprie parti personalizzate.

L’ESPERIENZA MICHELIN

I pneumatici, ovviamente, vengono prodotti in stampi. Gli stampi devono essere in grado di produrre pneumatici che soddisfano standard precisi e tolleranze strette. Soprattutto nel caso degli pneumatici invernali, il “battistrada negativo” dello stampo ha un complesso disegno di scanalature e lamelle, fessure sottili come rasoi che sono progettate per aggiungere migliaia di superfici graffianti alla faccia del battistrada del pneumatico. I fori e le valvole di sfiato devono essere tenuti in considerazione nella progettazione dello stampo e per decenni questi stampi hanno dovuto essere prodotti mediante un processo di colata in sabbia. È stato un metodo in più fasi, impegnativo e dispendioso in termini di tempo che, negli anni successivi, ha comportato l’utilizzo della tecnologia CNC per tagliare un modello dello stampo in legno, quindi un altro in gesso.

Michelin ha ora eliminato le fasi di colata in sabbia e utilizza invece la stampa 3D in metallo per produrre questi stampi di produzione complessi. A partire dal 2015, Michelin ha collaborato con Fives, uno dei principali produttori di macchinari industriali, e ha fondato AddUp. AddUp funge da incubatore per la ricerca e la produzione, controllando e gestendo il processo dalle materie prime al prodotto finito. Hanno anche portato la loro esperienza in campi diversi come aerospaziale e dispositivi medici, così come la produzione di pneumatici Michelin.

L’impegno di Michelin per la produzione avanzata e la stampa 3D va molto oltre rispetto ai pneumatici convenzionali. Il loro pneumatico airless Vision, che ha debuttato come proof-of-concept nel 2017, ha una struttura palmata “spugnosa” che sarebbe molto difficile da produrre con metodi convenzionali ed è progettato per la produzione di stampa 3D.

Guarda la visione futuristica di Michelin su come dovrebbero essere gli pneumatici.

Lo pneumatico Vision è inoltre progettato pensando alla sostenibilità. I suoi composti di gomma includono cose come scorza d’arancia, melassa, oli di agrumi e pneumatici in polvere riciclati. Con i partner, Michelin sta lavorando a modi per incorporare materiali come acciaio, carta e persino fieno negli pneumatici. La visione dell’azienda per il pneumatico Vision include sensori per la diagnostica o la gestione della flotta e stampanti 3D nei negozi di pneumatici che possono imprimere un nuovo disegno del battistrada sul pneumatico per l’uso invernale o per un “ricostruito”.

ALCUNE COSE SONO ANCORA IN TRAFFICO

La produzione si riduce ancora a decisioni in dollari e centesimi e ci sono preoccupazioni su cose come costi irrecuperabili e tempo di ciclo rispetto alle apparecchiature già installate, pagate e ammortizzate. L’adozione diffusa del 3D imposterà anche il livello più alto per la formazione, poiché i lavoratori avranno bisogno di un set aggiornato di competenze di produzione avanzate per lavorare con il software.

Alla luce di ciò, la stampa 3D mostra davvero molte promesse per i produttori aftermarket che producono piccoli volumi di parti specializzate (si pensi ai fornitori aftermarket per restauri di Chevrolet della metà degli anni ’50). Ha senso soprattutto per i veicoli in cui la fornitura OEM di tali parti si è esaurita molto tempo fa. Utilizzando la scansione digitale, una parte può essere modellata, decodificata e quindi riprodotta fino all’ultimo dettaglio. È anche un’ottima soluzione per parti che sarebbero molto difficili e costose da produrre in qualsiasi altro modo, come questa pinza freno monoblocco a 8 pistoncini per Bugatti. Prodotta in titanio, la pinza è più robusta e molto più leggera di un’unità in acciaio o alluminio.

L’accattivante pinza del freno stampata in 3D di Bugatti | Bugatti
Tuttavia, ci sono nuovi materiali come le plastiche avanzate (compresi i materiali resistenti al calore) e i polimeri rinforzati con fibra di carbonio che offrono un grande potenziale per la produzione 3D di grandi volumi. Questi materiali possono anche offrire vantaggi ambientali e peso ridotto per le parti. Insieme a una maggiore capacità di elaborazione più veloce, apparecchiature a basso costo e software migliorato, è probabile che dietro le quinte succedano molte cose di cui non siamo ancora a conoscenza. Probabilmente siamo a pochi anni da un’auto prodotta in serie e completamente stampata in 3D su scala di mercato, ma le possibilità sono piuttosto allettanti.

Cosa ne pensate della stampa 3D di parti di automobili? Fateci sapere nei commenti.

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