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08/10/2015

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Stampa 3D e industria automobilistica

Tante esperienze, quando bisogna costruire oggetti complessi, con cavità, curve e canali

La stampa 3D è utilizzata già da una trentina di anni nell’industria automobilistica per la produzione di alcuni componenti, soprattutto in fase di prototipazione e verifica dei progetti, e per la creazione di progetti dimostrativi difficilmente stampabili con prezzi contenuti e di parti funzionanti usate nei test di veicoli e motori. Negli ultimi due anni, la stampa 3D è diventata una necessità assoluta per lo sviluppo di nuovi modelli e tutti i maggiori produttori di veicoli ne hanno intensificato ed esteso l’uso, anche per realizzare stampi e utensili speciali, e iniziano ora a utilizzarla nei processi produttivi. È molto usata nel racing, dove permette di ottenere pezzi più leggeri.

Il ricorso alla stampa è fondamentale quando bisogna costruire oggetti complessi, con cavità, curve e canali che non sono ottenibili con trapani e frese se non costruendo più parti dell’oggetto per poi assemblarle. Stampare in 3D è utile quando, nonostante il costo del singolo pezzo possa essere più elevato rispetto a quello ottenuto con i metodi tradizionali, si ottengono risparmi e benefici su altri fronti. Grazie alla realizzazione interna di modelli concettuali, prototipi, attrezzature e parti finite, tecnici e progettisti possono lavorare in modo più interattivo, eseguire test più approfonditi e passare con più sicurezza alla fase di produzione.
Le stampanti 3D saranno sempre più al servizio della produzione industriale, poiché hanno il merito di semplificare il processo di montaggio, ridurre i tempi e i costi di produzione. Altro indubbio vantaggio è la possibilità di creare nuovi materiali a elevate prestazioni, sperimentando la combinazione di elementi con proprietà differenti come titanio, alluminio, nickel e acciaio. La stampa 3D dei metalli permette di realizzare componenti con un dispendio di energia e materiali notevolmente inferiore rispetto ai metodi di produzione tradizionali. A questo si aggiunge la possibilità di accorciare notevolmente il time-to-market. Si può anche usare il reverse engineering (cioè la scansione 3D dei componenti) per creare modelli e restaurare o modificare auto d'epoca o non più in produzione. L'azienda americana C.Ideas ha realizzato una replica perfetta di una Miller 91 del 1927.
Il settore automotive è uno dei principali mercati verticali della stampa 3D, che vale (a livello mondiale) circa 400 milioni di dollari nel 2015 e dovrebbe superare il miliardo di euro nel 2019 (Fonte: 'SmarTech Publishing: Additive Manufacturing Opportunities in the Automotive Industry').

Esperienze significatve
In Italia, Ferrari, Lamborghini, Ducati e Agusta hanno adottato per prime le tecnologie di stampa 3D, utilizzando in-house stampanti professionali come EOS e Stratasys e servizi di prototipizzazione rapida e manifattura additiva forniti da aziende come CPC Group, CRP Group, Energy Group ,HSL, Skorpion, Proto Service, Zare e altre per stampare parti in metallo e in plastica. Lamborghini utilizza le stampanti 3D per produrre modelli in scala e prototipi funzionali, ridurre i tempi di produzione e i costi delle sue auto, e ampliare la propria offerta. La stampa 3D ha consentito di costruire solo 9 esemplari della Veneno, per festeggiare il 50° anniversario del brand, venduti a 3 milioni di euro. Anche Ferrari ha commercializzato solo 10 esemplari del suo modello F60 America, per celebrare i 60 anni della fondazione della sua prima filiale negli Stati Uniti.
La stampa 3D è entrata in modo significativo anche nel mondo delle corse. Già nel 2012 il team Australian V8 Supercar di Nissan Motorsports riuscì ad apportare nel giro di poche settimane significative modifiche al sistema di raffreddamento e all’aerodinamica utilizzando la stampa 3D con la collaborazione di Evok3D, ora utilizzata dalla maggior parte delle scuderie di Formula 1. Oltre che nelle vetture di lusso e nelle auto sportive, la stampa 3D è utilizzata nella produzione di particolari personalizzati di auto di serie, come pomelli della leva del cambio, cruscotti e altri particolari. Tutti i principali processi di stampa 3D con i polimeri e con i metalli sono già utilizzati da anni nell'industria automobilistica per produrre prototipi di componenti, motori, scocche. La vera novità è che ora la manifattura additiva ha abbattuto i costi e raggiunto velocità di produzione tali da poter essere implementata sempre più spesso anche per piccole serie di parti, componenti e accessori destinati all'utilizzo finale. Per esempio, Fiat Chrysler (FCA) usa la stampa 3D anche per realizzare modelli di plastica trasparente del sistema di lubrificazione per verificare il flusso dell’olio nel motore, ed è il principale cliente del service di stampa 3D di 3D Systems Italia a Pinerolo. Nei suoi centri di additive manufacturing, Ford utilizza la stampa 3D dal 2006, quando presentò la Ford GT Heritage Edition per celebrare il suo 100° anniversario. Produce fino a 100.000 componenti stampati in 3D all'anno e la sua implementazione per componenti finali in prototipi e concept car. In Germania, BMW, Audi, VW e Mercedes utilizzano da anni la stampa 3D. Anche Opel utilizza una quarantina di stampanti 3D per realizzare utensili di assemblaggio che servono alla produzione dei veicoli e pesano circa il 70% in meno di quelli tradizionali. 
Peugeot usa la stampa 3D nella nuova Concept Car Fractal.

Stampa 3D anche per le parti di ricambio
Un altro importante mercato è quello delle parti di ricambio a bassa rotazione o di veicoli non più in produzione, con particolare riguardo a quelle di ridotte dimensioni e notevole complessità. Per esempio, la startup italiana Musp Garages utilizza la stampa 3D per produrre parti meccaniche di auto storiche non più reperibili sul mercato e fornisce parti di ricambio costruite con produzione additiva associata a processi di microfonderia. La società di consulenza Carlisle prevede che nel giro di pochi anni sarà possibile e conveniente stampare on-demand il 30% delle parti di ricambio. Questo darà un sostanziale contributo per semplificare la gestione delle parti di ricambio e ridurre significativamente le dimensioni dei magazzini ricambi. Iniziano ad apparire anche auto con la scocca interamente realizzata tramite stampa 3D. La prima è stata la concept car canadese Urbee nel 2011, la seconda la Strati della Local Motors 3D, stampata in sole 44 ore durante l'International Manufacturing Technology Show di Chicago nel settembre 2014. La startup di San Francisco Divergent Microfactories ha realizzato tramite stampa 3D Blade, una supercar da 700 cavalli alimentata a metano e a benzina che pesa appena 635 kg. e fa parte di un più grande progetto per ridurre radicalmente l'utilizzo di risorse e l'inquinamento generati dalla produzione e rendere la produzione di auto in micro-fabbriche economicamente sostenibile. L'elemento caratterizzante di Blade è la tecnologia proprietaria Node: una struttura in alluminio stampata in 3D che permette di connettere elementi in fibra di carbonio che costituiscono il telaio. Divergent Microfactories venderà un numero ristretto di esemplari, che saranno costruiti nella sua micro-fabbrica. Anche l'azienda cinese Sanya Si Hai 3D ha presentato Shuya una minicar a trazione elettrica realizzata con la stampa 3D, che raggiunge la velocità di 40 km/h, pesa 500 Kg e costa circa 1.700 dollari. 

(Nella foto: La supercar Blade sviluppata dalla startup Divergent Microfactories)

 

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