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La produzione additiva (AM), comunemente nota anche come stampa 3D industriale, è un processo che consente la creazione di oggetti tridimensionali aggiungendo materiale strato dopo strato sulla base di modelli digitali in 3D. Si tratta di un insieme di processi produttivi che realizzano parti fisiche strato dopo strato a partire dai dati di un modello 3D, a differenza dei metodi sottrattivi che rimuovono materiale da un blocco solido.
La produzione additiva comprende sette categorie di processi definite dalla norma ISO/ASTM 52900, che approfondiremo in questo articolo. Tra le sette categorie di produzione additiva, noi di MX3D utilizziamo la tecnologia ArcDED e, dal 2014, forniamo componenti in metallo realizzati con la produzione additiva su larga scala per settori quali: energia, nautica, automobilistico, difesa, arte e design e architettura, avvalendoci della tecnologia robotizzata WAAM applicata ai nostri sistemi Metal AM M1 e MX.
Definizione di produzione additiva
La produzione additiva (AM) è un insieme di processi produttivi che consentono di realizzare componenti fisici strato dopo strato a partire dai dati di un modello 3D, a differenza dei metodi sottrattivi che consistono nel ricavare forme dal materiale partendo da un blocco solido. È standardizzata dalla norma ISO/ASTM 52900, che definisce sette categorie di processi, che verranno illustrate e approfondite più avanti.
Il termine «additivo» viene utilizzato per sottolineare che si tratta di un processo che aggiunge materiale, a differenza dei metodi «sottrattivi» che lo asportano. Spesso i termini «stampa 3D», «prototipazione rapida» e «produzione digitale» vengono utilizzati per indicare la stessa cosa.
Produzione additiva vs stampa 3D: qual è la differenza?
Sebbene questi termini siano spesso usati con lo stesso significato, esiste una distinzione storica. Secondo la convenzione del settore, il termine «stampa 3D» si riferiva alla prototipazione su scrivania, mentre «produzione additiva» descriveva processi industriali su larga scala e di livello produttivo
Oggi, le norme ISO/ASTM li utilizzano come sinonimi. La distinzione pratica rimane sul posto di lavoro: gli ingegneri usano solitamente il termine generico «manifattura additiva» (AM) quando specificano componenti strutturali o di produzione, mentre «stampa 3D» rimane il termine quotidiano e più accessibile. Questo chiarisce il dubbio comune riguardo alla differenza tra stampa 3D e manifattura additiva.
Scopri altre differenze nella nostra guida " WAAM vs fusione e forgiatura".
Come funziona la produzione additiva
Indipendentemente dal materiale o dalla macchina utilizzati, il processo di produzione additiva segue generalmente un flusso di lavoro standard in cinque fasi:
Progettazione: creazione di un modello CAD o di una scansione (STEP, STL, 3MF).
Taglio / pianificazione del percorso: utilizzo di software come MetalXL WAAM per convertire la geometria in comandi macchina (G-code o equivalente).
Processo: la macchina deposita, sinterizza o polimerizza il materiale strato dopo strato, ottenendo così un pezzo completamente stampato.
Post-lavorazione: operazioni quali la rimozione dei supporti, il trattamento termico, la finitura CNC e i controlli non distruttivi.
Qualificazione: verifica della conformità del componente alle specifiche tecniche, che può comprendere controlli dimensionali, meccanici e chimici. È importante comprendere che i nostri materiali vengono qualificati in precedenza e che i componenti vengono qualificati separatamente, al fine di garantire la massima qualità.
Nota: nel caso di componenti metallici di grandi dimensioni, i passaggi da 3 a 5 presentano notevoli differenze rispetto alla stampa 3D da tavolo. I sistemi di produzione additiva industriale, come WAAM, sono celle di produzione integrate dotate di generatori di corrente per la saldatura, sistemi di movimentazione robotizzata e monitoraggio in linea.
Le 7 categorie della produzione additiva
La norma ISO/ASTM 52900 classifica la produzione additiva in sette categorie di processo distinte. Comprendere tali categorie aiuta a chiarire quale tecnologia sia più adatta a determinati materiali e applicazioni.
| Categoria | Famiglia di processi | Materiali tipici | Applicazioni comuni |
| Stampa a getto di legante (BJT) | Legante liquido su letto di polvere | Metallo, sabbia, ceramica | Stampi per fusione in sabbia, prototipi in metallo |
| Deposizione per energia diretta (DED) | L'energia concentrata fonde il materiale man mano che viene depositato | Filo metallico o polvere | Componenti di grandi dimensioni, riparazioni, rivestimenti (compreso il metodo WAAM) |
| Estrusione di materiali (MEX) | Termoplastico estruso attraverso l'ugello | Polimeri, materiali compositi | Prototipazione, componenti in polimero per uso finale |
| Stampa a getto di materiale (MJT) | Goccioline di fotopolimero indurito dai raggi UV | Fotopolimeri, cere | Prototipi altamente dettagliati, modelli medici |
| Fusione a letto di polvere (PBF) | Fusione di polveri mediante laser o fascio di elettroni | Metallo, polimero | Supporti per l'industria aerospaziale, impianti medici |
| Laminazione di fogli (SHL) | I fogli vengono accoppiati e tagliati | Carta, metallo, materiali compositi | Utensili di nicchia, componenti ibridi |
| Fotopolimerizzazione in vasca (VPP) | Resina polimerizzata con raggi UV in una vasca | Fotopolimeri | Gioielli, odontoiatria, miniature |
Binder Jetting (BJT): funziona depositando un legante liquido su un letto di polvere. È noto per la sua rapidità e viene spesso utilizzato per la realizzazione di stampi per la fusione in sabbia e prototipi metallici.
Deposizione di energia diretta (DED): utilizza energia focalizzata per fondere il materiale, come filo metallico o polvere, mentre viene depositato. Questa categoria comprende la WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing), che è una sottocategoria della DED basata sul filo. È ideale per pezzi di grandi dimensioni, riparazioni e rivestimenti. Scopri di più nella nostra guida su Cos'è il WAAM?.
Estrusione di materiale (MEX): consiste nell'estrusione di un materiale termoplastico attraverso un ugello riscaldato. È ampiamente utilizzata per la prototipazione e la realizzazione di componenti in polimero destinati all'uso finale a partire da polimeri e compositi.
Material Jetting (MJT): goccioline di fotopolimero vengono depositate e indurite istantaneamente tramite luce UV. Questa tecnica viene utilizzata per la realizzazione di prototipi altamente dettagliati e modelli medici che impiegano fotopolimeri e cere.
Fusione a letto di polvere (PBF): utilizza un raggio laser o un fascio di elettroni per fondere polveri metalliche o polimeriche. Tra le applicazioni più comuni figurano staffe per l'industria aerospaziale e impianti medici.
Laminazione di fogli (SHL): i fogli di materiale (carta, metallo o composito) vengono uniti tra loro e poi tagliati. Questo processo viene generalmente utilizzato per utensili di nicchia e componenti ibridi.
Fotopolimerizzazione in vasca (VPP): una resina fotopolimerizzabile liquida contenuta in una vasca viene indurita in modo selettivo mediante luce UV. È particolarmente apprezzata per la gioielleria, le applicazioni dentali e le miniature.
Produzione additiva vs produzione sottrattiva
La produzione additiva e quella sottrattiva sono generalmente complementari piuttosto che in concorrenza tra loro. Infatti, la maggior parte dei componenti industriali realizzati con la produzione additiva (AM) viene sottoposta a una finitura CNC sottrattiva per ottenere tolleranze finali precise. Quando si deve scegliere tra la produzione tradizionale e quella additiva, una buona regola generale è la seguente: se un componente fuso o forgiato richiede comunque una lavorazione CNC successiva, la produzione additiva rappresenta l'alternativa migliore. Ciò è dovuto soprattutto alla riduzione dei tempi di consegna.
| Fattore | Additivo | Sottrattivo |
| Punto di partenza | Modello 3D | Pezzo grezzo o blocco |
| Spreco di materiale | circa il 5-10% | 70-90% |
| Costi di attrezzaggio | €0 | Attrezzature, utensili |
| Libertà geometrica | Alto | Medio |
| Finitura superficiale | Spesso è necessaria una post-elaborazione | Ottimo stato di finitura |
| Tempi di consegna dei ricambi nuovi | Giorni | Settimane (se sono necessarie attrezzature) |
| La scelta migliore | Geometrie complesse, volumi medio-bassi | Caratteristiche di precisione, volumi elevati |
I vantaggi della produzione additiva
Sebbene la produzione additiva offra notevoli vantaggi, è importante capire in quali ambiti eccelle e in quali invece i metodi tradizionali risultano più indicati.
Vantaggi principali:
Libertà di progettazione: la produzione additiva consente l'ottimizzazione topologica, la realizzazione di canali interni e la creazione di assiemi integrati.
Riduzione degli scarti di materiale: gli scarti ammontano in genere al 5-10% nella produzione additiva, contro il 70-90% nella lavorazione CNC.
Tempi di consegna più brevi: la produzione richiede da pochi giorni a qualche settimana, rispetto ai mesi necessari per la realizzazione di stampi o matrici per la fusione o la forgiatura.
Produzione su richiesta / localizzata: elimina la dipendenza dagli stampi.
Consolidamento dei componenti: un unico pezzo stampato può sostituire gruppi composti da 250 componenti.
Riduzione del peso: ottenibile grazie all'uso di strutture a traliccio e all'ottimizzazione topologica.
Ricambi per apparecchiature obsolete: possono essere prodotti senza bisogno di stampi.
Magazzini digitali: non serve più spazio per lo stoccaggio dei pezzi di ricambio. Basta avviare una nuova stampa ogni volta che serve un nuovo pezzo.
Limiti e casi in cui l'AM non è la soluzione
I limiti variano notevolmente a seconda della famiglia di processi. Tra i limiti più comuni figurano:
La post-lavorazione è quasi sempre necessaria per i componenti industriali.
La finitura superficiale raramente eguaglia la precisione ottenuta con la lavorazione CNC direttamente dopo la stampa. Tuttavia, ciò può verificarsi anche nella produzione tradizionale.
Il processo di certificazione e qualificazione può risultare lento nei settori regolamentati o in quelli che stanno ancora adottando la tecnologia
La scelta del processo è fondamentale: ad esempio, il WAAM è indicato per componenti metallici di grandi dimensioni, il PBF è ideale per i dettagli più fini, mentre il MEX viene solitamente utilizzato per la prototipazione in polimeri.
Applicazioni industriali per settore
Le diverse categorie di produzione additiva si rivolgono a diversi settori industriali in base alle loro specifiche esigenze in termini di materiali e dimensioni:
Energia (petrolio, gas, eolico, nucleare): la microrobotica viene utilizzata per componenti sottoposti a pressioni elevate, giranti e pezzi di ricambio per infrastrutture esistenti.
Settore marittimo: Le applicazioni includono eliche, parti del timone e ricambi su richiesta per le imbarcazioni. Maggiori informazioni su WAAM nel settore marittimo.
Difesa: Utile per la produzione localizzata, staffe e leghe ad alte prestazioni.
Architettura ed edilizia: Utilizza la produzione additiva per i nodi strutturali, gli elementi di facciata e le lavorazioni metalliche su misura.
Settore automobilistico: Utilizza principalmente la produzione additiva per la prototipazione, la realizzazione di stampi e la produzione di componenti ad alte prestazioni in piccole serie.
Quale è il ruolo di WAAM nel panorama delle radio AM?
La produzione additiva ad arco con filo (WAAM) è la variante basata sull'uso del filo della deposizione diretta di energia (DED).
Quando si confrontano processi DED come il WAAM con la fusione a letto di polvere (PBF), le dimensioni e l'aspetto economico rappresentano i principali fattori di differenziazione. Il WAAM eccelle nella produzione su larga scala, essendo in grado di stampare parti che vanno da 100 mm a oltre 5x5x5 metri. Vanta velocità di deposizione comprese tra 2 e 15 kg/h, rispetto alle velocità molto più basse, tipicamente comprese tra 0,1 e 0,5 kg/h, dei sistemi PBF.
Inoltre, il processo WAAM utilizza filo per saldatura standard (dal costo di circa 5-15 € al kg), il che comporta un notevole vantaggio in termini di costo del materiale rispetto alle polveri metalliche atomizzate (50-200 € al kg).
Se un componente richiesto supera le dimensioni standard della camera di stampa PBF, se i tempi di consegna sono fondamentali o se i costi delle materie prime incidono in modo determinante sul budget, la WAAM rappresenta solitamente il processo di produzione additiva più vantaggioso dal punto di vista economico. Dal 2014 MX3D è specializzata nella fornitura di questi componenti metallici realizzati con la produzione additiva su larga scala nei settori dell'energia, marittimo, della difesa e dell'architettura.
Scopri di più sulla tecnologia WAAM che utilizziamo in MX3D e su come la applichiamo ai nostri prodotti e servizi, come la stampa su richiesta 24 ore su 24, 7 giorni su 7, con i nostri sistemi Metal AM M1 e MX.
Domande frequenti
Cos'è la produzione additiva, in parole semplici?
La produzione additiva è un metodo di produzione che consente di realizzare un componente fisico strato dopo strato a partire da un modello digitale 3D, utilizzando processi quali la fusione su letto di polvere, l'estrusione di materiale o la deposizione ad arco con filo. È il termine tecnico utilizzato per indicare ciò che comunemente viene chiamato "stampa 3D in metallo".
Qual è la differenza tra la stampa 3D e la produzione additiva?
Sebbene siano spesso usati come sinonimi, il termine "stampa 3D" si riferisce storicamente alle applicazioni desktop o di prototipazione, mentre il termine "produzione additiva" indica in genere i processi industriali a livello di produzione.
Quali sono le 7 categorie della produzione additiva?
Le 7 categorie definite dalla norma ISO/ASTM 52900 sono: Binder Jetting (BJT), Directed Energy Deposition (DED), Material Extrusion (MEX), Material Jetting (MJT), Powder Bed Fusion (PBF), Sheet Lamination (SHL) e Vat Photopolymerization (VPP).
Quali sono i principali vantaggi della produzione additiva?
Tra i principali vantaggi figurano un'elevata libertà progettuale, una riduzione degli scarti di materiale (5-10%), tempi di consegna più brevi, il consolidamento dei componenti, la riduzione del peso e la possibilità di produrre pezzi di ricambio su richiesta per apparecchiature obsolete.
In quali settori industriali viene utilizzata la produzione additiva?
È ampiamente utilizzato in diversi settori, tra cui quello energetico, marittimo, della difesa e aerospaziale, dell'architettura e delle costruzioni, automobilistico e medico.
