Stampa 3D e Automotive: come partire in pole position

Alonso McLaren Stratasys 3D

Da sempre campo fertile per la più avanzata innovazione tecnologica, il rapporto tra stampa 3D e Automotive continua a crescere. A tutti i livelli, dal motorsport fino alle auto di serie, quelle che ci accompagnano a svolgere le attività di tutti i giorni.

In via più o meno ufficiale, ogni team partecipante al campionato di Formula 1 ha sviluppato una partnership con un big player della stampa 3D per avvalersi di servizi e consulenze in merito alla ricerca e sviluppo di prototipi e parti funzionali per le proprie monoposto.

In questo scenario, non poteva certamente mancare la McLaren, un team in forte evoluzione dopo la fine dell’epopea di Ron Dennis, nel tentativo di risollevare le proprie sorti sportive, nella speranza che Honda inizi a fornirle delle power unit competitive.

McLaren Technology Centre 3d

Una vista dell’avveniristico McLaren Technology Centre, progettato da Foster + Partners. La sua immagine, spiccatamente hi-tech, rende il centro di Woking lo scenario ideale per guardare al futuro. (credits The Manufacturer)

La McLaren ha annunciato un accordo ufficiale di 4 anni con Stratasys, ai fini di introdurre nell’avveniristico centro ricerca di Woking le più avanzate soluzioni attualmente disponibili nell’ambito della stampa 3D. Stratasys entra dunque in quel Circus in cui sono già ufficialmente attivi i suoi competitor 3D Systems (Renault Sport) e EOS (Williams F1).

Quali vantaggi otterrà McLaren dall’implementazione della stampa 3D nella propria pipeline? Lo spiega direttamente il direttore del reparto corse, Eric Boullier: “La prototipazione rapida e l’additive manufacturing sono diventate assolutamente rilevanti nel settore motorsport. La possibilità di ridurre drasticamente il time to market è sempre più importante in un contesto in cui le regole cambiano così rapidamente“.

Non sorprende che questo genere di partnership abbia avuto un forte impulso in un momento in cui sono disponibili grandi progressi anche nella stampa dei materiali compositi, indispensabili per lo sviluppo di una monoposto da Formula 1.

Per i produttori è importante poter testare i materiali al limite, come ha precisato il CEO di Stratasys, Ilian Levin: “La collaborazione con McLaren ci consentirà di avere dei feedback e degli approfondimenti relativi alle performance più estreme richieste dal settore automotive. Le informazioni ottenute dal settore motorsport saranno preziosissime ai fini di sviluppare soluzioni per l’industria di serie“.

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La stampante 3d industriale Stratasys Fortus 900mc, basata sulla tecnologia FDM, è una delle soluzioni che McLaren ospita nel suo centro ricerca di Woking, nel Regno Unito (credits Stratasys)

LA STAMPA 3D NEL CUORE DEL MOTORE FERRARI

Dopo i deludenti risultati della stagione 2016, in casa Ferrari vige l’imperativo “parlare meno, lavorare di più” imposto dal presidente Sergio Marchionne. Nel contesto di un generale clima di riserbo, alla stampa (fonte motorsport.com) trapelano comunque alcune indiscrezione in merito alla monoposto atta a supportare le velleità di riscatto di Vettel e Raikonnen nella stagione 2017.

Significative le novità in ambito motoristico, dove grazie alla collaborazione con Magneti Marelli, Ferrari sta sperimentando dei nuovi pistoni realizzati con tecniche di stampa 3D.

La possibilità di utilizzare una struttura a nido d’ape, più leggera rispetto al pezzo pieno stampato tradizionalmente, consente ai motoristi del cavallino di sperimentare dei nuovi pistoni in lega d’acciaio, ottenendo parti con un peso paragonabile alle soluzioni tradizionali in alluminio, ma dotate di una resistenza, soprattutto alla deformazione, decisamente superiore, soprattutto in condizioni di temperatura e pressione estreme come quelle di una power unit da Formula 1.

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La Ferrari SF70H iscritta al campionato di F1 2017, rivoluzionato dalle nuove regole in vigore su misure, assetto e motori (credits Ferrari)

3d makeover metalwork design

La stampa 3D, se utilizzata con i principi del design generativo, consente di ottenere parti funzionali molto più leggere rispetto a quelle ottenute con i metodi di progettazione e produzione tradizionali. L’immagine mostra, a sinistra, un componente stampato in modo tradizionale e, a destra, parti realizzate con metodi di manifattura additiva. Come è facile osservare, le parti stampate in 3d hanno sono in grado di impiegare una quantità di materiale sensibilmente minore, a parità di resistenza meccanica. Con un differente approccio, è altresi possibile ottenere parti con peso analogo, ma molto più resistenti, come nel caso dei prototipi dei pistoni Ferrari.

DALLE FUORISERIE ALLA SERIE: IL 3D PRINTING NELL’AUTOMOTIVE INDUSTRY

Come anticipato da Levin, se la Formula 1 rappresenta l’eccellenza, il sogno per pochi eletti, il vero obiettivo è un altro, e mira a numeri molto più importanti. L’industria dell’Automotive, almeno al pari di quella aerospaziale, dimostra attenzioni estremamente consapevoli nei confronti dell’additive manufacturing. La curiosità iniziale sta progressivamente creando i presupposti concreti per accordi, consulenze e collaborazioni a vario livello, finalizzate ad implementare soluzioni e know-how direttamente all’interno delle aziende.

Una testimonianza concreta arriva da Audi. Dopo il suggestivo progetto Audi Lunar Quattro, che ha visto il produttore tedesco sviluppare un rover lunare facendo largo impiego di tecnologie di stampa 3D, arriva un’altra alleanza, stavolta tutta tedesca, con EOS.

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Il rover Audi Lunar Quattro (credits Audi)

Una partnership cui è stata riservata una notevole enfasi mediatica, che va oltre i naturali dettami del marketing. Güngör Kara, direttore del reparto Consulting di EOS, ha infatti rivelato che: “L’obiettivo non è limitato a fornire ad Audi sistemi e processi di produzione additiva. Siamo interessati ad una collaborazione che consenta loro il pieno supporto durante lo sviluppo dei loro progetti, generando un know-how interno in fatto di additive manufacturing. Ci occuperemo anche della formazione interna, per far si che i loro ingegneri diventino degli esperti in-house“.

Gli fa eco Jorg Spindler, responsabile Toolmaking di Audi: “Grazie alla stampa 3D siamo in grado di integrare nei nostri strumenti strutture e funzioni che non saremmo in grado di ottenere con i metodi di produzione convenzionali. Soprattutto per quanto riguarda i componenti in piccola serie. Con le stampanti 3D possiamo produrre componenti molto leggeri, in maniera estremamente rapida ed economica“.

Audi non si limiterà ad implementare le stampanti 3D per i propri processi di prototipazione e produzione, ma di fatto aprirà un vero competence center interno all’azienda. L’obiettivo è molto chiaro. I progetti futuri dovranno implementare nativamente la filosofia dell’additive manufacturing. E per farlo occorrono competenze interne, a tutti i livello del ciclo di sviluppo di un prodotto.

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La EOS_M_400-4 è una stampante 3D industriale capace di produrre pezzi in metallo di grandi dimensioni, compatibili con le esigenze dell’industria automobilistica. Audi le ha integrate nel proprio stabilimento di Ingolstadt, in Germania (credits EOS)

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Le potenzialità dell’additive manufacturing renderanno sempre più breve la linea di separazione che corre tra una concept car e una produzione di serie. Un giorno tutti potremo sentirci un po’ come Will Smith in Io Robot (credits Audi)

IL FLAC PROJECT: OBIETTIVO MOBILITA’ SOSTENIBILE

Il rapporto tra la stampa 3D e l’industria automotive non si limita ad una visione puramente imprenditoriale, finalizzata all’aumento delle performance e dei ricavi. La rivoluzione tecnologica in atto implica aspetti imprescindibili dalla sostenibilità dei progetti del futuro. Aspetti che saranno recepiti anche a livello normativo, con parametri sempre più severi da rispettare.

Una testimonianza concreta di questo aspetto è il FLAC Project, un progetto di ricerca avviato dall’Università di Nottingham, finalizzato a dimostrare una serie di vantaggi che la stampa 3D introdurrà nell’industria automobilistica. Riducendo il peso complessivo del veicolo (dal 40 all’80%, NdR) e ottimizzando in modo sensibile l’efficienza termodinamica dei motori, la stampa 3D è in grado di garantire un livello di emissioni CO2 sensibilmente inferiore rispetto allo scenario attuale.

I parametri legali all’efficienza del veicolo vengono ulteriormente enfatizzati dalla maggior sostenibilità del processo produttivo, con una riduzione degli scarti di produzione e il sensibile aumento di materia recuperabile dopo la conclusione della produzione. Si pensi soltanto alla percentuale di alluminio riciclabile durante il processo SLM, su cui si basa la maggioranza delle soluzioni di stampa 3D di polveri metalliche.

La crescente integrazione tra stampa 3D e Automotive sarebbe dunque destinata a migliorare sensibilmente l’impatto ambientale dei trasporti. Un aspetto fondamentale, anche in funzione della previsione dell’incremento demografico e, di conseguenza, di consumi, cui il pianeta è inevitabilmente destinato.

Il FLAC Project, finanziato dall’agenzia governativa Innovate UK, costituisce una lodevole dimostrazione del ruolo che il governo britannico ha assunto nei confronti dell’innovazione. Anziché limitarsi ad agevolare i consumi, come si suol dire “per far girare l’economia”, oltremanica si è ritenuto più responsabile ragionare ponendo alla base una reale visione innovativa, per sostenere la ricerca di soluzioni e metodi in grado di migliorare l’efficienza tecnologica nei processi industriali. Nei primi dieci anni di attività, Innovate UK ha capillarizzato finanziamenti per 1,8 miliardi di sterline, sostenendo 7.600 progetti in grado di creare una ricaduta positiva per oltre 13 miliardi, generando 55.000 posti di lavoro stabili. Numeri importanti, specie se circoscritti al solo mercato dell’innovazione.

light rider 3d printing BBC

Light Rider è un prototipo di moto superleggera a propulsione elettrica realizzato dalla tedesca APWorks (gruppo Airbus). Il progetto è finalizzato a dimostrare le potenzialità tecniche e creative che la stampa 3D porta nel settore della vehicle transportation. L’eliminazione dei vincoli tradizionali, resa possibile dalla manifattura additiva, consente di sfruttare al massimo le caratteristiche fisiche dei materiali ottenendo parti che, a parità di resistenza meccanica, hanno un peso sensibilmente inferiore rispetto a quelle ottenibili con i metodi di stampaggio tradizionali. La riduzione del peso complessivo del veicolo comporta una minor potenza di trazione necessaria, con il conseguente contenimento delle emissioni CO2 nell’atmosfera (credits BBC)

QUARTA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE? SI, MA RESPONSABILMENTE

Il settore Automotive sta seguendo un percorso verso l’innovazione in linea con le aspettative generali in ambito Industry 4.0, soprattutto per quanto concerne i trend legati all’Additive Manufacturing.

Industry 4.0 3d printing

La stampa 3D è una delle nove tecnologie attorno a cui ruota il paradigma della Industry 4.0. Certamente quella in grado di incidere in modo più diretto sul design dei prodotti del futuro (fonte Boston Consulting Group)

E’ in atto una rivoluzione tecnologica, sociale e culturale che porterà ad uno scenario radicalmente differente rispetto a quello attuale. Non sarà una rivoluzione cruenta, ma

La fase che stiamo vivendo è quella della transizione. Per quanto riguarda la stampa 3D le aziende stanno adottando una strategia articolata in momenti differenti.

Sul breve termine, l’attenzione sarà sostanzialmente incentrata nel migliorare l’efficienza dei processi interni e ottenere una riduzione di costi e time to market nell’ambito della prototipazione e della produzione. Soprattutto per quanto riguarda quella in piccola serie e “on demand”, dove la stampa 3D risulta già assolutamente competitiva.

In parallelo, stanno assumendo un peso crescente gli aspetti legati alla reale portata rivoluzionaria del nuovo paradigma produttivo. Obiettivi a lungo termine, che comportano l’esigenza della formazione di un know how interno all’azienda, in grado di dare luogo alla visione strategica e tecnologica su cui si fonderanno i nuovi progetti.

Il caso di Audi, come come quello di altre aziende che stanno intraprendendo questo percorso, dimostra come investire in una consulenza qualificata costituisca con ogni probabilità la soluzione più razionale per cogliere con successo le opportunità del rivoluzionario momento di transizione globale che stiamo vivendo.

 

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Francesco La Trofa

Francesco La Trofa

Architetto e giornalista, con 20 anni di esperienza nelle tecnologie 3D.
Consulente di enti pubblici e aziende 3D per aspetti legati alla progettazione e alla comunicazione.
Responsabile dei contenuti editoriali di Treddi.com e co-fondatore dei Digital Drawing Days, evento unico nel suo genere in Italia.
Collabora attivamente nella ricerca e nella didattica presso il Politecnico di Milano.
Per Protocube Reply cura 3D STORIES.

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