Stampa 3D e Fabbricazione Additiva

Cos'è la Stampa 3D? Cos'è la fabbricazione additiva? La Stampa 3D o 3D printing è un processo di stampa che attraverso una macchina simile ad una normale stampante ad inchiostro inkjet produce oggetti a 3 dimensioni depositando o solidificando uno strato di materiale alla volta, un processo che si presta anche a realizzare oggetti molto complessi, ma che è al momento ancora molto lento e relativamente più costoso rispetto alle tecniche di produzione industriale. Molti ricercatori nel mondo stanno sviluppando nuove tecnologie partendo dal concetto iniziale di Stampa 3D, cercando nuove soluzioni per rendere il processo più rapido e meno costoso, oppure utilizzando materiali innovativi. Ad esempio il MIT sta lavorando ad una nuova tecnologia che ha alcune caratteristiche in comune con la stampa 3-D, ma realizza gli oggetti in continuo piuttosto che a strati, rendendo il processo molto più veloce (Continuous liquid interface). Sempre al MIT si lavora ad una stampante 3D per la stampa del vetro, materiale dalle caratteristiche tecniche molto complesse. La tecnologia alla base della stampa 3D (che inizialmente è nata proprio al MIT) è esplosa negli ultimi anni fino a comprendere la possibilità di stampare con una vasta gamma di materiali, tra cui plastica e metalli. Contemporaneamente il costo delle stampanti 3-D è sceso sufficientemente per renderli articoli di consumo. La fabbricazione additiva (versione industriale della stampa 3D) è già usata per fare alcuni componenti industriali di nicchia, come protesi mediche, piccoli semilavorati aeronautici, prototipi di prodotti industriali.

 
Stampa 3D e didattica.

Le scuole che ereditano un approccio didattico tipico del ventesimo secolo sono spesso rigide e scollegate dalla realtà, troppo concentrate su ciò che il mondo già conosce, piuttosto che alla cultura dell'innovazione. Un approccio Project-based di didattica interdisciplinare è quindi molto più coinvolgente, e può portare a risultati che contribuiscono all'innovazione. Economie d'avanguardia e industrie d'avanguardia richiedono lavoratori più istruiti, i cosiddetti knowledge worker, con un alta capacità di rispondere in modo adattivo ai problemi complessi, in grado di comunicare in modo efficace, gestire elevati volumi di informazioni, collaborare e produrre idee innovative. Coworking, Fab-lab e Makerspaces sono progettati per essere luoghi in cui sono concentrate tecnologia e cultura collaborativa, flessibilità. Trasferire l'esperienza di questi spazi operativi nella dimensione didattica e scolastica può essere un modo per riattivare l'interesse degli studenti, facendoli divenire attivamente partecipi della loro educazione, organizzando le classi con una filosofia più vicina a quella di un workshop progettuale.
 
Stampa 3D consumer: la Napsterizzazione degli oggetti fisici.
L'utente finale ha accesso ad una  tecnologia di stampa 3-D che si sta evolvendo rapidamente, ma non così rapidamente da renderla davvero rivoluzionaria. La maggior parte delle stampanti 3D consumer possono funzionare solo con una gamma limitata di materiali, e sono ben lungi dall'essere in grado di eseguire i processi di produzione sofisticati che portano a molti dei nostri prodotti industriali preferiti. La tecnologia sta infatti avanzando rapidamente, il prezzo delle stampanti 3D consumer è in calo ed è facile immaginare un futuro in cui saranno potenzialmente presenti in tutte le case. Ma con il calo del costo delle stampanti 3D e degli scanner 3-D e la loro diffusione presso la clientela consumer vi sarà allo stesso tempo per questa industria nascente un crescente numero di problematiche legate alle battaglie sulla proprietà intellettuale. In poco tempo molti di noi saranno in grado di stampare oggetti fisici 3D con la stessa facilità con cui si masterizzano CD e DVD. Ma a differenza di musica e film, il rapporto tra diritto d'autore e oggetti fisici non è sempre facile. Solo con la crescita e la diffusione della tecnologia di stampa 3D si potranno analizzare e normare le dinamiche di acquisto di file e disegni per la creazione di oggetti.
 
Stampa 3D: opportunità per PMI e Makers.

William Morris, il padre del movimento Arts and Crafts, che per breve tempo fiorì nel tardo diciannovesimo secolo, ha sostenuto l'artigianato come alternativa alla produzione di massa del suo tempo, che riteneva promuovesse una progettazione scadente e un lavoro disumanizzato. Il movimento dei Makers non può più essere liquidato semplicemente come un fenomeno di moda. Il movimento di Morris alla fine fallì perché aveva cercato di respingere il capitalismo e tornare a un'epoca d'oro dell'artigianato che in fondo non era mai esistita. Grazie a nuovi modelli di business e alle nuove tecnologie, il movimento dei Makers può avere migliori possibilità di successo, a sostegno di una nuova generazione di artigiani. Per Imprese Artigiane e PMI la stampa 3D offre la possibilità di accedere a servizi di prototipazione rapida fino ad ora a disposizione solo di grandi aziende, così come la possibilità di produrre in piccole serie a costi relativamente contenuti componenti realizzati su misura. 
 
Fabbricazione Additiva: l'alba di una terza rivoluzione industriale?
Le tecniche di Fabbricazione Additiva (o produzione additiva) potrebbero trasformare e rivoluzionare il modo in cui possiamo progettare e produrre in serie molte parti e componenti industriali, anche complessi. Mentre la stampa 3-D dedicata alle utenze consumer e makers ha ricevuto una grande quantità di pubblicità, è nel più nascosto settore manifatturiero dove questa tecnologia potrebbe avere il suo più significativo impatto strutturale, grazie alla rottura con le tecniche di produzione industriale tradizionali. Le macchine per la produzione additiva possono lavorare direttamente partendo da un modello realizzato al computer, con la libertà di creare nuove forme con minore difficoltà produttive.  Rispetto alle tecnologie convenzionali come lo stampaggio ad iniezione, la produzione additiva potrebbe ridurre significativamente l'uso di materiali ed eliminare la necessità di utilizzare molte  attrezzature, stampi e macchinari, semplificando e ottimizzando i processi produttivi. Per una macchina di produzione additiva inoltre le economie di scala non sono così importanti come ora lo sono per i macchinari di produzione tradizionali. Il costo della realizzazione della macchina a produzione additiva può essere ammortizzato più rapidamente grazie alla possibilità di utilizzare più materiali e realizzare più pezzi diversi senza la necessità di uno stampo specifico. Ma la produzione additiva è solo una di una serie di innovazioni che portano alla fabbrica del futuro, a una possibile terza rivoluzione industriale. Anche i macchinari di produzione tradizionali stanno diventando più intelligenti e più flessibili. Le fabbriche stanno diventando molto più efficienti grazie a robot e fresatrici automatiche che possono cambiare i propri utensili automaticamente e gestire molte informazioni autonomamente grazie all'utilizzo di sensori e processori di calcolo. Anche i materiali di produzione cambiano e si evolvono continuamente, i compositi come la fibra di carbonio, ad esempio, stanno sostituendo progressivamente acciaio e alluminio in molte produzioni industriali. Tutto nelle fabbriche del futuro sarà gestito da hardware e software sempre più intelligenti. La digitalizzazione nel settore manifatturiero avrà un effetto dirompente, come già successo in altri settori come le attrezzature per ufficio, le telecomunicazioni, le fotografia, la musica, l'editoria e il cinema. Oggi la peculiarità di molti prodotti è materiale piuttosto che metafisica, ma farcito con sensori e microchip, sempre più in grado di comunicare tra loro tramite i sistemi IOT di internet delle cose, il prodotto del futuro potrà comunicare con altri oggetti e con gli esseri umani con facilità. Con la diminuzione dei costi e la maggiore diffusione di sensori e microchip nei prodotti, e grazie alla crescita delle connessioni IOT, le aziende avranno accesso a informazioni strategiche in tempo reale su come i consumatori finali utilizzano i prodotti. Questo aiuterà aziende, ingegneri e designer a sviluppare prodotti industriali più rapidamente, correggendo eventuali anomalie e configurando la possibilità di realizzare varianti su misura sempre più vicine alle esigenze di ogni singolo acquirente mantenendo un costo competitivo. La tecnologia ha sempre creato e continua a creare opportunità eccezionali per le aziende e l'innovazione tecnologica. Stampa 3D e Fabbricazione Additiva potranno rivoluzionare ogni ambito della vita. Nel campo della medicina si sta sviluppando la stampa 3D dei tessuti viventi complessi, comunemente noto come bioprinting, aprendo nuove strade per la medicina rigenerativa. I ricercatori stanno anche cercando di catalizzare il meccanismo di guarigione naturale del corpo creando strutture porose che aiutano nella stabilizzazione ossea in campo ortopedico. Questa tecnologia all'avanguardia, insieme con la ricerca sulle cellule staminali, può rivoluzionare in futuro le tecniche di trapianto di organi. L'industria automobilistica e aerospaziale, all'avanguardia in questa tecnologia, sta già studiando la produzione 3D di parti strutturali complesse, con benefici tecnologici e di costo, accelerando anche la catena di approvvigionamento ed estremizzando l'approccio alla produzione JIT (Just-in-time). Anche in edilizia e architettura la produzione di componenti strutturali anche di medie e grandi dimensioni con tecnologie di produzione additiva è in continuo sviluppo e crescita.

In conclusione si può dire che la stampa 3D probabilmente entrerà a breve nelle nostre case, ma potrebbe non provocare una rivoluzione così significativa nella vita quotidiana. La diffusione delle stampanti 3D potrebbe a medio o lungo termine risultare un fenomeno transitorio, e le stampanti 3D potrebbero finire in garage o in soffitta come è successo alla stragrande maggioranza delle stampanti inkjet dopo la loro iniziale diffusione capillare. 

La vera sfida è la produzione o fabbricazione additiva a livello industriale. Questo nuovo approccio produttivo, combinato con le innovazioni nei campi della digitalizzazione, dei materiali, dell'automazione e delle tecnologie IOT, potrebbe portarci rapidamente agli albori di una terza rivoluzione industriale.

Fonti:

Kevin Bullis. MIT Technology Review. March 16, 2015

David L. Chandler. MIT News Office. September 14, 2015

Martin LaMonica. MIT Technology Review. April 23, 2013

Mike Orcutt. MIT Technology Review. February 24, 2013

Steve Henn. NPR All Tech Considered. February 19, 2013

John Paul Titlow. ReadWrite. February 20, 2013 

Robert Brown. Work Design Magazine. October 9, 2015
Tim Allen. Work Design Magazine. 5 Febbraio 2015

Sukamal Banerjee. Wired Magazine. 02/2015

The Economist. January 4th, 2014

The Economist. 21 apr 2012

Immagine: MIT, glass 3D printing