Acclamato da alcuni osservatori come "una rivoluzione industriale per l'era digitale", la produzione rapida ha cambiato il volto dell'industria manifatturiera da qualche tempo. Molti credono che la tecnologia di stampa 3D stia democratizzando il design e la produzione, rendendola più accessibile e meno dipendente dalle economie di scala. I metodi di produzione tradizionali spesso comportano costi di lavorazione proibitivi, il che significa che le aziende più piccole e gli individui sono spesso esclusi dal mercato quando si tratta dello sviluppo del prodotto. La stampa 3D è stata salutata come un cambio di gioco e ha permesso alle aziende di fare progressi produttivi che prima erano impensabili.

Qui a Freshome siamo affascinati dal processo di stampa 3D e volevamo scoprire di più su questa tecnologia dirompente che sta rivoluzionando l'industria manifatturiera. Fortunatamente un esperto del settore era a disposizione per rispondere ad alcune delle nostre domande. Il Dott. Phil Reeves è l'Amministratore delegato e il principale consulente di Econolyst Ltd, un'azienda additiva di produzione additiva con sede nel Regno Unito e consulenza stampa in 3D con una vasta gamma di clienti in Europa, Nord America, Medio Oriente, Estremo Oriente e Africa. Dr Reeves consiglia i fornitori di sistemi di produzione additivi sulla futura strategia aziendale e tecnologica e gli utenti della tecnologia sui vantaggi commerciali dell'adozione di AM.

Che cosa è esattamente la stampa 3D?

La stampa 3D è un termine usato per descrivere una serie di tecnologie emergenti che producono prodotti tangibili da dati computerizzati tridimensionali. La tecnologia viene spesso indicata nell'industria come "Additive Manufacturing", poiché l'approccio funziona legando insieme strati bidimensionali di materiale, strato per strato, fino al completamento della parte 3D.

La stampa 3D esiste da oltre 20 anni, quali progressi sono stati fatti in quel momento?

Le prime macchine di stampa 3D sono state utilizzate esclusivamente per realizzare modelli di Rapid Prototyping (RP) utilizzati durante lo sviluppo del prodotto. Questi primi modelli RP avevano una forza molto limitata e spesso si deformavano o si deterioravano in poche settimane o addirittura in giorni di produzione. Ma dato che venivano usati solo per valutare la forma o la forma di un prodotto, allora era accettabile.

Con l'avanzare della tecnologia, la gamma di materiali a nostra disposizione è aumentata e con ciò sono stati apportati miglioramenti alle proprietà meccaniche e alla longevità. Ora possiamo produrre parti in metalli come titanio o oro, polimeri come ABS, nylon e policarbonato o ceramiche come alluminio o zirconio.

In parallelo, le tecnologie sono diventate più grandi e più veloci, rendendole più produttive e più economiche in termini di produzione di volume. È l'accoppiamento su una maggiore produttività con una maggiore idoneità dei materiali che sta guidando la tecnologia verso applicazioni di produzione di corrente principale in settori quali impianti ortopedici, cappucci e corone dentali, apparecchi acustici, custodie per telefoni cellulari, coperture protesiche e prodotti per interni.

Come viene utilizzata la tecnologia di stampa 3D nell'industria degli interni?

È interessante notare che gli interni domestici sono stati una delle prime applicazioni in cui la stampa 3D è stata realmente utilizzata per produrre prodotti, piuttosto che semplici prototipi. Intorno al volgere del millennio alcuni giovani designer creativi che erano stati esposti alle tecnologie RP all'università, iniziarono a creare aziende che vendevano prodotti per interni stampati in 3D, dai montaggi di lampade e fruttiere, al mobile e all'arte.

Probabilmente il più influente era Janne Kyttanen alla libertà di creazione. Janne ha capito il potere della stampa 3D in termini di abilitatore del business. È stato in grado di creare un'azienda che vendeva prodotti geometricamente complessi che prima erano impensabili, senza la necessità di investimenti iniziali in strumenti di investimento. Attraverso Internet è stato in grado di vendere prodotti prima ancora di essere fabbricati, ottenendo piccoli lotti prodotti su richiesta da società terze che avevano investito nella tecnologia di stampa 3D per servire l'industria RP.

Altre aziende come Materialise MGX hanno presto iniziato ad aggregare prodotti interni stampati in 3D da più designer e li hanno commercializzati attraverso i più tradizionali rivenditori interni. Altri progettisti di prodotti di stampa 3D come Lionel Dean presso Future Factories hanno collaborato con produttori di interni esistenti come l'illuminazione Kundalini in Italia, utilizzando i loro canali per portare sul mercato prodotti stampati 3D.

E come viene utilizzato dagli architetti?

Al momento, la stampa 3D è ancora uno strumento di prototipazione rapida per gli architetti. Dal momento che sempre più architetti sono passati dal software CAD 2D (Computer Aided Design) al software CAD 3D, sono stati in grado di sfruttare il collegamento tra 3D CAD e stampa 3D. Gli architetti ora producono regolarmente modelli dettagliati di edifici, interni, planimetrie 3D e persino interi piani generali di riqualificazione, resi possibili collegando la stampa 3D a scansioni topologiche e dati satellitari. È persino possibile estrarre i dati su un'area geografica specifica da Google Earth e stamparli in 3D come aiuto per la pianificazione generale.

Ora stiamo vedendo alcune società che sviluppano la tecnologia 3D specificamente per il settore edile, come D-Shape.D-shape ha sviluppato un sistema di stampa 3D su larga scala che utilizza polvere di marmo o sabbia di recupero, che viene consolidata mediante il getto di un legante nel materiale. D-Shape ora produce prodotti architettonici relativamente grandi (circa 5M di altezza) come gazebo, chioschi, panchine e mobili. Altri gruppi di ricerca stanno cercando di ridimensionare ulteriormente la stampa 3D per la produzione di interi edifici, ma penso che questo sia forse un decennio o due lontano dall'essere una realtà, se non del tutto.

In che misura le tendenze del mercato e le aspettative dei consumatori spingono alla stampa 3D?

Al momento c'è sicuramente molto interesse e clamore su 3DP. Da una parte questa è una buona cosa. Tuttavia, d'altra parte, dobbiamo stare attenti a non sovvertire le capacità della tecnologia. La tecnologia è stata molto brava a rispondere ad alcune tendenze del mercato, come ad esempio il mercato delle copertine più stilistiche e individuali dei telefoni cellulari. La tecnologia ha anche risposto alla crescita dei giochi di computer online e dei social network, consentendo di realizzare personaggi e avatar di giochi online in prodotti tangibili ma personalizzati.

Ma ci sono ancora limitazioni in termini di capacità economiche e materiali del processo. C'è l'aspettativa che un giorno la stampa 3D sarà in grado di stampare quasi tutto, anche in casa, da pentole e padelle, a parti rotte di lavatrici, docce o il telecomando del televisore. La realtà è che siamo lontani anni da questi sistemi. Ma abbiamo già sistemi relativamente di base destinati al mercato dei consumatori che sono adatti alla produzione di giocattoli, giochi e curiosità di base.

Che effetto ha la stampa 3D sui processi di progettazione e produzione?

Uno degli aspetti più significativi della stampa 3D è la capacità di produrre geometrie complesse con una penalità minima se non addirittura nulla. Infatti, la stampa 3D viene spesso utilizzata per realizzare prodotti impossibili da produrre con processi tradizionali come lo stampaggio a iniezione di materie plastiche. I progettisti stanno sfruttando questa flessibilità geometrica consentendo livelli sempre maggiori di differenziazione del prodotto. Alla fine, nessun prodotto 3DP ha mai avuto bisogno di essere lo stesso.

Questa produzione in serie a unità singola è anche un driver convincente per la comunità manifatturiera. In passato l'economia di produzione si basava sempre sulla produzione di componenti sufficienti a coprire i costi delle immobilizzazioni, come gli strumenti di stampo. Ma una volta che si toglie la necessità degli strumenti di stampo, il modello economico cambia drasticamente.

Il processo di stampa 3D presenta alcuni reali vantaggi per quanto riguarda la catena di approvvigionamento. Puoi spiegare questi benefici?

La stampa 3D non è solo una tecnologia dirompente che viene utilizzata per sostituire lo stampaggio, la fusione o la lavorazione, è una tecnologia che consente alle aziende di pensare in modo diverso sulle loro catene di fornitura e, ancora più importante, la catena del valore e l'interazione con i clienti all'interno della loro attività. Ci sono davvero sei principali vantaggi in questa catena di valore che derivano dall'implementazione della stampa 3D.

• Produzione digitale e senza utensili - che consente di aumentare i livelli di varianza del prodotto e una produzione di lotti economica più piccola per supportare tendenze geografiche, demografiche o sociali specifiche
• Sfruttare le libertà di progettazione, consentendo la produzione di prodotti con livelli crescenti di complessità geometrica, con una penalità minima se non addirittura nulla
• Abilitazione della personalizzazione del prodotto - abbinando la produzione di volumi ridotti in lotti di una con geometria complessa per realizzare prodotti personalizzati
• Offrire nuove esperienze nel retail - coinvolgere il consumatore nell'esperienza di progettazione del prodotto attraverso l'accesso online o in negozio a strumenti software intuitivi o scansione 3D
• Affrontare i mercati emergenti - Accoppiare la personalizzazione del prodotto con l'accessibilità al dettaglio per una popolazione che invecchia e cambia
• Greening della supply chain: riduzione dello stock hold, mitigazione degli sprechi di imballaggio, riduzione della logistica e riduzione della produzione di CO2

In effetti, la stampa 3D può riorientare completamente la catena di approvvigionamento, poiché mette il consumatore sia sul lato posteriore che sul lato anteriore della catena. I consumatori possono impegnarsi nella progettazione del prodotto iniziale, oppure possono ordinare su richiesta, con prodotti realizzati in seguito allo scambio di pagamento. La stampa 3D può abilitare sia una supply chain agile e reattiva, ma anche snella, che chiamiamo produzione legile.

Quali sono i limiti materiali della stampa 3D e quali progressi sono stati fatti per superare questi limiti?

Come abbiamo detto, abbiamo ancora limiti materiali. Alcuni sono fisici, altri economici, altri estetici e altri ambientali. I processi di stampa 3D sono ancora difficili da ottenere per ottenere le proprietà meccaniche della plastica stampata o delle parti metalliche lavorate dal solido. Ma nei laboratori e nelle università di tutto il mondo c'è un sacco di lavoro per espandere la gamma di materiali e migliorare ciò che già abbiamo.

Stiamo inoltre assistendo a un numero maggiore di aziende che entrano nella catena di approvvigionamento dei materiali, il che sta riducendo il costo delle materie prime, il che naturalmente influenza l'economia delle parti finali prodotte. Stiamo anche vedendo una migliore definizione e trasparenza dei colori, migliorando l'estetica delle parti, insieme a materiali più sostenibili come i polimeri verdi come il Nylon 11 e il PLA derivati ​​dalle piante piuttosto che dal petrolio. Abbiamo ancora molta strada da fare, ma ci stiamo muovendo velocemente e ci stiamo muovendo nella giusta direzione.

Quali sono i principali ostacoli alla stampa 3D diventando una tecnologia mainstream?

Come abbiamo detto, i materiali sono un problema, ma questo può essere mitigato in parte attraverso la progettazione del prodotto.Anche l'economia è un problema, poiché le macchine e i materiali di stampa 3D di produzione sono relativamente costosi e relativamente lenti, rendendo le parti che producono appaiono più costose di quelle prodotte dalle tecniche di produzione di massa. Tuttavia, con la diminuzione dei prezzi dei materiali e l'aumento della produttività, l'economicità della stampa 3D diventa più accettabile.

L'altro limite principale è la conoscenza. Molte aziende semplicemente non capiscono come utilizzare la stampa 3D o dove posizionarla all'interno della loro catena del valore. La loro attuale catena di produzione manifatturiera si sente vulnerabile, i loro progettisti non comprendono appieno come sfruttare i vantaggi geometrici e le loro funzioni di marketing faticano a capire come integrare la stampa 3D nella catena del valore del cliente. Immagino che sia qui che entriamo come una società di consulenza che aiuta le aziende a comprendere questi problemi, valutare le tecnologie, sviluppare il business case e implementare nel flusso di valore.

Con l'avvento delle macchine da stampa 3D desktop portatili a basso costo, si è detto che avremo presto queste nelle nostre case. Quanto è probabile questo scenario?

Ho due macchine da stampa 3D a casa mia e i miei bambini le adorano. Ma poi di nuovo, un impresario ha probabilmente la strana bara di due nel garage. Seriamente, l'interesse per la stampa 3D a casa è stato fenomenale negli ultimi anni, così come la crescita delle aziende che producono macchine per servire il mercato. L'ultima volta che abbiamo contato abbiamo trovato oltre 40 aziende in tutto il mondo che producono stampanti di fascia bassa, per uso domestico e di consumo. La maggior parte si basa sulla stessa progettazione open source di estrusione di polimero fuso attraverso un ugello, ma alcuni utilizzano altri approcci. L'anno scorso sono state vendute circa 15.000 stampanti domestiche. Ci aspettiamo che il numero sia più vicino a 60.000 quest'anno (forse di più). Quindi non ogni casa - ancora.

Al momento, la maggior parte delle macchine domestiche viene utilizzata da persone interessate alla tecnologia o interessate al design del prodotto. Stiamo vedendo sempre più persone che comprano per sostenere i loro hobby, sia che stiano facendo pezzi di aerei telecomandati o persino facendo esche artificiali personalizzate. Sono fantastici dal punto di vista dell'istruzione: prendi una stampante 3D, un po 'di colorante alimentare alla cocciniglia, l'aceto e il bicarbonato di sodio e hai il miglior progetto di lavoro per vulcano "vincente di classe" di sempre.

Che consiglio daresti agli imprenditori che desiderano esplorare la stampa 3D come un potenziale investimento aziendale?

Devi conoscere il tuo mercato, conoscere i tuoi clienti e conoscere le tue capacità. Ci sono molte opportunità attraverso la catena di approvvigionamento dalla progettazione di prodotti stampati in 3D, al dettaglio online o sulla strada principale, lo sviluppo di interfacce software per consentire ad altri di impegnarsi nel processo di progettazione, formulazione di nuovi materiali o per quelli con tasche più profonde, creazione di capacità produttiva . Per le aziende, la chiave è capire l'esperienza del cliente e il valore della tecnologia. Per alcune aziende la stampa 3D è un attivatore silenzioso che semplifica la vita delle aziende. Per gli altri, la stampa 3D è il "gancio", la ragione per cui il prodotto esiste, il differenziatore. Una volta che le aziende comprendono come la stampa 3D può aggiungere valore, allora devono capire come usarla e quando usarla, ma questa è un'altra storia.

Freshome desidera ringraziare il Dr. Phil Reeves per le sue conoscenze approfondite nel mondo della stampa 3D. Tutte le immagini presenti in questo articolo per gentile concessione di Freedom of Creation