L’ecosistema della produzione additiva nell’Industria 4.0 illustrato in un convegno a Milano

L’era industriale, che iniziò in Inghilterra circa 200 anni fa e poi si estese rapidamente negli Stati Uniti, in Giappone e nei maggiori paesi dell’Europa continentale, si è evoluta attraversando varie fasi di maturazione, dette anche “rivoluzioni industriali”.

La prima rivoluzione industriale iniziò alla fine del ‘700 con le macchine a energia idraulica e poi a vapore. La seconda rivoluzione industriale, all’inizio del ‘900, sfruttò l’energia elettrica e i motori a combustione interna. La terza rivoluzione industriale, nei primi anni ’70, fu caratterizzata dall’utilizzo dell’elettronica e dell’informatica per controllare la produzione.

A partire dal 2012, fu realizzato in Germania un modello fabbrica e produzione intelligente (Smart Factory, Smart Manufacturing) denominato “Industrie 4.0”, basato su di una rete di fabbrica integrata e intelligente che comprende un’automazione sempre più spinta in tutti i campi di applicazione, l’utilizzo di nuovi sistemi di prototipazione (stampa 3D) e di produzione additiva (AM) integrati con gli impianti esistenti (CNC, robot) per consentire maggiore snellezza e personalizzazione di massa dei prodotti industriali, reti di sensori distribuiti nell’ambiente (Sensor Cloud, Internet of Things) per acquisire enormi quantità di dati (Big Data) che consentono varie applicazioni come la manutenzione predittiva e l’ottimizzazione dei processi produttivi e della qualità dei prodotti, l’integrazione sempre più stretta tra elettronica e meccanica per creare macchine sempre più autonome (veicoli a guida automatica, robot, stampanti 3D) e complessi sistemi cyberfisici (CPS).
Questo modello si estese in seguito nei maggiori dei paesi industrializzati come “Industry 4.0” e infine nel 2016 in Italia con il “Piano per l’Industria 4.0”.

La società di consulenza Roland Berger precede che lo Smart Manufacturing genererà in Europa un fatturato di 500 miliardi di euro e 6 milioni di posti di lavoro entro il 2030.

Il piano italiano Industria 4.0

Il piano del Governo italiano per l’Industria 4.0 prevede 13 miliardi di euro di incentivi fra il 2017 ed il 2020 per sostenere le aziende italiane nel processo di digitalizzazione e robotizzazione dei sistemi produttivi e stanzia una consistente quantità di risorse pubbliche allo scopo di “attivare investimenti innovativi con incentivi fiscali” (super-ammortamento e iper-ammortamento) per l’acquisizione di macchinari, sistemi e software basati su ben determinate tecnologie abilitanti, con l’obiettivo di ridurre il nostro gap tecnologico nei confronti degli altri paesi industrializzati.

La produzione additiva

La produzione additiva rappresenta solo una parte di Industria 4.0, ma è quella più diffusa, poiché è la più economica (almeno per i modelli di fascia bassa) ed è quindi alla portata anche degli studi di progettazione, degli artigiani e delle PMI.

Il mercato della stampa 3D e della Produzione Additiva (AM) continua a crescere in maniera tumultuosa, ma sta maturando e modificando i modelli di business.

Alla fine del 2016, il valore del mercato globale era dell’ordine dei 7 miliardi di dollari e raggiungerà i 27 miliardi nel 2022. La base installata era di circa 660.00 unità a fine 2015 e di 950.000 a fine 2016. Dovrebbe superare il milione nel primo trimestre del 2017.

Attualmente sono presenti sul mercato oltre 1000 modelli di oltre 300 produttori, di cui una settantina producono macchine industriali (prezzo oltre i 5.000$), e alcuni offrono sistemi ibridi che integrano produzione additiva, sottrattiva e robot.

Per quanto riguarda i materiali, i polimeri sono i più utilizzati, mentre il segmenti dei metalli è quello che crescerà più rapidamente, con un tasso di crescita del 38% fino al 2020.

Secondo Gartner Group, nel 2020 il 10% degli impianti di produzione industriali disporrà di qualche forma di stampa 3D integrata con la robotica, mentre i tempi di introduzione dei prodotti saranno ridotti del 25% grazie alla stampa 3D.

Il mercato italiano 2016 ha rappresentato circa il 4% del mercato globale (250-300 milioni di euro).

Mentre le tecnologie SLA (Stereolitografia) e SLS (Sinterizzazione Laser Selettiva di polveri plastiche e metalliche) si stanno espandendo verso il basso, con prodotti più abbordabili, le stampanti a filamenti FFF (Fused Filaments Fabrication) stanno crescendo, con la comparsa di macchine professionali in grado di produrre oggetti di maggiori dimensioni (anche oltre 1 mc) e dotate di camera calda per migliorare la qualità e utilizzare materiali termoplastici che richiedono maggiori temperature di lavorazione, riducendo il gap di costi e prestazioni tra le varie tecnologie.

Le tendenze tecnologiche

Nel 2017, i prezzi delle stampanti SLA e SLS continueranno a scendere e ci saranno macchine industriali più compatte ed efficienti. Le stampanti per metalli aumenteranno la loro diffusione, anche grazie alle nuove tecnologie. Le applicazioni con la maggiore crescita saranno rapid tooling/manutenzione, stampi e sanità.

I materiali plastici rimarranno i più diffuse. ABS, PLA e Nylon continueranno e essere i più usati, ma si diffonderanno materiali più performanti collocati ai livelli superiori della “piramide della plastica”, come Policarbonato (PC), ASA, Peek e Ultem, che però richiedono macchine con camera calda.

Ci saranno sempre più macchine ibride/multifunzione e l’integrazione con i robot e gli altri componenti della Fabbrica 4.0 sarà sempre più spinta e gli investimenti saranno favorito dagli incentivi previsti dal Piano Industria 4.0 (super-ammortamento e iper-ammortamento).

Le aziende inizieranno a integrare i metodi di manifattura tradizionali con la manifattura additiva, utilizzandola soprattutto per complementare e supportare le tecnologie esistenti.

Tutti questi argomenti verranno approfonditi nel convegno del prossimo 21 febbraio, organizzato da Netconsulting Cube in collaborazione con il Competence Center sulla stampa 3D di Cherry Consulting by StudioMagnaghi, che si rivolge soprattutto a coloro che nelle aziende devono prendere decisioni informate per gli investimenti relativi alla progettazione, prototipazione e produzione dei prodotti.