Un viaggio nel processo che trasforma un file digitale in un progetto concreto nell’intervista a Alessandro Barraco, Additive Manufacturing Process Engineer
Non solo stampanti 3D. La produzione additiva è l’arte di costruire il futuro uno strato alla volta, è un ponte tra l’idea e l’oggetto. In BI-REX, uno degli 8 Competence Center nazionali del piano Industria 4.0, questo non è solo un concept, ma la pratica quotidiana con cui si dà forma all’innovazione, partendo da bisogni reali per costruire soluzioni in un ambiente collaborativo. Abbiamo incontrato Alessandro Barraco, Additive Manufacturing Process Engineer di BI-REX, per esplorare come questa tecnologia stia scolpendo nuove opportunità e trasformando le sfide in progetti concreti.
In BI-REX siete inseriti in un ecosistema che sostiene la transizione verso la cosiddetta Industria 5.0: una trasformazione non solo tecnologica, ma anche orientata alla sostenibilità e alla centralità del fattore umano. In questo quadro quanto è rilevante oggi l’Additive Manufacturing e perché?
L’industria 5.0, oltre all’aspetto umano che rimane fondamentale, dà un potere enorme a tutto ciò che riguarda i dati e la digitalizzazione dei processi. L’Additive Manufacturing si presta quindi molto bene a un contesto in cui tutto è regolato da dati, scambi di informazioni e ottimizzazione della produzione.
È una tecnologia estremamente flessibile. A differenza delle linee produttive tradizionali, è molto più semplice adattarla a prodotti diversi. Naturalmente, non parliamo di una tecnologia per la produzione di massa, quanto piuttosto per la prototipazione o per la produzione in piccoli lotti. Negli ultimi anni, infatti, si è affermata anche per la realizzazione di componenti definitivi, perché lo standard qualitativo è molto migliorato, con vantaggi in termini di accessibilità, costi e facilità d’uso.
Quali sono le esigenze più frequenti che spingono le imprese a interessarsi all’Additive Manufacturing?
Dipende molto dalla dimensione dell’azienda, ma tendenzialmente il bisogno più forte è ridurre il cosiddetto “dead time”, cioè il time-to-market. Avere componenti pronti in tempi molto ridotti e a costi contenuti è un vantaggio enorme. L’alternativa, per ora, è produrre un pezzo tramite terzisti, il che spesso comporta costi più elevati e soprattutto tempi di attesa che diventano veri e propri colli di bottiglia. Oggi molte tecnologie additive hanno costi contenuti e sono accessibili anche grazie alla crescente offerta del mercato cinese. Quindi, l’imprenditore o chi dirige la produzione, può decidere di introdurre una o più tecnologie additive per rispondere più velocemente ai bisogni operativi. Ad esempio: produrre in autonomia pezzi di ricambio, non necessariamente legati al prodotto finito, ma utili a ridurre i tempi di fermo.
Secondo lei, quali sono i settori più maturi o più propensi ad adottare queste tecnologie?
Ogni settore ha la sua tecnologia prediletta, ma quelli dove si ha il ritorno sull’investimento più alto sono sicuramente i settori ad altissimo valore aggiunto. Parliamo di Motorsport, Aerospace, Difesa e Biomedicale, dove ci sono componenti che solo l’Additive permette di realizzare, e dove quindi il vantaggio è massimo. Negli ultimi anni, però, anche la manifattura più tradizionale e il settore dell’automazione stanno mostrando un grande interesse. La tecnologia è più accessibile, i materiali più standardizzati, quindi oggi è possibile introdurre queste soluzioni anche nella produzione quotidiana e nella R&D.
Alessandro Barraco, Additive Manufacturing Process Engineer di BI-REX
Entriamo più nel dettaglio delle tecnologie specifiche usate da BI-REX. In primis la Fused Filament Fabrication (FFF), una delle soluzioni più diffuse e accessibili. Viene spesso indicata come tecnologia efficace per il cosiddetto metal replacement e sembra particolarmente adatta anche a contesti produttivi molto diversi tra loro. Come funziona?
Sì, questo tipo di tecnologia è un po’ l’evoluzione delle stampanti domestiche, delle cosiddette FDM (Fused Deposition Modeling), portata a un livello più industriale. È probabilmente la più vantaggiosa perché ha un costo di produzione nettamente più basso rispetto ad altre tecnologie e si diffonde più facilmente. Noi in BI-REX non abbiamo un settore specifico di riferimento – che è sia un vantaggio che una sfida – quindi lavoriamo con realtà molto diverse. Per questo motivo non abbiamo tante macchine dello stesso tipo, ma cerchiamo di coprire l’intero spettro delle tecnologie additive, per poter rispondere al meglio a esigenze differenti.
Per quanto riguarda FFF/FDM, rimangono tecnologie trainanti perché permettono di rispondere rapidamente a richieste compatibili con le loro caratteristiche. Valutiamo la geometria del pezzo e i materiali disponibili: se uno dei materiali presenti in magazzino è adatto, allora optiamo per questa tecnologia, che ha un costo inferiore e una finitura più che accettabile. Inoltre, richiede meno lavoro di post-processing rispetto ad altre tecnologie, quindi è anche più semplice da gestire. Attualmente abbiamo cinque macchine per FFF/FDM, con caratteristiche diverse in base ai materiali e alle dimensioni. Due di queste sono di recente acquisto, del noto brand Bambu Lab, che offre buone prestazioni a un costo decisamente inferiore rispetto ai competitor occidentali. Per i pezzi più grandi abbiamo acquistato una macchina di grandi dimensioni, perché questa è una delle sfide attuali del mondo FDM, e più in generale dell’Additive: stampare oggetti grandi con un’elevata probabilità di successo. Stampare un pezzo può richiedere giorni o anche più di una settimana. Non è detto che la stampa vada a buon fine, e perdere tutto quel tempo sarebbe un problema.
Infine, la macchina che utilizziamo per applicazioni di metal replacement è una Markforged. È progettata per lavorare con materiali compositi, come un nylon caricato con fibra di carbonio. La sua particolarità è la possibilità di inserire una fibra lunga all’interno del pezzo grazie al doppio estrusore: con il primo si realizza il pezzo in modo classico, con il secondo viene inserita la fibra lunga, che ne migliora enormemente le proprietà meccaniche, come la resistenza a trazione e a flessione. Questa struttura si comporta come i tondini d’acciaio nel cemento armato: si ottengono pezzi molto leggeri ma con una resistenza che si avvicina o addirittura supera quella delle leghe di alluminio.
Usiamo questa macchina per realizzare pezzi definitivi, non prototipi. Serve per oggetti stabili, con tolleranze strette, buona finitura e alta resistenza a carichi elevati. Per tutto il resto, usiamo le altre macchine che hanno un costo di produzione più basso. La Markforged ha un’ottima qualità, ma è su un altro ordine di grandezza in termini di costi.
In quali settori industriali questa tecnologia può davvero esprimere tutto il suo potenziale?
Ha molto successo nell’ambito dell’automazione, per chi ha linee automatizzate, e nel mondo del Motorsport. Spesso si pensa che introdurre una macchina di questo tipo voglia dire produrre pezzi finiti, ma molto spesso serve per realizzare attrezzaggi: dime di posaggio, staffaggi, griffe, attuatori per robot. Questi elementi normalmente richiedono tempo e costi maggiori perché vanno fresati con centri di lavoro più costosi. Queste macchine sono sempre più diffuse anche nelle PMI, perché diventa fondamentale avere un piccolo sistema per produrre ricambi o migliorare alcuni sistemi interni.
Parliamo di materiali: quali stanno emergendo come più promettenti in questo panorama? Ci sono applicazioni che vi stanno sorprendendo più di altre?
Penso che in realtà sia contrario: i materiali ci sono sempre stati, ma ora si stanno adattando meglio alle tecnologie. Ad esempio, si usa spesso il PLA nelle macchine FDM perché costa poco, è facile da stampare, la resa è buona, anche se le proprietà meccaniche non sono eccellenti. Noi utilizziamo molti materiali diversi, ma sempre in funzione dell’applicazione più che del materiale in sé. Se serve più resistenza meccanica, usiamo ABS, ASA, oppure un materiale caricato in fibra di carbonio, come il nylon con fibra lunga nella Markforged. Se non ci sono particolari esigenze strutturali, possiamo usare anche il PLA. Il grosso vantaggio è la flessibilità: ci mettiamo poco a cambiare materiale. Ci basiamo sul progetto e sulle condizioni operative, poi scegliamo il materiale più adatto. Non dobbiamo adattarci al materiale: è il materiale che si adatta al progetto.
L’altra tecnologia che sembra essere particolarmente adatta alla stampa 3D di circuiti elettronici è la Dragon Fly. Che tipo di circuiti o dispositivi è possibile stampare oggi con questa tecnologia?
Rispetto alle tecnologie citate prima, questa è decisamente una macchina di nicchia.
La utilizziamo prevalentemente in ambito ricerca e sviluppo. Ma è una delle tecnologie che più interessano sia alle aziende private che ai centri di ricerca, perché consente di inserirsi in un settore con una domanda elevatissima, non solo in termini di quantità. La produzione di massa non viene fatta con questa macchina per un problema di numeri, non di possibilità, ma di scala. Grazie a questa tecnologia però, è possibile internalizzare completamente la fase di ricerca e sviluppo di un prodotto, compresa l’ottimizzazione delle PCB, le schede elettroniche. Tutto può essere fatto internamente, con tempi molto più rapidi, mantenendo il controllo sulla proprietà intellettuale. Essendo una tecnologia di additive manufacturing, permette anche di superare alcuni limiti degli standard produttivi tradizionali.Per spiegare brevemente il funzionamento: è una macchina inkjet, come una stampante domestica per la carta, dotata di ugelli da cui vengono rilasciati due inchiostri. Il primo è un materiale conduttivo, a base di argento. Il secondo è un dielettrico, non conduttivo, una resina fotosensibile. Ogni inchiostro ha un suo metodo di solidificazione: uno viene polimerizzato con luce UV, l’altro con luce infrarossa.
In questo modo si può creare un componente bimateriale, con parti conduttive e parti isolanti.Il grande vantaggio è la possibilità di disegnare liberamente le tracce, le linee in cui deve passare l’elettricità, e personalizzarle completamente. Si possono ottenere componenti molto piccoli e complessi in poche ore o al massimo qualche giorno. Parliamo di oggetti ad elevatissimo valore aggiunto. È un mondo vastissimo di applicazioni. Oltre alle PCB, pensiamo a tutto ciò che funziona tramite passaggio elettrico. Con questa macchina abbiamo realizzato componenti funzionanti come piccoli motori elettrici, antenne, sensori di pressione, accelerometri, NFC con induttori…Qualunque dispositivo che richieda una traccia elettrica funzionante può essere prodotto con questa tecnologia.
In più, consente di sfruttare la terza dimensione ottimizzando le geometrie. Questo è un vantaggio che solo l’Additive consente. È una macchina complessa, con molti sensori e filtri, e richiede una buona manutenzione. Ma nonostante il costo elevato, l’output è molto richiesto e ha un valore aggiunto altissimo, perché è praticamente l’unica tecnologia che consente di fare tutto questo internamente.
Secondo la vostra esperienza, quali sono i principali ostacoli o barriere che le imprese incontrano nell’avvicinarsi all’Additive Manufacturing? L’impressione è che, oltre alle difficoltà di tipo economico e organizzativo, ci siano resistenze culturali, come una mancanza di fiducia verso tecnologie nuove, o la fatica ad abbandonare processi consolidati, anche se meno efficienti. È così?
Quello è sicuramente un grosso motivo. Non sono sicuro sia il principale, però per esperienza personale posso dire che è un dato che c’è quasi sempre: la diffidenza che porta a dire “abbiamo sempre fatto così, va bene così, perché cambiare?”. È un po’ un atteggiamento che fa parte del modus operandi, anche italiano, delle piccole e medie imprese. Molte sono restie a pensare alle nuove tecnologie, perché si sentono più sicure con ciò che hanno sempre fatto. Ma ci sono anche tanti imprenditori, giovani e non, che invece decidono di provare, di vedere se può essere vantaggioso. Molti hanno capito che per il loro settore lo è, altri no.
Un altro limite è l’aspettativa esagerata: c’è chi si aspetta che l’Additive sia il miracolo della produzione del ventunesimo secolo e poi resta deluso. Si passa da una diffidenza estrema a un’eccessiva fiducia. Chi è molto fiducioso rischia di fare l’errore opposto, ovvero acquistare una qualsiasi tecnologia additive, magari quella che il commerciale riesce a vendere meglio, pensando che risolverà tutti i problemi. Invece non è così: ogni applicazione ha la sua macchina ideale. È sbagliato pensare che una tecnologia vada bene per tutto e abbia la stessa resa in ogni ambito. Serve consapevolezza. L’Additive non sostituisce le altre tecnologie, ma dà il meglio affiancandole e si posiziona bene in cooperazione con le tecnologie consolidate. Un altro tema riguarda le tolleranze e le finiture. Con l’Additive non si possono ancora raggiungere le tolleranze di un centro di lavoro. Alcune macchine ci si avvicinano, ma non possono garantirle sempre. Le finiture sono leggermente più scarse. Tutto dipende da cosa serve realizzare.
Sempre a proposito di resistenze culturali, il fatto che abbiate una linea pilota e offriate la possibilità di testare le tecnologie prima dell’investimento è di grande aiuto per acquisire consapevolezza, giusto?
Assolutamente sì. Facciamo un po’ da ponte per proporre l’utilizzo della tecnologia. Riceviamo l’applicazione o il progetto e non è detto che si scelga l’Additive: a volte la tecnologia migliore è il centro di lavoro. L’obiettivo non è ostinarsi a usare l’Additive solo perché è quella la nostra specializzazione, ma ottenere il risultato migliore.
Come vengono integrate queste tecnologie nella vostra linea pilota? L’azienda può testarle direttamente? Usarle per prototipi? Oppure sono impiegate più in ambito dimostrativo o formativo?
Abbiamo diverse applicazioni. Organizziamo corsi di formazione, quindi usiamo le macchine per mostrare come funzionano. Oppure le aziende possono usufruire del servizio “test before invest”: siamo noi a utilizzare le macchine, ma forniamo loro il prototipo o l’oggetto da testare. Le nostre macchine non sono da vetrina: lavorano davvero, e vogliamo che lavorino. Non ci interessa essere uno showroom, puntiamo a dimostrare concretamente il valore della tecnologia. Supportiamo anche team universitari in gare di moto, Formula SAE, barche, realizzando per loro componenti, quasi sempre in Additive, scegliendo ogni volta la tecnologia più adatta. Anche questo concetto di sponsorship per noi è vantaggioso.
Qualche esempio di case study particolarmente interessante?
Con i team studenteschi ci spingiamo davvero avanti, proponendo anche design innovativi. Di recente abbiamo realizzato uno scambiatore di calore molto complesso, in metallo e di dimensioni importanti. È stato un progetto davvero sfidante. Abbiamo prodotto oltre 150 componenti in polimero e una ventina in metallo per moto, auto e barche da competizione. Abbiamo realizzato eliche in alluminio, ma anche versioni in polimero rinforzato con fibra di carbonio. Per le aziende invece realizziamo molti componenti che non sono “wow”, ma sono quelli più richiesti: dime di posaggio, griffe per robot, attuatori. Pezzi semplici, ma fondamentali. I progetti più sfidanti, invece, li affrontiamo con università, team studenteschi e ospedali come il Rizzoli. Ad esempio, abbiamo realizzato una colonna vertebrale con deformazioni specifiche: un pezzo unico e molto interessante.
Come osservatori privilegiati dell’innovazione industriale, che evoluzione vedete nei prossimi anni sul fronte delle tecnologie additive? Quali sono le traiettorie più interessanti e che pensate siano da tenere d’occhio?
Io credo che la tendenza, almeno per quanto riguarda noi e forse per tutto il mondo occidentale, sia quella di lavorare in maniera più efficiente. Puntare alla riduzione degli sprechi e dare maggiore attenzione alla persona. Questo, combinato con la crescente diffusione dell’intelligenza artificiale, porterà a un’integrazione sempre più forte tra uomo e macchina, dove l’essere umano sarà centrale dal punto di vista decisionale, e non più solo come operaio nel senso tradizionale. L’integrazione e la comunicazione tra tecnologie, lo scambio dei dati: queste sono le vere questioni. L’Additive è semplicemente uno strumento che si presta bene per sua natura, ma il punto è la visione complessiva del futuro dell’industria. Il mondo della produzione si sta dirigendo verso la digitalizzazione spinta. I dati sono ormai il vero valore aggiunto. Usarli per migliorare ed efficientare la produzione è la chiave. Quindi questa, secondo me, è la prossima rivoluzione industriale, che forse stiamo già vivendo, e l’Additive è semplicemente una delle pedine mosse in questo sistema.
