Stampa 3D nel settore automotive: un successo ad alta velocità

Grazie ad un fortunato rapporto, l’avere uno scenario economico di altissimo livello oggi è realtà, senza parlare delle competenze e delle specifiche tecniche disponibili.  In Italia il settore automotive ha numeri che sono importanti e possono essere focalizzati più nel dettaglio.
 
La stampa 3D negli anni si è rivela un continuo supporto di innovazione nel settore automotive.  
E per innovazione intendiamo un processo di evoluzione a 360 gradi, in cui i focus sono molteplici: la linea produttiva manufatturiera, quella del design, dello stile e, non ultimo, quella dedicata alle parti di ricambio e pronte all'uso.
Per non parlare di performance di materiali, ideali per questo settore (come può essere il Nylon 12CF) o delle novità anche 2023 in tema di sistemi di additive manufacturing Stratasys F3300 (è un esempio, di cui parleremo più avanti).  
Si parla di un mondo enorme, grandissimo, con una potenzialità inimmaginabile. Punto per punto è rilevante pensare a come la stampa 3D assuma un impatto forte nell’ottimizzazione dei processi, portando il settore automotive a un gradino più in alto verso design più innovativi, produzioni più snelle, stili incredibili e personalizzabili nonché a una grande versatilità nella ricostituzione di parti non più in uso o di parti pronte all’uso (o di ricambio).  

I materiali  

I materiali sono una parte fondamentale del successo della stampa 3D a servizio del settore automotive.  
Alcuni, specie tra i termoplastici, posseggono una resistenza, una capacità meccanica, una versatilità tale che è impossibile resistere al loro fascino.  

Oggi come oggi l’offerta è molto vasta. Non si parla più solo di materiali “unici”, come può essere l’Ultem 9085, il Policarbonato, o l’ASA, ma anche di quelli, cosiddetti “compositi”, costituiti ovvero da due o più elementi, volti al rinforzo del materiale stesso.  

E di materiali compositi se ne parla molto negli ultimi tempi, in particolare di quelli caricati in fibra di carbonio, che permettono di stampare dei pezzi di eccezionale resistenza e caratteristiche meccaniche.  

In particolare, il Nylon 12CF (ovvero, caricato carbonio), è uno di quelli disponibili sulla nuova Stratasys F3300, il sistema di additive manufacturing appena annunciato e mostrato al mondo da Stratasys, in occasione di Formnext 2023.  

Stratasys F3300 

Questo innovativo sistema di additive manufacturing si presenta con grandi dimensioni e, appunto, diversi materiali con cui lavorare, tra cui anche il nylon 12CF.  

La tecnologia è FDM (Fused Deposition Modeling) e la grande novità è una vera e propria rivisitazione in chiave tecnologica della parte hardware e software per fornire all’operatore un’esperienza avanzata, in termini di velocità di stampa, affidabilità e produttività della macchina.  

In più, Stratasys F3300 è un sistema ideale, oggi, in particolare per alcuni settori di mercato, tra cui proprio l’automotive.  

Questo vuol dire che la libertà di progettazione, la possibilità di integrazione con MES, la velocità di produzione alla quale ancora non siamo decisamente abituati, fa di F3300 un sistema AM con una vera e propria marcia in più.
Utilizzare questa macchina, in altre parole, significa dare una forte spinta alla produzione, soprattutto se questa è destinata a dover realizzare grandi numeri.  

I dati 

Secondo i dati del Ministero dei trasporti, “a ottobre 2023 sono state immatricolate 139.052 autovetture a fronte delle 115.852 iscrizioni registrate nello stesso mese dell’anno precedente, pari ad un aumento del 20,03%”  

La macchina, quindi, è e resta sempre di più un bene importante e di mercato.  
“Il volume globale delle vendite mensili, pari a 633.605, ha interessato per il 21,95% vetture nuove e per il 78,05% vetture usate”. 
Secondo A.N.F.I.A (Associazione Nazionale Filiera Industria Automobilistica): “nel cumulato dei primi nove mesi del 2023, le immatricolazioni sono state circa 1,18 mln, in aumento del 20,5%”. 
E l’alimentazione alternativa non è un dato da sottovalutare. 

“Le immatricolazioni delle auto ad alimentazione alternativa rappresentano il 55,2% del mercato del solo mese di settembre 2023, con volumi in aumento rispetto allo stesso mese del 2022 (+26,9%)”. 

Stampa 3D e produzione  

La stampa 3D, nella parte puramente di produzione del veicolo, interviene in diversi ambiti, come ad esempio  

• Jigs and fixtures 
• Tooling 
• Progettazione  
• Parti finite 

In questa fetta del settore, vediamo come i sistemi di additive manufacturing e in particolare i materiali resistenti, tecnici, magari anche caricati, entrano a gamba tesa e ottengono performance di grande valore.  

Progettazione 

Dove è possibile, infatti, arrivare in alcuni casi anche a dimezzare i tempi di progettazione, il guadagno ricavato è davvero importante. Specialmente in questo passaggio, cruciale per il successo del veicolo sul mercato, la parte progettuale ha bisogno di tempo e soprattutto di libertà e l’unico modo per fornirla è, appunto, permettere processi di ottima qualità e veloci, affidabili.  
Questo può accadere se a prendere in carico la progettazione è, per la parte di competenza, una stampante 3D o un sistema di additive manufacturing (in particolare con tecnologia FDM), per ovvi motivi: il pezzo stampato in termoplastica, anche particolarmente tecnica, è già pronto all’uso e alcuni di questi filamenti, per una loro caratteristica di estrema resistenza, sono capaci addirittura di diventare parte integrante della macchina, contribuendo ad alleggerimenti di peso e a personalizzazioni altrimenti non possibili.  

Jigs and fixtures 

 Anche queste applicazioni assumono una certa importanza nell’accelerazione dei processi di costruzione, specie nelle cosiddette fasi di catena di montaggio.  

Girano da anni immagini di un famoso attrezzo sviluppato da BMW, dedicato esclusivamente all’apposizione del logo sulla carrozzeria della vettura.  

Per chi non l’avesse mai visto, è un attrezzo stampato in termoplastica da un sistema di additive manufacturing Stratasys di grandi dimensioni, è ergonomico per facilitare la presa all’operatore e, in un movimento, appone il logo dove previsto permettendo un guadagno notevole di tempo e soldi.  

Questo è solo un aspetto, storicamente ricordato per essere una svolta verso l’evoluzione, specie nel mondo Stratasys. Oggi il panorama è vastissimo, gli scenari si sono ampliati al mondo delle corse, i materiali utilizzati decine e decine, la resa come parti finite è ineguagliabile.   

Tooling 

Riflessioni simili si possono fare per il tooling, applicazione per la quale, da tempo, le aziende si sono date da fare per integrare un sistema di stampa 3D all’interno della cosiddetta factory floor.  

La creazione di strumenti, o di parti di questi, influisce positivamente sulla produzione, sotto molti punti di vista: l’incremento della velocità di lavoro della manodopera grazie a parti più leggere è un esempio per tutti.  
Come racconta Bob Heath, Additive Manufacturing Applications Engineer di Eckhart, in un case study Stratasys proprio dedicato al tooling: “Questi strumenti vengono utilizzati 60 volte all'ora per un turno di 8 ore, 3 turni al giorno, 6-7 giorni alla settimana".  
"Con i materiali Stratasys – continua Heath - di grado ingegneristico, il Nylon 12 con fibra di carbonio e la resina ULTEM™1010, siamo in grado di produrre soluzioni durevoli e durature, in grado di resistere ai rigori dell'ambiente automobilistico". 

Parti finite 

Che siano all’interno del veicolo o parte di un processo dedicato alla sola sperimentazione o all’introduzione di una parte stampata in 3D all’interno di macchine dedicate a settori più mirati (come ad esempio il racing o simili), ecco che le parti finite sono le protagoniste.  

Questo perché si possono costruire secondo le esatte esigenze del progettista, dell’azienda o di chi progetta il veicolo. In più la resistenza di alcuni materiali magari provenienti da uno stato iniziale di polvere, li rende particolarmente compatti, resistenti ed economici rispetto alla qualità che possono ottenere (come, ad esempio, Pa11 e Pa12 CF, con le quali la tecnologia SAF di Stratays ottiene parti eccellenti).

Design  

Chi non desidera dettagli unici, classe e in un certo senso, il lusso del personalizzato? Ecco. Oggi queste sono possibilità aperte anche in ambito automotive.  
Il mercato si evolve. Lo stile poi, non ne parliamo. Oggi il design, il flusso creativo, le idee e la progettualità sono tutti step supportati da sistemi di stampa 3D che, addirittura, riescono a stampare direttamente sul tessuto o valorizzano, attraverso la produzione di parti in numerosi materiali anche molto diversi fra loro,  unici e imperdibili particolari.  
Le possibilità sono infinite non solo per la struttura ma anche per il colore.  
Al giorno d’oggi la riproduzione di effetti ma anche di gradazioni, colori pieni o sfumature, è realtà e ha la libertà di essere adottata in innumerevoli applicazioni.  

Anche il racing subisce il fascino della stampa 3D 

Lo sapevate? Sempre di più chi si occupa di racing e più in generale di corsa sportiva e competizione, ammicca all’occhiolino che la stampa 3D ripete da tempo. E questo perché? La risposta è semplice. Perché il potenziale offerto per migliorare le prestazioni è enorme e verticale.  

Prendiamo ad esempio uno dei punti importanti affinché una macchina da corsa possa essere estremamente performante in competizione: la velocità e l’innovazione. E fin qui.  

Cosa rende una macchina veloce e competitiva? Potenza e leggerezza, per esempio.  

E allora via all’introduzione di parti pronte all’uso create con sistemi di additive manufacturing e materiali estremamente tecnici, utilizzabili direttamente sul veicolo con la finalità di diminuirne il peso in maniera decisamente importante.  
Se poi, a questo, aggiungiamo il fatto che il design for additive manufacturing è una realtà altrettanto applicabile per l’ottimizzazione di alcune parti determinanti per l’esito delle prestazioni finali, allora beh, è facile intuire quanto potenziale ci sia non solo dietro all’impiego di una tecnologia ma anche dietro un mix di alcune applicazioni e tecnologie allo stesso tempo.  
Le parti che si possono inserire all’interno di una macchina sono molteplici, di varie dimensioni e di numerosi materiali. Alla stregua di quelli subito adottabili, esistono quelli che permettono progettazioni ottimizzate e creazioni di parti anche di ricambio “on stage”, o “live” che dir si voglia.  

Più green 

Il panorama italiano per l’alimentazione delle autovetture è notevolmente incoraggiante, anche rispetto ai major market europei.  
Sempre secondo ANFIA, L’Italia è “il paese con la quota più alta di autovetture ibride non ricaricabili, con il 39,4% (seguita dalla Spagna, e dall’UK che ne detengono il 34,3), ed è secondo per quanto riguarda le diesel (con il 15,2%) al mercato tedesco, che ha il 17,8% delle immatricolazioni del mese di vetture a gasolio”. 
“Italia – prosegue il rapporto ANFIA - che si conferma al primo posto anche per la quota delle alimentate a gas (8,1%), ma detiene la minor market share di ricaricabili: 7,6% la quota aggregata di elettriche e plug-in, le quali sono rispettivamente il 3,6% e il 4,0%.” 

In tutto questo, la stampa 3D ha un suo peso specifico.  

Stampare parti senza previsione di scarto è, infatti, una delle più grandi ragioni per le quali è chiaro a tutti che la stampa 3D ha un’impronta fortemente green e sostenibile.  
Sappiamo che è importante questo aspetto, abbiamo tutti la consapevolezza che anche il minimo gesto propenso a un contributo positivo per salvaguardare l’ambiente, è intensamente fondamentale.  
La libertà di avere uno strumento che aiuta a questo scopo non solo nel prodotto finale ma anche in termini di velocizzazione di produzione (e quindi di energia risparmiata), è un elemento molto importante.  
In più, una naturale ottimizzazione di tempo di lavorazione di parti stampate in 3D limita l’utilizzo dell’energia e dei costi da affrontare: in un’ottica di maggiore sostenibilità, questa si prospetta come una dinamica ottimale per la gestione di almeno parte della produzione del settore.  

Il team Race UP va veloce come il vento con la stampa 3D

La stampa 3D corre anche nei circuiti. E una delle competizioni in cui è stata ben presente è proprio Formula student. 
Formula Student è una competizione automobilistica internazionale che coinvolge università da tutto il mondo. La sfida prevede la progettazione e la costruzione di auto da corsa che vengono confrontate tra di loro sulla base di una serie di prove tecniche, gare in pista e analisi dei rispettivi business plan. 

Il team Race UP dell’Università degli Studi di Padova si è aggiudicato importanti vittorie nelle competizioni universitarie. Al successo hanno contribuito anche sponsor tecnici come Due Pigreco, che ha ottimizzato e realizzato particolari dei bolidi in additive manufacturing, sfruttando le qualità delle stampanti Stratasys fornite da Energy Group.



"Il 2023 è stato un anno generoso per l’Italia, che ha visto il team Race UP dell’Università degli Studi di Padova aggiudicarsi il primo posto in numerose discipline nella Classe 1C, riservata ai veicoli a benzina. “Il team, coordinato dal professor Giovanni Meneghetti di Progettazione meccanica e costruzione macchine, ha ottenuto risultati straordinari, in particolare in due distinti eventi”, spiega Marco Martello, Responsabile ingegneria meccanica (Combustion Division – Powertrain) di Race UP.

I risultati

“A Varano de’ Melegari - continua Martello - ci siamo classificati al primo posto nella Formula Student ATA grazie ai successi nelle categorie Cost and manufacturing, Engineering design, Skid pad, Autocross ed Endurance. In Ungheria, all’interno dell’autodromo dell’Hungaroring, il primo posto nella Formula Student East è stato ottenuto grazie alle vittorie in Business plan presentation, Engineering design ed Endurance. A parte alcuni componenti reperibili in commercio, tutto il resto è stato progettato, sviluppato e costruito da zero”.

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