Innovazione tecnologica

Il produttore della mia automobile è una stampante 3D

Mark Crawford

Come la rapida espansione delle capacità di stampa 3D sta cambiando il modo in cui le auto vengono progettate e prodotte.

Prima di offrire finestrini colorati e cerchioni fantasiosi, le case automobilistiche proponevano agli acquirenti alcune possibilità di personalizzare la loro nuova auto. Ma ora tutto questo sta cambiando.

Secondo gli esperti e i ricercatori del settore automobilistico, le tecnologie di simulazione al computer e di stampa in 3D possono cambiare in modo significativo il modo in cui le persone sono in grado di personalizzare le loro auto, dai componenti del motore ai copricerchi decorati.

“Il semplice fatto che sia possibile creare qualcosa al computer, fare clic su ‘stampa’ e guardare la vostra creazione materializzarsi davanti ai vostri occhi è incredibile”, ha affermato Jay Rogers, CEO di Local Motors, una casa automobilistica statunitense che nel 2014 è diventata la prima azienda a stampare in 3D un veicolo completo.

Olli di Local Motors è il primo bus autonomo al mondo stampato in 3D, ed è immortalato qui con il suo creatore, Edgar Sarmiento. Foto di Jason Dixson Photography. www.jasondixson.com
Olli di Local Motors è il primo bus autonomo al mondo stampato in 3D, ed è immortalato qui con il suo creatore, Edgar Sarmiento. Foto di Jason Dixson Photography. www.jasondixson.com

Se qualcosa può essere inventato o progettato in un file CAD, ha affermato Rogers, può essere stampato in 3D: un paraurti, un alettone personalizzato o un pistone per il motore.

Secondo Irene Petrick, Director of Business Strategy dell’Energy Solutions Group di Intel, la stampa in 3D è una delle tre tendenze principali che determinano la produzione al giorno d’oggi.

“Digitalizzazione, automazione e stampa 3D stanno trasformando la produzione in un’infinità di modi”, ha affermato Petrick.

“Ciascuna di esse sta portando nuovi controlli di qualità, una nuova gestione del processo di sviluppo e metodi efficaci per realizzare prodotti”, ha affermato. “Queste tendenze dimostrano che i produttori sfruttano la rapida evoluzione tecnologica per migliorare il modo di produrre”.

Ha affermato che la stampa 3D consente alle case automobilistiche di realizzare rapidamente prototipi dei nuovi progetti e rendere alcuni componenti più economici ed efficienti.

Per stampare in 3D i copricerchi viene usato un mix di materiali.
Per stampare in 3D i copricerchi viene usato un mix di materiali.

Una macchina robusta dall’ottima resa per componenti e prototipi

Realizzati tramite un processo di produzione additiva (AM, Additive Manufacturing) in cui si fondono insieme strati su strati microscopici, i componenti stampati in 3D possono offrire prestazioni superiori e durare molto di più delle controparti tradizionali.

“Immaginate che il vostro medico vi consigli un sedile personalizzato per alleviare i problemi alla schiena”, ha affermato Rogers. “O a come le persone disabili, che devono acquistare costosi veicoli speciali, potranno selezionare in futuro le esatte esigenze di configurazione con il programma di un computer”.

Se la stampa 3D è stata usata soprattutto per il concept design e la prototipazione, questa tecnologia è davvero promettente, e include la possibilità di materializzare fisicamente un componente funzionante nelle mani del progettista nel giro di pochi giorni, anziché nelle settimane o mesi richiesti dai metodi tradizionali.

Stampanti 3D rilasciano componenti per auto su un nastro trasportatore.
Stampanti 3D rilasciano componenti per auto su un nastro trasportatore.

Nella maggior parte dei casi la stampa 3D si basa su un processo denominato “Powder Bed Fusion” (fusione su letto di polvere). Minuscole particelle del materiale di produzione vengono disposte secondo uno schema preciso, derivato dal CAD, e fuse insieme dal laser o da un fascio di elettroni. Il pezzo viene realizzato dal basso verso l’alto, strato per strato.

Portare la stampa 3D al livello successivo

Secondo Tim Simpson, professore di ingegneria meccanica e nucleare e co-direttore del laboratorio 3D della Penn State University, le maggiori dimensioni e la possibilità di usare diversi materiali consentono alle stampanti 3D di offrire di più.

“Le plastiche evolute sviluppate oggi sono particolarmente adatte per i veicoli e le applicazioni aeronautiche”, ha affermato, aggiungendo che le case automobilistiche sono molto ricettive per quanto riguarda i metalli e le leghe ad alta temperatura, plastiche e ceramiche.

“Questi materiali rendono i veicoli più leggeri e più efficienti dal punto di vista energetico”.

Utilizzando le stampanti 3D, le case automobilistiche possono contenere i costi, migliorare l’efficienza e ridurre l’impatto ambientale della produzione. Il costo associato al passaggio a un nuovo design di auto può costare meno per i veicoli stampati in 3D rispetto agli strumenti di produzione tradizionali, che richiedono inoltre più spazio rispetto alle attrezzature per la stampa 3D.

Ad esempio, il modello di business della Local Motors si basa su “micro-fabbriche” in grado i produrre veicoli in piccoli lotti.

“Iniziamo a vedere un accenno di rivoluzione su mercato, con i produttori più piccoli che propongono veicoli altamente personalizzati”, ha affermato Simpson.

I colossi del settore come la Peugeot, ad esempio, si sono recentemente alleati con una startup della stampa 3D per avviare la stampa di componenti.

Una nuova era di creatività

La stampa 3D e le tecnologie che la rendono possibile offrono agli ingegneri l’immensa libertà di condividere, collaborare e visualizzare il processo di progettazione in modi nuovi.

“La stampa 3D richiede una buona dose di pianificazione e la simulazione preventiva, operazioni che consentono di ottenere progetti migliori, produzione più veloce e qualità superiore”, ha affermato Petrick.

Un esempio rappresentativo è un recente progetto della Penn State University, in cui un cliente ha chiesto al team ingegneristico di Simpson di progettare e stampare in 3D la corona di un pistone (la parte superiore di un pistone che deve resistere a temperature di esercizio estremamente elevate). Il lavoro comprendeva la progettazione con il programma CAD del posizionamento e del dimensionamento dei canali di raffreddamento e di lubrificazione nella corona.

Modello CAD della corona del pistone sviluppato dal team ingegneristico della Penn State University che mostra i canali di raffreddamento interni e le nervature di supporto, reso possibile dalla produzione additiva con metallo. Crediti: Corey J. Dickman, Penn State CIMP-3D.
Modello CAD della corona del pistone sviluppato dal team ingegneristico della Penn State University che mostra i canali di raffreddamento interni e le nervature di supporto, reso possibile dalla produzione additiva con metallo. Crediti: Corey J. Dickman, Penn State CIMP-3D.

“Ciò ci consente di creare un design che rimuove il calore in modo più rapido e migliora complessivamente il controllo termico nel pistone”, ha spiegato Simpson.

Ma la digitalizzazione della produzione è costellata di difficoltà e colli di bottiglia”, ha aggiunto Simpson.

“Le opportunità sono enormi, ma gli strumenti sono ancora arretrati”, ha concluso.

Siamo appena agli inizi delle prospettive che il futuro ci riserva per la tecnologia di stampa 3D. La dimensione della macchina, la velocità di realizzazione, la produzione in grandi volumi e la garanzia che le auto stampate in 3D siano sicure in autostrada sono tutte sfide da superare prima della commercializzazione completa dei veicoli in 3D.

Nonostante ciò, Rogers di Local Motors ha fiducia nel futuro.

“Saremo in grado di offrire al mondo un tipo di veicolo completamente nuovo”, ha affermato, “con effetti benefici sulle risorse finanziarie, l’ambiente e le persone.”

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