Dall'Italia 3D4Steel, stampante 3D a polveri d'acciaio

La stampa 3D è solo all'inizio della sua storia e della sua rivoluzione del mondo della produzione. Con una formazione nell'azienda di famiglia, attiva nella produzione macchine industriali, Ivano Corsini ha sempre avuto un occhio vigile sull'innovazione, fondando nel 1997 la prima azienda italiana attiva nella simulazione grafica 3D con cinematismi di sistemi industriali. Più recentemente si è avvicinato alla stampa 3D: ha cominciato a farsi le ossa sulle stampanti 3D a filmento, creando nel 2016 l'azienda 3D4Mec, cominciando a maturare l'idea di un service globale di stampanti 3D per metalli, nella direzione di una filiera in cui a viaggiare fossero disegni e progetti e non i pezzi, stampati invece in loco tramite stampanti commerciali. Per diversi motivi l'idea si è rivelata troppo complessa per lo scenario attuale, anche per la scarsa specializzazione delle macchine 'generaliste' multimetalli, con problematiche di contaminazione incrociata alternando materiali diversi sul piatto di stampa, con conseguenti difetti strutturali dei pezzi stampati. Bastano in fatti parti per milione di particelle di titanio per creare difettosità nelle stampe di acciaio.

Convinto che comunque il mondo dell'Additive Manifacturing rappresenti il futuro, Corsini ha cambiato del tutto approccio, partendo dal processo. Ha creato un metodo di lavoro, definito CorSystem, per affiancare le aziende e capire quali vantaggi può portare la stampa 3D di acciaio per ognuna di esse; alla fine del processo di analisi arriva poi la stampante 3D per acciaio 3D4Steel, costruita dall'azienda e che punta a portare una piccola rivoluzione sul mercato.

Come le aziende che producono stampanti per i fogli di carta lucrano sui consumabili, metodi simili sono utilizzati per aumentare la redditività delle stampanti 3D a metalli. Blocchi hardware e software spesso infatti non permettono di utilizzare materiali di fornitori terzi, legando indissolubilmente il cliente al produttore anche nella fornitura delle polveri di metallo. Questo legame può portare a pagare i consumabili più di tre volte il prezzo di mercato. La 3D4Steel si presenta invece come una stampante aperta, prodotta su commissione con le specifiche richieste del cliente, ma senza blocchi e in grado quindi di utilizzare, dopo opportuna caratterizzazione, tutte le polveri di acciaio non reattive presenti sul mercato.

Ivano Corsini ha scelto le polveri non reattive, come l'acciaio 316L, sia perché l'acciaio è in generale il materiale più economico per la maggior parte delle applicazioni, sia perché in questo modo si limitano le possibilità di incidente, aumentando la sicurezza lungo tutta la filiera di gestione, evitando l'uso di polveri piroforiche, come quelle di titanio e alluminio.

Il metodo CorSystem inizia con l'affiancamento del cliente per capire da quale pezzo o progetto partire per cominciare a sperimentare l'utilizzo della stampa 3D in produzione. Questa parte è fondamentale, in quanto è necessaria grande esperienza per approcciare il problema. Non è semplicemente una questione di sostituzione del processo di produzione del pezzo, ma si tratta di capire dove e se la stampa 3D può portare effettivi benefici. In alcuni casi sono molto evidenti, come in un caso di studio che ha visto sostituire 3 pezzi di una macchina confezionatrice con un pezzo unico stampato in tre dimensioni. Un progetto particolare che ha messo in luce le potenzialità della stampa 3D: si tratta di un braccetto piegatore di una macchina impacchettatrice automatica, cavo all'interno per il passaggio dell'aria.

Da un progetto scomposto in tre parti, in tre materali diversi (acciaio, alluminio e ferro) si è passati a un monoblocco stampato in 3D (in foto qui sopra), che riduce non solo il tempo totale di produzione del pezzo, ma anche il numero di voci a magazzino, ognuno di un materiale differente e con trattamenti diversi. Per Ivano Corsini la parte 'preproduzione' di studio è fondamentale affinché l'introduzione della stampa 3D possa portare a reali benefici e rappresentare un investimento con un reale ritorno economico. Nel caso di studio l'introduzione della 3D4Steel da parte dell'azienda Au.Te.Bo. ha permesso di abbattere i costi e i tempi di produzione del 78%, limitando anche l'uso di fornitori esterni, massimizzando i margini.

Non secondario è lo studio relativo all'orientazione del pezzo sul piatto di stampa, per massimizzare le caratteristiche strutturali sul pezzo e semplificare le lavorazioni successive. I pezzi che escono dalla stampante richiedono trattamenti di finitura, al pari dei getti di fonderia. Un saggio orientamento permette anche di utilizzare meno supporti (stampati in acciaio, ma facilmente removibili con una semplice pinza).

Le stampanti vengono realizzate su commissione in base alle esigenze del cliente. Si tratta di stampanti SLM - Selective Laser Melting - che utilizzano un fascio laser per fondere le polveri e creare il pezzo strato per strato dal letto di polvere. La stampa avviene in una camera sotto azoto. I piatti di stampa che possono arrivare a 350x350x350mm. Il piatto è in acciaio ed è riutilizzabile dopo ogni stampa dopo una semplice rettificazione. Utilizzando solo acciaio 316L, scarti e rifiuti (come i filtri) non vengono considerati rifiuti speciali e possono essere smaltiti come comuni rifiuti metallici. Inoltre il 99% delle polveri utilizzate nel processo di stampa può essere riciclato. Le stampanti non richiedono camera bianca e possono operare in ambiente normale.

Le macchine utilizzando una sola testa laser con potenze a partire da 300 W, per minimizzare eventuali difetti da doppia esposizione del materiale, possibili nelle configurazioni a più teste. Nelle versioni a piatto di stampa piccolo è possibile operare con velocità di stampa inferiore ai 5 secondi per strato. È possibile raggiungere densità pari al 99%. Essendo ogni progetto una consulenza a sé stante, 3D4Steel non ha un catalogo dei propri prodotti, ma l'investimento richiesto è di circa 250.000 Euro per una macchina di stampa base.

Per diverse ragioni, tra cui il consumo energetico, non è stato possibile mettere in funzione la stampante nel luogo milanese della conferenza stampa, ma ci auguriamo di riuscire a fare un salto presto dalle parti di Sasso Marconi per vedere all'opera la stampa 3D in acciaio.

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