Con l’avanzare della società e delle tecnologie che ci sostengono giornalmente, cresce la richiesta di un’impronta più sostenibile sul pianeta anche nelle produzioni industriali, ed anche la stampa 3D e la manifattura additiva capitano sempre più spesso sotto la lente della sostenibilità.
Ma in che modo la manifattura additiva impatta sul consumo energetico? L’impatto della Manifattura Additiva sul consumo energetico
I punti da prendere in considerazione sono 4.
Riduzione della materia prima
Ridurre la quantità di materia prima richiesta è il primo tassello della catena. Le attività di estrazione dei metalli e dei minerali necessari alla produzione dei materiali grezzi si aggiudica il consumo più alto di energia su tutta la filiera manifatturiera. Più materiale si rende necessario, più l’estrazione e la lavorazione delle materie prime aumenta il suo impatto energetico. Andando a ridurre questa richiesta, la manifattura additiva riesce ad ammortizzare l’impronta energetica già a partire dalla base.
Compressione delle iterazioni di sviluppo
Nel percorso di sviluppo tradizionale di un prodotto sono previsti numerosi step tra cui la produzione di stampi e master per la produzione di prototipi e preserie. Dopo ogni test fallito e ogni modifica progettuale è necessario ripetere tutti gli step intermedi, comportando un aumento di costi, risorse e tempi di sviluppo. La manifattura additiva ed in particolare la stampa 3D riesce ad accorciare drasticamente la catena di azioni necessarie allo sviluppo di un prodotto, grazie alla sua natura digitale. Dalla progettazione si passa direttamente alla produzione. Ogni modifica o correzione diventa istantanea: niente più produzione preliminare di stampi e master, niente più preserie che necessitano di un numero minimo di produzione. In un solo step, dal bit all’atomo.
Ottimizzazione topologica e parts consolidation
Ottimizzazione Topologica
Un elemento da prendere in considerazione è da identificare ancora prima della fase di produzione vera e propria: l’ottimizzazione topologica.
Ottimizzare topologicamente un componente significa analizzarne la funzione, il contesto di esercizio e le forze in gioco nel suo ciclo di vita, e riprogettarlo in modo da ottenere un pezzo più resistente, più leggero ed esaltandone le performance.
Come oramai abbiamo ripetuto più volte, la manifattura additiva consiste in un processo di aggiunta di materiale, che già di partenza riduce il materiale di scarto durante la produzione, impegnando solo quanto necessario.
Ottimizzando le geometrie di un oggetto è possibile fare ancora un passo avanti, andando a ridurre l’impiego di materiale dove non necessario e a rinforzare gli elementi sottoposti a stress.
Questo comporta non solo un ulteriore risparmio di materia prima, ma anche una riduzione dei tempi e costi di produzione.
Se ora prendiamo in considerazione i settori dell’automotive, dell’automazione industriale e della robotica, l’ottimizzazione topologica comporta una significativa riduzione del peso dei componenti stampati in 3D. Un alleggerimento delle parti che compongono un macchinario di produzione va ad incidere sull’efficienza del macchinario e sul consumo energetico richiesto alla macchina per operare.
Parts Consolidation
Per parts consolidation invece, si intende il processo che permette di ridurre più componenti a 1 o più pezzi monolitici. A differenza dei tradizionali metodi di produzione come la CNC, la stampa 3D e la manifattura additiva permettono un grado di libertà maggiore durante la fase di produzione. Questo comporta la possibilità di andare a “pre-assemblare” componenti originariamente multi-parte, in pezzi monolitici.
Un esempio di questa pratica è il nostro caso di studio Sangro Automazione, nel quale l’EoA del robot collaborativo è stato riprogettato andando a diminuire il numero delle componenti da 12 a 6 pezzi andando a influire direttamente sull’efficienza del robot che ha visto un’importante riduzione dell’usura e un’estensione del suo ciclo di operatività.
Localizzazione della produzione
I sistemi di produzione tradizionali, quali fonderie, linee di stampaggio ad iniezione e impianti cnc, necessitano di stabilimenti di grandi dimensioni ed in più necessitano di spazi di stoccaggio sia per materie prime che attrezzaggi per le linee di produzione. Al contrario, la produzione additiva permette di andare a ridurre drasticamente lo spazio necessario allo stoccaggio di materie prime e riducendo al contempo lo spazio necessario per l’impianto di produzione.
In oltre, un punto di vantaggio fondamentale della stampa 3D è la natura “portable” dei macchinari, che essendo facili da spostare e ricollocare, rendono possibile la capillarizzazione degli stabilimenti produttivi con il minimo spazio necessario, avvicinando il fornitore al cliente.
Questo si traduce in un abbattimento dei costi di logistica e approvvigionamento, sia in termini monetari sia in termini ecologici, con una riduzione di CO2 legata agli spostamenti merce e una richiesta minore di carburanti.
Fonti
Leendert A. Verhoef, Bart W. Budde, Cindhuja Chockalingam, Brais García Nodar, Ad J.M. van Wijk, “The effect of additive manufacturing on global energy demand: An assessment using a bottom-up approach“ 2018