Quando una nuova tecnologia si diffonde è normale che si parli soprattutto delle sue peculiarità e dei miglioramenti che può portare. Per una valutazione ben ponderata occorre considerare però anche i punti deboli, con un occhio al presente e uno alle prospettive future
di Diego Torazza
Nell’introdurre questa serie di articoli dedicati alla tecnologia di produzione addittiva Selective Laser Melting si era da subito posto l’accento sulla fondamentale differenza che la separa dalle più comuni ed economiche tecniche di rapid prototyping dedicate ai materiali plastici. Come detto, la principale differenza (a parte ovviamente il materiale, metallico in questo caso) è nelle proprietà meccaniche dei pezzi, che sono uguali – ed in certi casi superiori – a quelle ottinibili, a parità di lega, con tecnologie convenzionali. Si tratta di un risultato notevole: parlando di radid prototyping sui materiali plastici, è alla portata soltanto dei macchinari più evoluti e costosi.
I requisiti della macchina
Tutto ciò però ha una contropartita, non solo sul piano economico. Quasi tutte le macchine che lavorano su materiali plastici, a livello di installazione e gestione, sono davvero poco diverse dalle convenzionali stampanti e fotocopiatrici da ufficio: di norma non richiedono precauzioni particolari.
Una macchina SLM, a prescindere dalle dimensioni, è da considerarsi invece un sistema complesso, alla stregua delle convenzionali macchine da officina. Non in termini di peso: proprio grazie al principio di funzionamento differente, nulla ha a che vedere con le macchine utensili. Neppure l’alimentazione elettrica è problematica: sono sufficienti pochi kilowatt e molte macchine addirittura lavorano con corrente monofase 220V.
Un ambiente dedicato per i migliori risultati
Per motivi sia tecnologici che normativi però la gestione del materiale utilizzato non è attualmente automatizzata e completamente separata dall’esterno della macchina. Le polveri metalliche della tipologia e granulometria adatta al processo vanno custodite e maneggiate con cautela sia per la sicurezza (presentano un rischio di infiammabilità) sia per la salute (occorre evitare contaminazione ambientale e rischi di inalazione per gli operatori). Per garantire le migliori performance poi devono essere sempre mantenute al riparo dall’umidità. Prevedere un opportuno sistema di climatizzazione e deumidificazione permetterà quindi di conservare al meglio le polveri quando non si trovano all’interno dei contenitori ermetici utilizzati dal produttore.
Sicurezza e salute degli operatori
Senza scendere troppo nei dettagli normativi è consigliabile installare la macchina e le rispettive attrezzature di trattamento della polvere in un locale ad-hoc, munito di aspiratore che deve essere in funzione durante le fasi di trattamento della polvere: estrazione dei pezzi, riciclo della polvere non utilizzata, carica della polvere nella macchina. Al termine del build infatti è necessario rimuovere dalla camera di lavoro la polvere non solidificata, che riempie per intero il volume utile, per accedere ai pezzi. Tale polvere viene manualmente fatta cadere in un opportuno contenitore nella parte bassa della macchina e successivamente setacciata con un apposita attrezzatura.
Dopo la setacciatura la polvere si raccoglie in contenitori che devono essere manualmente vuotati nel serbatoio superiore della macchina destinato alla polvere “pulita”. Gli operatori che estraggono i pezzi e riciclano la polvere devono essere muniti di appositi DPI: maschera protettiva per il viso, tuta, guanti, in modo da evitare il contatto e l’inalazione della polvere durante le operazioni manuali. Sia la macchina che l’apparecchio per la setacciatura infatti sono muniti di doppie valvole di tenuta e di tutti gli accorgimenti atti a minimizzare ogni rischio di dispersione, che però, non può essere del tutto annullato.
Il cambio materiale
Come detto in precedenza, la macchina in sè può lavorare senza modifiche qualsiasi materiale reperibile in polvere della corretta granulometria. Quando si effettua il cambio materiale però, tutte le parti, sia interne alla macchina, che esterne (contenitori per il trasferimento di polvere e apparecchio di setacciatura), che vengono a contatto con la polvere devono essere perfettamente pulite per evitare ogni contaminazione tra le diverse leghe metalliche. Nonostante la macchina sia progettata per agevolare questa operazione, sarebbe troppo ottimistico e richioso mettere in conto meno di 2 giorni uomo per questa operazione.
La cosa può non essere un problema per chi prevede di utilizzare sempre lo stesso materiale, ma spesso l’esigenza di cambio frequente esiste, e senza arrivare alla soluzione (ovvia ma estrema in termini di costi) di avere una macchina dedicata ad ognuno dei materiali utilizzati, si può raggiungere un buon compromesso. L’apparecchio di setacciatura ed i contenitori sono relativamente economici rispetto alla macchina. Anche le parti interne a contatto con la polvere hanno costi ragionevoli, e sono facilmente sostituibili: meglio prevederne un set completo per ogni materiale utilizzato. Non è ovviamente possibile dare numeri precisi, poichè fortemente dipendenti dalla macchina scelta e dal produttore, ma si può stimare che una soluzione del genere possa ridurre il tempo di cambio materiale fino a poche ore, a fronte di un costo del 5-15% di quello della macchina per ogni materiale utilizzato.
Cosa aspettarsi dal futuro?
Ad oggi la tecnologia addittiva si trova ad uno stadio embrionale: gli utenti sono davvero pochi se paragonati a quelli delle tecnologie convenzionali, ma stanno rapidamente accumulando un’esperienza che si rivelerà utile anche per individuare sempre nuovi campi applicativi, dando impulso alla diffusione. Spesso però ci si scontra con barriere più di carattere normativo (certificazione e qualifica) che pratico, anche se sussistono in certi casi anche problemi di conformità e controllo. D’altra parte gli standard internazionali a cui riferirsi per confrontare in modo obiettivo ed omogeneo i diversi sistemi, pur se esistenti, sono oggetto di discussione e modifica.
I produttori, se vogliono accelerare la diffusione di queste macchine, devono concentrarsi su diversi aspetti; a partire dalla qualità dei pezzi prodotti, soprattutto in termini di finitura superficiale e precisione: quando, per applicazioni meccaniche, è richiesta una certa finitura superficiale o un’elevata precisione, la necessità di fasi di lavorazione successive va a peggiorare la competitività del sistema. Inoltre, per rendere la tecnologia SLM vincente rispetto alle tecnologie tradizionali in un più ampio ventaglio di applicazioni, è importante aumentare la velocità delle macchine in termini di volume di materiale finito prodotto per unità di tempo. Ciò ne renderebbe conveniente l’utilizzo anche all’aumentare delle dimensioni ed al diminuire della complessità dei pezzi.
Grande margine di miglioramento c’è poi nella gestione della polvere. Se il processo attuale, quasi completamente manuale, venisse totalmente automatizzato e gestito all’interno della macchina, diminuirebbero i requisiti richiesti per l’installazione e la gestione, con un impatto sicuramente positivo sulla propensione delle aziende a dotarsi di questa tecnologia.
Ovviamente ogni riduzione di costo darebbe un grande contributo alla diffusione: ma qui la cosa dipende parecchio dai volumi produttivi (e quindi anche dalla propensione all’acquisto stessa). La macchina infatti, è costituita da diverse parti che potrebbero beneficiare di volumi produttivi superiori. Da considerare poi che l’impatto degli elevati costi di ricerca e sviluppo, spalmati per ora su poche unità, è considerevole. Anche il prezzo del materiale ha la sua importanza economica, che però potrà giocare un ruolo a lungo termine. Ad oggi, sui particolari di piccole dimensioni che sono quelli più frequentemente prodotti, non si tratta di una voce di costo determinante: lo diventerà se e quando la produzione si sposterà anche su parti di maggiori dimensioni.
E’ davvero complesso prevedere come e quanto si diffonderà questa tecnologia: troppi sono i fattori interdipendenti, cui si aggiunge l’imperante incertezza economica, che, come noto, tende a suggerire soluzioni conservative e limitazione degli investimenti. Però se una nuova tecnologia riesce a crescere ed affermarsi in “ambiente ostile”, proprio come sta accadendo alla SLM, significa che poggia su solide basi: ottima premessa per un futuro di successo.
