La stampa 3D nella tua supply chain: Ingegnosità, elasticità e resilienza

Osservazioni

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Le supply chain nel settore militare sono le più lunghe e complesse al mondo, ben oltre & quelle dei settori del gas o dell’estrazione mineraria. Non vi è alcun dubbio che le supply chain militari rivestano un ruolo d’importanza critica; di fatto, si tratta di vita o di morte. Le organizzazioni militari in tutto il mondo studiano, provano e utilizzano da decenni la stampa 3D nell’ambito delle proprie supply chain.

La stampa 3D effettuata dagli eserciti durante la pandemia è un esempio di come la tecnologia possa aiutare anche in situazioni di vita o di morte come, ad esempio, la carenza di dispositivi di protezione personale per le forze americane stazionate in Corea del Sud, che è stato un focolaio importante all’inizio della pandemia. Inizialmente sono state impiegate solo stampanti 3D di livello base, in grado di realizzare sette maschere al giorno.

Per superare questa limitazione, l’Esercito e la Marina americane hanno creato una supply chain che utilizzasse stampanti 3D di livello industriale, in grado di produrre centinaia di maschere al giorno. Secondo Ross Wilhelm, esperto di tecnologia del Naval Undersea Warfare Centre, si è trattato di “un buon esperimento per comprendere come soddisfare le esigenze di una flotta in una situazione d’emergenza. Speriamo che questa esperienza possa fare da modello per i comandi del Dipartimento della Difesa sparsi in tutto il mondo".¹

Il modello a cui fa riferimento Wilhelm, abbinato all’ingegnosità dei militari, ha fatto ricorso alle tecniche di produzione additiva, così come allo sviluppo di più progetti, la prova di più materiali e stampanti 3D e, per finire, la produzione di elevati volumi di dispositivi di protezione personale. Questa esperienza racchiude molti esempi dei potenziali utilizzi della stampa 3D all’interno delle vostre supply chain: dipendenti innovativi, sviluppo di nuovi prodotti, strumentistica, dispositivi di fissaggio e montaggio e realizzazione di prodotti finiti.

Definizione di stampa 3D

Il clamore che circondava la stampa 3D circa dieci anni fa ha dato vita a molti fraintendimenti riguardo a questa tecnologia, nonché a quotazioni azionarie eccessivamente alte. Non sorprende quindi che i prezzi siano rientrati nella normalità e che i non addetti ai lavori abbiano scoperto che la stampa 3D non sia in grado di fare ciò che dicevano i media. Cos’è quindi esattamente la stampa 3D?

La stampa 3D è il processo additivo che consiste nell’unione di più materiali per creare oggetti basati su modelli digitali. L’unione avviene strato dopo strato, con l’aggiunta di uno strato di materiale ad un altro nell’ambito di un processo continuo. Questo processo additivo differenzia la stampa 3D dalle tecnologie di produzione sottrattive e formative, come ad esempio la lavorazione a macchina, lo stampaggio e la modellatura. Gli oggetti sono l’output fisico della stampante 3D e sono creati utilizzando modelli digitali, solitamente file CAD e dati ottenuti tramite scansione.

Molti tecnici e professionisti vi diranno che “produzione additiva” è un termine più corretto; questo è vero nelle applicazioni industriali, tuttavia il processo è più comunemente noto come “stampa 3D”. Questa distinzione è fondamentale quando si cerca di ottenere il supporto del management per introdurre la stampa 3D nella propria azienda. Per esempio, un Direttore Finanziario interessato solo al fatturato e ai costi non sarà interessato alle sottigliezze della terminologia, mentre un Direttore di Produzione, responsabile della creazione di prodotti di qualità, lo sarà sicuramente.

In modo simile, molti dei vostri interlocutori potrebbero non comprendere che gli standard ISO/ASTM riconoscano sette principali tecnologie di stampa 3D. Le distinzioni sono importanti quando si valuta la stampa 3D di metalli, materie plastiche, materiali compositi o altri tipi di materiali. Diversamente da una macchina a controllo numerico (CNC) in grado di lavorare con materie plastiche e metalli, la maggior parte delle stampanti 3D prevede una gamma molto limitata di materiali stampabili.

I fornitori hanno inoltre sviluppato versioni proprietarie basate sugli standard ISO/ASTM. Solo nel campo dei metalli esistono 50 versioni, l’ultima delle quali è la tecnologia di stampa 3D Xerox per metalli liquidi. Alla luce della vasta gamma di applicazioni e materiali, il vostro viaggio verso la stampa 3D dovrebbe iniziare avendo ben presente quale sia il traguardo: ciò che desiderate creare determina la tecnologia in grado di produrre quell’oggetto.

Opportunità della stampa 3D

La pandemia globale ha messo in evidenza i punti deboli della supply chain di qualsiasi azienda, in alcuni casi con risultati devastanti. Secondo un sondaggio condotto da Gartner tra i professionisti della gestione della continuità operativa aziendale, 3 intervistati su 4 hanno dichiarato uno stato di emergenza e, di questi, un terzo ha incontrato notevoli problemi nel ripristino di uno o più processi aziendali mission-critical. Come ha reagito la vostra azienda durante la pandemia?

La stampa 3D riduce inoltre la quantità di capitale vincolato nello stoccaggio di prodotti finiti o in corso di produzione, a beneficio di una maggiore agilità di settore. Tuttavia, i vostri tecnici devono essere certi che l’output di una stampante 3D sia affidabile quanto quella delle tecnologie tradizionali. Nessun professionista vorrà legare il proprio nome a un componente la cui parte legata alla stampa 3D sia “macchiata” anche dal minimo dubbio. Questa cautela non vale solo per i componenti altamente regolamentati, come impianti medicali e parti destinate all’aeronautica, bensì a qualsiasi componente che, in caso di guasto, avrebbe risultati catastrofici (o in grado di stroncare una carriera).

I progressi a livello di hardware, materiali stampabili e software di progettazione, abbinati alle continue innovazioni tecnologiche, rendono possibile l’introduzione della stampa 3D nella supply chain. Per esempio, la tecnologia di stampa Xerox a metalli liquidi è in grado di ridurre le tempistiche di produzione da alcuni giorni a poche ore. La durata dei cicli è più breve grazie alla riduzione del processo di post-elaborazione. La stampante Xerox 3D a metalli liquidi riduce inoltre il costo dei vostri componenti utilizzando leghe pronte all’uso, le stesse che i vostri tecnici sanno come utilizzare nella produzione tradizionale.

Un notevole vantaggio di qualsiasi tecnologia di stampa 3D è rappresentato dalla libertà di progettazione, impossibile da ottenere con la produzione tradizionale. Potete ridurre i consumi di materiali e ridurre il peso dei componenti, senza ridurre le proprietà meccaniche. Ciò è reso possibile dall’utilizzo di strumenti software che supportano DfAM. Il software CAD supporta la progettazione generativa, nota anche come ottimizzazione topologica, dei nuovi componenti, così come la riprogettazione di quelli esistenti. Consentendo al software di eseguire migliaia di iterazioni basate su parametri di performance definiti dal vostro ingegnere, nascono progetti ideali e pressoché organici. Il risultato sfrutta al massimo la capacità inerente della stampa 3D di creare oggetti che è impossibile realizzare con qualsiasi altra tecnologia di produzione.

Abbinando l’hardware, i materiali e il software più moderni, gli ingegneri possono progettare componenti stampati in 3D utilizzando caratteristiche che già comprendono e sanno usare in assoluta tranquillità. Il risultato? La possibilità di rivolgere l’attenzione della supply chain ai costi ottimizzati, basati sulle prestazioni e sulla produzione del prodotto ideale per il cliente, anziché ai costi unitari inferiori.

Rischi della stampa 3D

Sotto molti punti di vista, i rischi associati alla stampa 3D nell’ambito della vostra supply chain non sono diversi dai rischi introdotti dai fornitori che utilizzano processi di produzione tradizionali. I fornitori tradizionali, così come le vostre attività interne, soffrono inevitabilmente di problemi qualitativi, ritardi nelle materie prime, problemi di consegna e difficoltà economiche.

La stampa 3D di prodotti finiti introduce un altro livello di rischio gestibile, a patto che comprendiate la tecnologia e siate in grado di valutare correttamente i vostri fornitori. Per esempio, due ostacoli all’utilizzo della stampa 3D nel settore manifatturiero sono rappresentati dal costo del capitale e dei materiali, così come dalla carenza di tecnici esperti. Questi costi sono uno dei motivi principali per il cui il numero di aziende che offrono servizi di stampa 3D, che potrebbero essere vostre partner nella supply chain, sia minuscolo rispetto alle aziende che offrono servizi di produzione tradizionali. La mancanza di fornitori qualificati per la stampa 3D devi vostri componenti rappresenta un rischio, specialmente quando le parti DfAM non possono essere prodotte con le tecnologie tradizionali.

Un altro rischio è legato al modo in cui prevedete di utilizzare la tecnologia di stampa 3D. Forse avete già utilizzato una stampante 3D a basso costo, in grado di estrudere la plastica per creare prototipi in modo veloce e iterativo e, di fatto, già avreste dovuto farlo. Tuttavia, con il passaggio a tecnologie di stampa 3D più avanzate per la realizzazione di prodotti finiti, è possibile che dobbiate affrontare nuove questioni, quali la certificazione dei prodotti finiti.

Per fortuna, i fornitori di servizi di stampa 3D alleviano i rischi per la vostra supply chain. Il personale offrirà ai vostri tecnici informazioni utili sulla progettazione delle parti in base ai materiali desiderati, così come alle prestazioni e alla qualità delle finiture. Tecnici esperti e competenti produrranno i vostri componenti. Un fornitore di servizi, anche se utilizzato per un breve periodo di tempo, elimina la necessità di investire del capitale nelle tecnologie di stampa 3D, almeno fino a che non sarete riusciti a dimostrarne il valore al vostro management.

Raccomandazioni

Trent’anni dopo l’invenzione delle prime stampanti 3D, e dieci anni dopo il clamore iniziale, la stampa 3D è utilizzata da aziende manifatturiere e di servizi in tutto il mondo. I prodotti moderni vanno dai semplici componenti per l’assemblaggio a dispositivi salvavita quali gli impianti medicali. I professionisti della supply chain beneficiano così di decenni di ricerche, prove ed errori:

• Utilizzando stampanti 3D economiche per replicare rapidamente nuovi prodotti e ricorrendo a stampanti industriali per creare componenti in plastica da utilizzare presso lo stabilimento, prima di passare alla stampa 3D dei prodotti finiti
• Iniziando avendo ben presente il traguardo finale, ovvero determinando la tecnologia in grado di produrre i componenti, così come i fornitori o partner della supply chain dotati della stampante 3D in grado di realizzare componenti economici e di qualità
• Valutando il migliore posizionamento per la stampa 3D, al fine di ottenere il maggiore valore per la supply chain, persino se tale posizionamento non fosse nella realizzazione di prodotti finiti
• Dimostrando il valore della stampa 3D per la propria azienda, utilizzando dispositivi interni quando possibile, oppure ricorrendo a partner della supply chain fino a quando non si conoscono i reali costi di capitale, ingegneria e produzione

¹ Protezione dal coronavirus: La Marina sviluppa maschere tattiche stampate in 3D per l’esercito USA in Corea, https://americanmilitarynews.com/2020/08/coronavirus-defense-navy-develops-3d-printed-tactical-masks-for-us-forces-korea/