La produzione additiva passa dal prototipo alla produzione nel settore nautico.

"I tempi in cui si pensava che la stampa 3D servisse solo per realizzare modelli con un computer desktop sono definitivamente finiti", afferma Will Howden. Ex velista olimpico, Howden si è dedicato alla progettazione di componenti speciali stampati in 3D per l'industria nautica attraverso AMufacture, la sua azienda co-fondata con Craig Pyser.

Dalla vela olimpica alla produzione additiva.

Howden naviga a vela da quando aveva dieci anni e ha rappresentato la Gran Bretagna alle Olimpiadi di Pechino del 2008, ma ora produce componenti per applicazioni estremamente esigenti, tra cui quelle nautiche, aerospaziali e della difesa.

"La gente non si rende conto di quanto la tecnologia si sia evoluta", afferma. "Non si tratta più di prototipazione. La tecnologia e i materiali sono migliorati enormemente nell'ultimo decennio e, per certi versi, stiamo solo iniziando a esplorare le potenzialità di ciò che si può realizzare."

Sebbene la stampa 3D sia stata tradizionalmente considerata uno strumento di ricerca e sviluppo, si sta affermando sempre più come un metodo di produzione consolidato. Fino al 90% di tutto ciò che Howden produce è destinato a diventare un componente finale, piuttosto che un prototipo.

Perché la stampa 3D non è più solo "prototipazione"

Una delle sue principali sfide a breve termine, afferma, è la formazione. "C'è ancora un numero enorme di potenziali clienti che considerano la stampa 3D uno strumento di prototipazione, qualcosa da usare nella fase di sviluppo per poi affidare la produzione allo stampaggio a iniezione o alla lavorazione CNC". Cambiare questa percezione richiederà tempo e prove concrete, ma una volta che le persone comprenderanno il concetto, il suo funzionamento e chi sono i clienti attuali, Howden afferma che capiranno che il processo può offrire vantaggi inestimabili.

Howden ha iniziato a stampare componenti per imbarcazioni dopo aver partecipato alle Olimpiadi di Pechino. Si è poi dedicato al circuito Extreme 40 e al team cinese di Coppa America, iniziando a progettare e stampare componenti.

"Alcuni amici velisti hanno visto cosa producevo e hanno iniziato a chiedermi di fare lo stesso per loro. Mi sono ritrovato così impegnato che ho pensato: ecco, qui si può avviare una vera e propria attività."

"Così, nel 2015, ho fondato SO3D, che è nata letteralmente con una piccola stampante in una stanza libera di casa. La tecnologia iniziale era inaffidabile, ma ho perseverato, ho imparato da solo il CAD e ho continuato a impegnarmi. Quando due importanti produttori di vele hanno adottato uno dei miei progetti, la domanda è esplosa quasi da un giorno all'altro."

Il passaggio alla produzione per l'uso finale

La prima vera svolta è arrivata con la classe International Moth. "Ho progettato una serie di componenti. Uno dei vantaggi della stampa 3D era la velocità di iterazione durante la prototipazione. Progettavo durante il giorno, stampavo durante la notte e i componenti erano già in mare il giorno successivo per i test."

Howden sta parlando del sistema CAMS per la vela. "La stecca si inserisce nel CAM, che a sua volta si fissa all'albero. Il nuovo design ha permesso di virare e strambare molto meglio rispetto alla versione originale, offrendo alla barca prestazioni nettamente superiori durante le manovre. Inoltre, essendo facilmente personalizzabili, abbiamo potuto realizzare vele di lunghezza personalizzata per eliminare qualsiasi variazione e migliorare la velocità dell'imbarcazione."

«Da un giorno all'altro, due importanti produttori di vele hanno adottato il progetto e improvvisamente ho ricevuto più ordini di quanti potessi gestirne. È stato in quel momento che ho capito che la produzione additiva aveva un futuro promettente nella vela ad alte prestazioni: un vero e proprio vantaggio competitivo.»

Ora afferma che la tipologia di componenti che l'azienda produce per i clienti del settore nautico varia da piccole staffe personalizzate e collettori per acque grigie, fino a grandi elementi di design estetico.

"La stampa 3D sta cambiando il modo in cui progettisti e ingegneri concepiscono la risoluzione di problemi relativi a componenti complessi che potrebbero non essere realizzabili con i metodi di produzione convenzionali."

Ripensare il modello del servizio di stampa.

Howden ci tiene a precisare che AMufacture non è un servizio di stampa. "Il modello tradizionale in questo settore era puramente transazionale: carica il tuo file, ricevi un preventivo, aspetta dieci giorni per la consegna dei pezzi. Nessuna conversazione, nessun rapporto, nessuna reale comprensione di ciò che stavi cercando di ottenere."

“Noi lavoriamo in modo completamente diverso. Quando un nuovo cliente si rivolge a noi, vogliamo capire l'applicazione: qual è la funzione di questo componente, a quali carichi è sottoposto, in quale ambiente verrà utilizzato? Spesso analizziamo il progetto e suggeriamo modifiche che ne migliorino le prestazioni o ne riducano i costi di produzione.”

Gli ingegneri di AMufacture visitano i clienti e i clienti visitano l'azienda.

"Abbiamo avuto ingegneri senior di importanti aziende che hanno visitato il nostro stabilimento di Portsmouth e ci hanno detto di non essere a conoscenza dell'esistenza di questo livello di competenza."

“Una volta avviata la produzione di un progetto, i clienti possono tracciare i loro componenti in tempo reale tramite il nostro sistema di gestione della produzione. Ogni componente è identificato individualmente e nulla lascia lo stabilimento senza la documentazione completa di ispezione. Per molti clienti, questo livello di tracciabilità è qualcosa che non avevano mai sperimentato prima da un produttore di tecnologie additive.”

La stampa 3D e il suo funzionamento

La produzione additiva, o stampa 3D come viene comunemente chiamata, è il processo di costruzione di un componente strato per strato a partire da un file digitale, anziché tagliarlo o modellarlo da un blocco di materiale.

Ogni strato sulle macchine HP di AMufacture ha uno spessore di soli 0.08 millimetri. Una tipica stampa può richiedere 5,000 di questi strati, da completare in circa 12 ore.

Un aspetto che Howden trova straordinario è la libertà di progettazione offerta dalla produzione additiva.

“È possibile realizzare geometrie semplicemente impossibili con i metodi di produzione tradizionali: canali interni, strutture reticolari complesse, componenti che prima richiedevano l'assemblaggio di più parti, ora prodotti in un'unica soluzione. E poiché non sono necessari utensili, si può passare da un file digitale a un pezzo finito in poche ore anziché in settimane.”

Questo lo entusiasma davvero, dato che ama risolvere i problemi.

Dice che la gioia più grande che prova quando un cliente vede qualcosa che non credeva possibile. "Quando un ingegnere entra aspettandosi una conversazione sulla prototipazione e se ne va dopo aver visto che possiamo produrre i suoi componenti finali, più velocemente e con maggiore libertà di progettazione rispetto a qualsiasi altra cosa abbia mai fatto prima, è una sensazione che non smette mai di emozionarlo."

“Ogni progetto è un nuovo puzzle. Qual è il materiale giusto? Come orientare il componente durante la costruzione? Possiamo riprogettarlo per renderlo più resistente o più leggero? C'è una creatività in tutto questo che trovo davvero stimolante.”

L'azienda elenca come collabora con diversi settori sul suo sito web, incluso quello marittimo.

Il quadro generale: un mercato globale in fase di maturazione

La produzione additiva rappresenta oggi un mercato globale da 20 miliardi di sterline, in rapida crescita grazie alla transizione dalla prototipazione alla produzione in serie, spiega Howden. Il Regno Unito detiene circa il 5% di questo mercato, con una solida competenza in settori ad alto valore aggiunto come quello aerospaziale, navale, automobilistico e sanitario.

In termini di concorrenza, esiste una distinzione tra le tipografie che si rivolgono direttamente ai consumatori e i produttori a contratto come AMufacture. Negli ultimi anni, le multinazionali si sono rivolte alla produzione a contratto nel loro percorso verso la produzione di massa.

Ciò che sta cambiando ora è il passaggio dal "possedere le capacità" al "conseguire risultati produttivi".

"È in questo ambito che il mercato si sta consolidando, soprattutto perché ci stiamo orientando verso la gestione interna delle competenze necessarie per soddisfare i rigorosi requisiti di audit e certificazione, come la ISO 9001, nonché quelli di classificazione, come Cyber ​​Essentials Plus."

Attualmente, la clientela di Howden spazia tra i settori nautico, automobilistico, aerospaziale e della difesa. "Collaboriamo con aziende davvero interessanti, dai produttori di auto di lusso ai team di corse, fino ai fornitori del settore della difesa", afferma. "Circa il 90% del nostro fatturato proviene da clienti abituali, il che la dice lunga sulla solidità dei rapporti che instauriamo."

Gli ambienti marini presentano condizioni difficili

Tuttavia, le soluzioni per ambienti marini presentano una serie di ostacoli aggiuntivi. La costante esposizione all'acqua salata, all'umidità, alle variazioni di temperatura e alle sollecitazioni meccaniche richiede materiali che combinino durabilità, resistenza chimica e affidabilità a lungo termine per gli ambienti marini.

Tecnologia all'avanguardia: come funziona HP Multi Jet Fusion

Secondo Howden, la tecnologia HP Multi Jet Fusion (MJF) è in una posizione unica per soddisfare questi requisiti. Alla base dell'idoneità di MJF per le applicazioni oceaniche c'è l'utilizzo di termoplastiche di qualità ingegneristica come il Nylon PA12. Questi materiali offrono un eccellente equilibrio tra resistenza, rigidità e tenacità, consentendo ai componenti di resistere a carichi meccanici e impatti in condizioni offshore difficili.

Un aspetto cruciale per l'impiego in ambito nautico, afferma Howden, è la forte resistenza dei componenti MJF agli agenti chimici, inclusi oli, grassi, idrocarburi e sostanze alcaline, comuni negli ambienti marittimi e sottomarini. Questa resistenza chimica contribuisce a prevenire il degrado nel tempo, prolungando la durata dei componenti e riducendo le esigenze di manutenzione.

Materiali che resistono in mare

Un altro vantaggio fondamentale è la resistenza all'umidità. I ​​componenti prodotti con la tecnologia MJF presentano in genere un basso assorbimento di umidità e possono essere realizzati come componenti a tenuta stagna, soprattutto con una progettazione o una post-elaborazione appropriate. La tecnologia MJF offre inoltre proprietà meccaniche isotrope, il che, come afferma Howden, significa che la resistenza è costante in tutte le direzioni. Questa uniformità è essenziale per i componenti esposti a carichi imprevedibili come l'impatto delle onde, le vibrazioni e le sollecitazioni cicliche.

Inoltre, la tecnologia MJF consente la produzione di geometrie complesse senza bisogno di attrezzature o strutture di supporto. Ciò permette agli ingegneri di progettare componenti leggeri e ottimizzati con canali interni, strutture reticolari o elementi integrati che migliorano le prestazioni riducendo al contempo il peso.

Ampliamento: la prossima sfida

Una delle sfide a lungo termine di AMufacture è la scalabilità. La tecnologia si evolve rapidamente e rimanere all'avanguardia richiede investimenti continui e consistenti. "Ci siamo impegnati in tal senso: le nostre apparecchiature sono tra i kit per la produzione additiva più sofisticati in Europa, grazie alla nostra consolidata partnership con HP, ma in questo settore non ci si può permettere di restare fermi", afferma Howden.

Il cofondatore Craig Pyser ha svolto un ruolo fondamentale nel far progredire l'azienda.

Pyser proviene da un background commerciale e di sviluppo aziendale nel settore manifatturiero, un percorso molto diverso da quello di Howden in questo settore. "Lui apporta all'azienda competenze che io non ho, e mi piace pensare che valga anche il contrario. Questo tipo di collaborazione, in cui qualcuno completa davvero ciò che porti tu, è qualcosa di cui ho imparato il valore molto tempo fa, in mare."

Ora il settore della difesa è al centro dell'attenzione dei due. "Portsmouth è circondata da importanti aziende del settore della difesa e aerospaziale, come BAE Systems, Lockheed Martin e la Royal Navy, e ci stiamo attivamente posizionando per servire questa comunità."

"Ma, onestamente, il nostro cliente ideale è qualsiasi ingegnere che si trovi ad affrontare una sfida progettuale e abbia bisogno di un partner di produzione che si impegni concretamente a risolvere il problema, anziché limitarsi a stampare il progetto."