La stampa di parti metalliche in 3D si prepara a lasciare il ristretto ambito della prototipazione per sbarcare nell’enorme mercato della produzione di massa (valutato 12 mila miliardi di dollari). Questo almeno è quanto promette HP annunciando ufficialmente Metal Jet, una tecnologia per la stampa 3D di parti in metallo che promette di abbassare i costi di produzione del 3D rendendoli confrontabili con quelli di tecnologie consolidate come il Metal Injection Molding (MIM). Oltre alla tecnologia in sé, HP ha anche tracciato una precisa roadmap di ciò che sta facendo e che farà, di qui al 2021, per portare Metal Jet fra le tecnologie mainstream.

La situazione attuale

Già oggi, macchine HP Metal Jet sono state installate presso due partner di alto livello: sono GKN, produttore leader di parti per l’industria automotive, e Parmatech, leader nelle forniture per il mercato healthcare (e, tra parentesi, detentore del primo brevetto per il Metal Injection Molding, una consolidata tecnologia di produzione additiva di parti da polveri metallliche). Entrambe le aziende si aspettano di produrre con Metal Jet, già a partire dal 2019, milioni di parti metalliche per il loro clienti, fra i quali ci sono fra l’altro Wolksvagen, Wilo e Primo Medical Group.

A partire dal 2019, poi, HP inaugurerà il Metal Jet Production Service. In pratica, un servizio di stampa 3D on demand che sarà gestito in collaborazione da HP (che si occuperà di ricevere e validare tecnicamente gli ordini da parte di terzi) e dai suoi due partner già citati, ed eventualmente altri, che si occuperanno materialmente della produzione: dalla creazione del preventivo, alla stampa del prototipo e alla successiva messa in produzione del batch.

HP conta di mettere in vendita le sue macchine Metal Jet a partire dal 2020, inizialmente in quantità limitata e su prenotazione. A questo proposito, le prenotazioni sono già aperte, e il costo previsto per la macchina potrebbe essere intorno ai 399.000 dollari o meno.

Se la roadmap sarà rispettata, nel 2021 le stampanti HP Metal Jet saranno disponibili senza limitazioni.

La tecnologia

Ma che cosa ha permesso ad HP di fare questo salto tecnologico? Secondo Tim Weber, global head del Metal 3D Printing Business di HP, alla base di tutto c’è l’esperienza accumulata dall’azienda in decenni di innovazione del comparto della stampa ink-jet prima, e nella stampa plastica 3D poi – in particolare, nei settori della progettazione di ugelli e testine di stampa, e dell’hardware/software di pilotaggio delle stesse.

È quest’esperienza che ha permesso di realizzare una macchina che, secondo HP, “è circa 50 volte più produttiva delle macchine concorrenti, sia di tipo binder-jetting che laser”. La tecnologia usata da HP è in effetti di tipo binder jetting, e funziona mediante la stesura di uno strato di polveri, seguita dalla deposizione a jet delle sostanze di binding (in quantità, secondo HP, molto inferiore a quella usata dai concorrenti), e successivamente dall’asciugatura/finalizzazione dello strato e, alla fine del processo, dal passaggio in fornace per la solidificazione definitiva.

Verso la produzione di massa

Rispetto alle altre macchine, la maggiore produttività è raggiunta non tanto grazie a una maggiore velocità, quanto piuttosto grazie alla maggiore efficienza data da un volume stampabile di ben 430x320x200mm, oltre che dalle maggiori dimensioni della testina di stampa (che copre tutta la superficie di stampa in un unico passaggio) e dal maggior numero di ugelli ridondanti che consentono una maggiore affidabilità di stampa.

La seconda caratteristica che spinge queste macchine verso l’uso nella produzione di massa è l’economicità, sia di acquisto che di esercizio. Si prevede infatti un costo del macchinario intorno (o anche sotto) i 399.000 dollari, e HP tiene a precisare che il sistema utilizza polveri metalliche standard – nel primo periodo, in particolare, HP ha deciso di concentrarsi sull’acciaio inossidabile.

La terza caratteristica infine è la qualità delle parti prodotte, che esibiscono superfici con Ra da 4-7 micron e Rz di 25-40 micron, rispettano i requisiti degli standard ASTM e ISO, e hanno ottimi comportamenti ai test di resistenza, con un comportamento isotropico dal punto di vista della microstruttura.

Tutte queste caratteristiche insieme hanno permesso di portare i costi di produzione con HP MetalJet a essere direttamente competitivi con tecnologie come il MIM, quando altre tecnologie, per esempio il laser, presentano costi per pezzo fino a 20 volte superiori. Alcuni esempi, mostrati da Weber durante un’anteprima, mostravano una parte destinata a un motore a scoppio, che costa 1,6-2,1$ in tecnologia MIM (e 40-50$ in laser) prodotta con 1,9-2,3$ tramite Metal Jet, rendendo la tecnologia HP più economica fino ai 55mila pezzi prodotti; e una parte destinata ad apparecchi per sala operatoria, dal costo di 0,65-1,20$ in MIM e 10-11$ in laser, prodotta a 0,9-1$ in Metal Jet, con breakeven a 65mila pezzi. Oltre queste quantità, la tecnologia “tradizionale” tornava ad essere più economica.

Aspettative e realtà

Al di là della roadmap ufficiale, possiamo aspettarci verosimilmente che i primi impieghi di parti metalliche prodotte con Metal Jet saranno da ascrivere alla categoria della “mass customization”, ovvero quegli oggetti che vengono prodotti in migliaia di esemplari ma personalizzati a livello di singolo pezzo, magari per scopi “decorativi” – un procedimento che oggi presenta costi proibitivi e che, con Metal Jet, si potrebbe avere in pratica senza sovrapprezzo rispetto alla produzione standard. La produzione di pezzi “funzionali” prenderà invece piede a partire dall’anno prossimo, e nel 2021 dovrebbero arrivare tutte le certificazioni necessarie per impiegare il processo su dispositivi che richiedono elevati standard di sicurezza – pensiamo, per esempio, ai veicoli elettrici.

La presentazione ufficiale al pubblico di HP Metal Jet avverrà la mattina dell’11 settembre alle 9 (ora degli Stati Uniti Centrali), con un keynote di Stephen Nigro, Presidente della divisione 3D Printing di HP, che si terrà nell’ambito della Additive Manufacturing Conference.

“Siamo nel bel mezzo di una rivoluzione industriale digitale che sta trasformando l’industria del manufacturing, che vale 12.000 miliardi di dollari. HP ha aiutato questa trasformazione, esplorando per prima il segmento della produzione di massa in 3D di parti in plastica, e ora raddoppiamo il nostro impegno con Metal Jet, una tecnologia rivoluzionaria nella stampa 3D di parti metalliche – ha dichiarato Dion Weisler, CEO e Presidente di HP – Le implicazioni sono enormi: da soli i settori auto, industria e medicale producono annualmente miliardi di parti metalliche. La piattaforma di stampa 3D Metal Jet consente di rimuovere gli ostacoli in termini di velocità, qualità e costi, consentendo ai nostri clienti di ripensare il modo in cui progettano, costruiscono e consegnano nuove soluzioni nell’era digitale”.

HP ha anche pubblicato alcuni video esplicativi della sua tecnologia. Qui potete trovare il “manifesto” della tecnologia HP, mentre qui potete vedere nel dettaglio il funzionamento della tecnologia Metal Jet.

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