Differenza tra Additive Manufacturing e Advanced Automation

Additive Manufacturing

L’Additive Manufacturing (Manifattura Additiva), più semplicemente conosciuta nella sua versione “commerciale” come stampa 3D, è il nome identificativo di una serie di tecniche e tecnologie di fabbricazione che, come definito in ISO/ASTM52921,

“aggregano materiali al fine di creare oggetti partendo dai loro modelli matematici tridimensionali, solitamente per sovrapposizione di layer e procedendo in maniera opposta a quanto avviene nei processi sottrattivi (o ad asportazione).“

Da tale definizione emerge un panorama applicativo in cui le tecnologie additive occupano un ruolo complementare rispetto a quello delle tecniche tradizionali. In tale panorama, le tecnologie analizzate vanno a produrre modelli fisici, prototipi, componenti, attrezzature e prodotti di vario genere, impiegando una molteplicità di materiali: tra i più diffusi si trovano polimeri, metalli, ceramiche e materiali compositi, ma il ventaglio si sta rapidamente allargando, andando a comprendere, per esempio, tessuti biologici e composti alimentari quali la pasta o il cioccolato.

Vantaggi

Nonostante una delle principali applicazioni della manifattura additiva è storicamente relativa alla produzione di prototipi, l’avanzamento tecnologico ed il successivo abbattimento dei costi di realizzazione dei macchinari sta

spostando sempre più l’attenzione verso l’impiego di tale tecnologia per la

produzione vera e propria. Tra i vantaggi principali che un approccio di questo tipo potrebbe portare è possibile trovare:

• assenza di vincoli per la forma finale del prodotto: il deposito di materiale, strato dopo strato, permette infatti la creazione di forme anche non convenzionali;
• eliminazione del problema degli scarti produttivi, con un conseguente abbattimento significativo dei costi di produzione;
• eliminazione della necessità di montaggio di componenti, e conseguente riduzione di costi per la manodopera, la quale, in una catena produttiva tradizionale, si occupa generalmente dell’assemblaggio dei semilavorati;
• possibilità di invio “telematico” di un prodotto ad un cliente, il quale pùo procedere autonomamente alla “stampa”;
• diminuzione significativa del Time to Market eliminando l’istruzione di linee produttive dedicate alla produzione di un singolo prodotto;
• flessibilità e personalizzazione dei prodotti senza costi aggiuntivi, ottenute attraverso una semplice modifica di un file, piuttosto che alla reingegnerizzazione di una

Nonostante i numerosi vantaggi proposti, è comunque doveroso notare come le diminuzioni dei costi di produzione accennate non tengono conto dei costi relativi all’introduzione di tali tecnologie: l’utilizzo, su larga scala, di sistemi di manifattura additiva implicherebbe un rimpiazzamento dei sistemi di produzione tradizionali. I costi derivanti da operazioni di questo tipo rappresentano uno dei principali scogli per la diffusione dell’adozione di tali tecnologie: di conseguenza, uno degli obiettivi proposti dall’Industria 4.0 risiede proprio nell’abbattimento dei costi tecnologici, impegnandosi allo stesso tempo a fornire programmi di incentivi statali per l’adozione di sistemi di produzione innovativi.

Ambiti applicativi

Grazie all’estrema flessibilità della tecnologia, l’Additive Manufacturing trova applicazione in un numero elevato di ambiti. Oltre all’ampiamente discusso settore manifatturiero, un secondo settore che spinge verso l’adozione di tali tecniche è quello medico: attraverso questa tecnologia è infatti possibile realizzare protesi su misura o sperimentare nuove modalità di trattamento delle patologie. In particolare, l’odontoiatria rappresenta la branca dove l’Additive Manufacturing trova la sua migliore espressone, grazie alla possibilità di realizzazione, in poco tempo e con sforzo ridotto, di impianti dentali robusti e incredibilmente precisi.

Un terzo ambito di applicazione riguarda l’architettura e la costruzione di immobili. Estendendo infatti il concetto di stampante 3D, portandolo alle dimensioni di una piccola gru dotata di assi ed estrusori, è infatti possibile “stampare” in poco tempo interi prototipi di unità abitative di varie forme e dimensioni; ciò viene ottenuto mediante l’estrusione di materiali appositi, generalmente formati da una miscela di collanti e polvere di roccia.

Advanced Automation

Attraverso l’espressione Advanced Automation sono indicati i più recenti sviluppi nei sistemi di produzione automatizzati. Il paradigma dell’Industria 4.0 pone infatti come obiettivo da un lato la diffusione di sistemi automatici di produzione con minima supervisione, e dall’altro l’introduzione di soluzioni in cui gli operatori vengono affiancati dal sistema robotico in configurazioni di sistemi produttivi

Questa famiglia di tecnologie viene applicata in campo industriale con lo scopo di migliorare la produttività e la qualità dei prodotti, ma anche la sicurezza dei lavoratori. Le unità robotiche poste a supporto degli operatori possono essere addestrate attraverso l’osservazione diretta, impiegando ad esempio tecnologie di visione di ultima generazione. Tali tecniche rappresentano una delle più importanti innovazioni nel mondo della robotica: assieme agli approcci di pattern recognition, esse sono destinate a pervadere ogni aspetto della vita quotidiana delle persone, sia in ambito industriale che civile. Ad esempio, se da un lato la visione artificiale pùo essere impiegata in impianti per il controllo della qualità, dall’altro essa rappresenta l’ultima frontiera per la guida autonoma.

In ambiente produttivo, l’impiego di soluzioni robotiche di ultima generazione non vede più il confinamento delle stesse all’interno di aree protette e spazialmente delimitate. Al contrario, tali soluzioni sono pensate per l’affiancamento ai lavoratori, e sono dunque viste come soluzioni collaborative: esse si inseriscono in un ambiente di profonda interazione, garantendo la sicurezza dei lavoratori ed esercitando un certo grado di autonomia.

Lo standard ISO 10218 definisce quattro classi di requisiti di sicurezza, le quali devono essere rispettate da un robot perch´e sia possibile considerarlo collaborativo:

• controllo della velocità: il sistema deve poter essere in grado di monitorare, per mezzo di laser o sistemi di visione, l’ambiente a lui circostante, effettuando una suddivisone del perimetro in zone di sicurezza L’avvicinamento progressivo di un operatore umano provoca nel robot una conseguente diminuzione nella velocità di operazione;
• arresto di sicurezza controllato: nel caso in cui un operatore umano entri nell’area di azione diretta del robot, esso deve immediatamente interrompere i suoi movimenti ed attuare manovre per la messa in sicurezza dell’operatore.
• guida manuale e auto apprendimento: un robot collaborativo deve poter essere movimentato lungo un percorso o una traiettoria con la sola forza di una mano, o deve poter essere in grado di seguire i movimenti di un operatore mediante l’utilizzo di tecniche di visione artificiale. Il robot memorizza dunque il percorso ed è così in grado di ripeterlo autonomamente;
• limitazione di forza e potenza: dovendo lavorare a stretto contatto con un operatore, un robot deve essere in grado di percepire forze esterne applicate alla propria struttura e di reagire nel caso la magnitudine di tali forze registri un valore Inoltre, in caso di impatto con agenti esterni, esso deve essere in grado di attuare manovre per dissipare la forza d’urto.

Nonostante i benefici che si scaturiscono da un approccio di questo tipo, l’autonomia e le capacità decisionali sempre crescenti stanno rivoluzionando interi settori lavorativi. Un esempio emblematico è la gestione logistica dei magazzini da parte di Amazon: il colosso statunitense impiega infatti soluzioni robotiche in grado di eseguire tutte le operazioni precedentemente assegnate ad un operatore umano, ovvero le cosiddette pick, pack and ship.

Pertanto, l’effetto esercitato dalla tecnologia robotica sul fattore lavoro è molto complesso: da un lato si pùo sinteticamente intravedere un’azione in parte sostitutiva, non solo confinata al lavoro manuale e ripetitivo ma espansa verso i settori di lavoro qualificato; dall’altro lato, così come si è verificato in tutte le precedenti rivoluzioni dei sistemi produttivi, si apre invece un nuovo ventaglio di attività e mansioni, come ad esempio la progettazione, la gestione o la manutenzione dei nuovi macchinari introdotti.