Il "3D varius": un violino in resina interamente creato da una stampante in 3D. Foto: Reuters/Christian Hartmann

C’era una volta la nonna che, con farina, uova e mattarello, faceva la pasta. Ora c’è la stampa 3D. È l’ultima novità presentata da Barilla al salone internazionale dell’alimentazione tenutosi recentemente a Parma, Cibus 2016: una stampante 3D che permette di ottenere la pasta in pochi minuti, in formati unici e dalle geometrie che non si potrebbero ottenere con le tradizionali tecnologie. E si tratta solo di un esempio, dato che le applicazioni della stampa 3D possono essere davvero molte. Una rapida ricerca online e si legge di abiti e accessori creati con stampa tridimensionale, come quelli di Sabina Saga; di moto con telai realizzati allo stesso modo; di strumenti chirurgici fortemente personalizzati sul paziente, utili per interventi nella scatola cranica, oppure per fabbricare micro e macroprotesi. Le potenzialità sono evidentemente numerose e altrettanti i vantaggi, tra cui l’accorciamento della filiera produttiva e dei tempi di produzione, ma i limiti da superare non mancano. Al momento infatti si tratta ancora di una produzione di nicchia, molto costosa e non sempre di qualità a causa della scarsa precisione delle tecnologie di fabbricazione e dunque del prodotto finale. Su quest’ultimo aspetto, in particolare, ha deciso di investire la Commissione Europea finanziando il progetto Pam^2 – Precision additive metal manufacturing, nell’ambito delle azioni Marie Skłodowska-Curie – Innovative Training Network (Itn). A lavorarci sarà un consorzio europeo composto da università, centri di ricerca e imprese di cui anche Padova fa parte.

“La fabbricazione additiva nota anche come stampa 3D – spiega Simone Carmignato, docente del dipartimento di Tecnica e gestione dei sistemi industriali dell’università e referente del progetto per Padova – può avere svariate applicazioni, si pensi al settore biomedico, aerospaziale, aeronautico. Attualmente, tuttavia, non ha ancora raggiunto livelli di precisione compatibili con molte delle applicazioni industriali e la qualità dei prodotti in alcuni casi è scarsa”. Ora, invece, i partner del consorzio intendono ottenere la stampa di metalli in tre dimensioni utilizzando tecnologie innovative che rendano tutto il processo (e il prodotto) più preciso. La fabbricazione additiva ha rivoluzionato completamente le tecniche di produzione e permette di realizzare qualsiasi oggetto, di qualsiasi forma. Secondo il docente, tuttavia, la vera innovazione sta nel fatto che la stampa 3D consente ora di progettare e ideare prodotti prima irrealizzabili. Si pensi ad oggetti con cavità interne non raggiungibili dai tradizionali utensili con cui vengono solitamente lavorati e che non possono essere costruiti se non facendo ricorso alla fabbricazione additiva. 

Fino a poco tempo fa in ambito industriale la stampa 3D era utilizzata soprattutto per ottenere prototipi, pezzi unici in modo rapido, a differenza di altre tecnologie che richiedevano settimane. Da qualche tempo, però, viene utilizzata anche per realizzare prodotti in piccoli lotti. “A limitare il suo utilizzo – argomenta Carmignato – sono stati finora la scarsa precisione e i costi, più elevati delle tradizionali tecniche di produzione industriale in serie. Tuttavia, la grande flessibilità nella progettazione, che permette di realizzare oggetti altrimenti impensabili, ha reso forte la richiesta da parte del mercato nonostante i prezzi elevati, perché la domanda rimarrebbe altrimenti senza offerta”. Ora l’obiettivo è migliorare le tecniche di produzione e su questo aspetto lavora il consorzio europeo.  

Padova, in particolare, contribuisce con la propria esperienza nel settore della fabbricazione additiva e della tomografia computerizzata industriale, una tecnologia di analisi e controllo della qualità dei prodotti ottenuti da stampa 3D. Si tratta di una tecnica diagnostica derivata dalla tomografia assiale computerizzata (Tac), storicamente utilizzata in ambito medico, la quale attraverso radiazioni ionizzanti (i raggi X), permette di riprodurre sezioni corporee del paziente da cui ottenere modelli tridimensionali. Da qualche anno tecniche analoghe di tomografia hanno trovato impiego anche in ambito industriale e sono state molto potenziate, dato che consentono di ottenere risoluzioni molto migliori e possono essere utilizzati dosaggi maggiori di raggi X rispetto agli impieghi in ambito medico. 

La tomografia computerizzata è l’unica tecnica di indagine industriale attualmente utilizzabile che consenta di verificare, analizzare, “diagnosticare” oggetti di qualsiasi forma, comprese cavità interne e geometrie molto complesse, individuando eventuali difetti del prodotto. Mettendo insieme dunque le due tecnologie, da un lato la fabbricazione additiva e dall’altro la tomografia computerizzata, si potranno analizzare sia il processo che i prodotti ottenuti. “Non è possibile migliorare l’accuratezza e la precisione di un oggetto senza studiarlo a fondo – sottolinea Carmignato – senza poterlo misurare, qualificare. Dunque è importante avere tecniche di indagine innovative che consentano di verificare anche oggetti di forma molto complessa. Il ruolo di Padova è proprio quello di accompagnare lo sviluppo e il miglioramento delle tecniche di fabbricazione additiva con opportune tecniche di misura, e tra queste la tomografia computerizzata, per dare un feedback alla produzione e permettere di perfezionarla”. 

Si tratta di una tecnologia promettente che può ancora evolvere, ma che per il carattere interdisciplinare che la contraddistingue richiede professionalità e competenze differenti nei settori dell’ingegneria, della fisica, della scienza dei materiali. Anche in questo caso la Commissione Europea ha deciso di investire nella formazione di giovani ricercatori da preparare allo scopo con il progetto attualmente in corso Interaqct (International network for the training of early stage researchers on advanced quality control by computed tomography), sempre nell’ambito delle azioni Marie Skłodowska-Curie – Innovative Training Network (Itn). E anche in questo caso Padova, con il gruppo di Simone Carmignato, partecipa al consorzio. 

Monica Panetto