Maurizio Cacciamani

L’ADDITIVE MANUFACTURING INCONTRA IL PACKAGING

“S mart Production: l’Additive Manufacturing come tecnologia abilitante per l’Industria 4.0”, il primo dei quattro appuntamenti di avvicinamento all’edizione 2020 di SPS Italia, si è tenuto a fine gennaio presso il Politecnico di Milano (sede Bovisa), attiguo al Competence Center milanese MADE. Moderata da Franco Canna (Innovation Post) e da Bianca Maria Colosimo (Politecnico di Milano MADE), la giornata ha coinvolto ben 24 relatori provenienti da tutti i settori coinvolti nell’Additive Manufacturing ovvero produttori di macchine, fornitori di materiali, utilizzatori, società di consulenza, università, subfornitori.

C’è ancora molto da “esplorare”, eppure quello dell’Additive Manufacturing è argomento di grande interesse visto che, in un futuro non troppo lontano, potrebbe rivoluzionare il modo di produrre. Le suggestioni ricavate dalla tavola rotonda promossa sul tema da SPS Italia.

Maurizio Cacciamani

Quattro i momenti che hanno scandito i tempi della tavola rotonda: un’introduzione generale all’Additive Manufacturing (AM), con la presentazione della nuova area dedicata in SPS; una sintesi delle tendenze emerse a Formnext (fiera europea annuale di riferimento per le nuove tecnologie al servizio della produzione industriale che Messe Frankfurt organizza a Francoforte: ben 860 espositori all’ultima edizione di novembre); la presentazione del MADE (il Competence Center per Industria 4.0 a guida Politecnico di Milano) che ha di recente lanciato il primo bando di 1,5 milioni di euro di cofinanziamento al 50% a favore delle piccole e medie aziende (ben 71 le domande ricevute per

Additive Manufacturing meets packaging

There is still much to “explore”, yet Additive Manufacturing is a topic of great interest given that, in the not too distant future, it could revolutionize the way of producing. The suggestions obtained from the round table promoted on the topic by SPS Italia.

Maurizio Cacciamani

“Smart Production: Additive Manufacturing as enabling technology for Industry 4.0”, the first of the four appointments running up to the 2020 edition of SPS Italy, was held at the end of January at the Milan Polytechnic (Bovisa centre), adjacent to the Milanese Competence Center MADE. Moderated by Franco Canna (Innovation Post) and Bianca Maria Colosimo (Milan Polytechnic MADE), the day involved 24 speakers from all sectors involved in Additive Manufacturing: machine manufacturers, material suppliers, users, consultancy, universities, subcontractors. Four moments marked the times of the round table: a general introduction to

Additive Manufacturing (AM), with the presentation of the new dedicated area in SPS; a summary of the trends that emerged at Formnext (annual European reference fair for new technologies at the service of industrial production that Messe Frankfurt organizes in Frankfurt: 860 exhibitors at the last edition of November); the presentation of MADE (the Competence Center for Industry 4.0 headed by the Milan Polytechnic) which recently launched the first call for 1.5 million euros of 50% co-financing in favor of small and medium-sized companies ( as many as 71 the applications received for 51 million euros); applications in the medical field with the creation of customized prostheses. The second and third phases were dedicated respectively to the automotive and aerospace sector, traditionally at the forefront of the AM sector, while in the fourth, packaging was discussed with the contributions of Filippo Rosa (Research & Innovation Engineer IMA), Riccardo Della Martera (Sales Engineer Manager EMEA Relayr), Giacomo Coppi (Head of Digital Supply Chain and Manufacturing SAP Italy), Marco Giuseppe Andreetta (Sisma Product Marketing Analyst), Giuseppe Cilia (Sales Manager Stratasys Italy), Ferdinando Auricchio (Full Professor at the University of Pavia )

AM IN A NUTSHELL: THE FIELDS OF APPLICATION Additive Manufacturing (AM) is an ESG (Environment Social Government) technology, as it enables the production of lighter products: you save material, you have less processing waste and you

51 milioni di euro); le applicazioni in campo medico con la realizzazione di protesi personalizzate. La seconda e la terza fase erano dedicate rispettivamente al settore dell’automotive e dell’aerospace, per tradizione all’avanguardia nel settore, mentre nella quarta si è discusso di packaging con gli interventi di Filippo Rosa (Research&Innovation Engineer IMA), Riccardo Della Martera (Sales Engineer Manager EMEA Relayr), Giacomo Coppi (Responsabile Digital Supply Chain e Manufacturing SAP Italia), Marco Giuseppe Andreetta (Product Marketing Analyst Sisma), Giuseppe Cilia (Sales Manager Stratasys Italia), Ferdinando Auricchio (Professore Ordinario Università degli Studi di Pavia)

L’AM IN PILLOLE: I CAMPI DI APPLICAZIONE L’Additive Manufacturing (AM) è una tecnologia ESG (Environment Social Governement), in quanto permette di realizzare prodotti più leggeri: si risparmia materiale, si hanno meno sfridi di lavorazione e si consuma meno energia. Altri vantaggi correlati sono la riduzione del

«A SPS Italia il progetto dell’area dedicata all’Additive Manufacturing che animerà il District 4.0, sarà supportato da Formnext e dal Comitato Tecnico, che annovera tra i componenti anche le Università di Pavia, Bergamo, Brescia e il Politecnico di Milano. At SPS Italia the project of the area dedicated to Additive Manufacturing which will animate District 4.0, will be supported by Formnext and the Technical Committee, which also includes the University of Pavia, Bergamo, Brescia and the Milan Polytechnic among its members. »

numero di componenti (con, in pratica, la relativa diminuzione di referenze a magazzino) e la possibilità di realizzare prodotti con forme complesse… Ma, attenzione: nel comparto packaging, nel pharma e nel food le forme complesse possono creare qualche problema, in quanto non agevolano il lavaggio delle macchine. AM è però ideale per prototipazione o per produrre piccole serie, per interventi di manutenzione e aggiornamento su attrezzature e macchine. Non è quindi una tecnologia da utilizzare per grandi serie (anche se l’industria aeronautica, per motivi legati agli standard di sicurezza, utilizza l’AM per produzioni importanti). È ideale anche per realizzare in casa ricambi di impianti e macchine, permettendo così di ridurre drasticamente i tempi di fermo. In generale viene impiegata per il 60% in prototipazione e per il 40% in produzione. In un futuro non lontano i rapporti saranno rovesciati.

LO STILE DELLA PROGETTAZIONE L’impiego di macchine Additive (che pos

consume less energy. Other related advantages are the reduction in the number of components (with, in practice, the relative decrease in references in the warehouse) and the possibility of creating products with complex shapes ... But, watch out: in the packaging, pharma and food sectors, complex shapes can create some problems, as they do not facilitate machine washing. AM is however ideal for prototyping or for producing small series, for maintenance and updating on equipment and machines. It is therefore not a technology to be used for large series (even if the aviation industry, for reasons related to safety standards, uses AM for important productions).

It is also ideal for making inhouse plant and machine spare parts, thus allowing to drastically reduce downtime. In general, 60% is used in prototyping and 40% in production. In the not too distant future, this ratio will be reversed.

THE ENGINEERING DESIGN STYLE The use of Additive machines (which can use 25 different technologies) must be planned from an Industry 4.0 perspective, otherwise the potential offered is not grasped. The organizational aspect and the training of people are of fundamental importance for both production and design: the 3D project is in fact different from the CAD project and enables the solution of different problems. Hence one needs to change the design style, keeping in mind however that you can’t produce everything, as the pieces produced with AM have limited mechanical characteristics, due to the materials avialiabe that do not always offer adequate fatigue resistance. However, new plastic, thermoplastic and metallic materials (brass, bronze, copper) are being studied and heat treatments that improve mechanical characteristics are beginning to be used. It should be noted that the University of Modena Reggio Emilia is carrying out research in the powder metallurgy sector. As far as the machines are concerned, there is a tendency to make bigger and bigger ones, while for the products hybrid production is taking hold, that is, a piece is made partly with traditional machines and then with AM. Last in line, one of the most important phases of production in AM is postprocessing, the purpose of which is to improve the finish of the piece produced, to color it or to reinforce its structure.

THE HOW AND WHY OF STARTING Many approach this new technology by adopting small machines in the company to produce prototypes or small lots (typically spare parts). In any case, the insertion of the new machine needs to be carefully planned, because if the planning is carried out correctly, you can obtain a return on investment in 6-9 months. Profitability - it has been underlined by many parties - depends

sono utilizzare 25 tecnologie differenti) va pianificato in ottica Industry 4.0, altrimenti non se ne colgono le potenzialità. L’aspetto organizzativo e la formazione delle persone sono di fondamentale importanza sia per la produzione sia per la progettazione: il progetto in 3D è infatti diverso dal progetto CAD e permette di risolvere problematiche diverse. Occorre quindi cambiare stile di progettazione, tenendo ben presente però che non si può produrre di tutto, in quanto i pezzi prodotti con l’AM presentano caratteristiche meccaniche limitate, dovute ai materiale disponibili che offrono resistenza a fatica non sempre adeguata. Sono comunque allo studio nuovi materiali sia plastici, sia termoplastici e metallici (ottone, bronzo, rame) e incominciano a trovare impiego i trattamenti termici che migliorano le caratteristiche meccaniche. Da segnalare che l’Università di Modena Reggio Emilia sta svolgendo attività di ricerca nel settore della metallurgia delle polveri. Per quanto riguarda le macchine si tende a realizzarne di sempre di più grandi, mentre per i prodotti sta prendendo piede la produzione ibrida, ovvero un pezzo viene realizzato parte con le macchine tradizionali e poi con l’AM. Sebbene sia l’ultima, una delle fasi più importanti della produzione in AM è il post-processing, il cui scopo è di migliorare la finitura del pezzo prodotto, di colorarlo o di rinforzarne la struttura.

COME E PERCHÉ INIZIARE Molti si avvicinano a questa nuova tecnologia adottando in azienda macchine di dimensioni ridotte per produrre prototipi o piccoli lotti (tipici i ricambi).

In ogni caso è necessario pianificarne con cura l’inserimento, perché se la pianificazione viene realizzata correttamente è possibile ottenere un ritorno dell’investimento in 6-9 mesi. La profittabilità - è stato sottolineato da più parti - dipende dalla corretta applicazione, per cui risulta fondamentale lo studio di fattibilità, peraltro non facile da realizzare dato che pochi operatori hanno una cultura specifica al riguardo. Va ricordato, però, che i costruttori di macchine, le università con i competence center come il MADE e i centri di ricerca offrono un valido supporto. E come per Industry 4.0, l’AM offre la possibilità di creare nuovi modelli di business.

LA FORMAZIONE Molte aziende hanno un’ “academy” interna per corsi ai clienti e offrono un prezioso servizio di consulenza. Nel campo della formazione stanno assumendo un ruolo fondamentale le Università, sia per la parte tecnica sia per la parte gestionale. Le Università con i Competence Center (nello specifico il MADE) si stanno affermando come centri di aggregazione, dove far convergere le competenze dei molti attori in gioco: utilizzatori, costruttori di macchine, fornitori di materiali, fornitori di software e di hardware di comunicazione, società di servizi.

GLI INCENTIVI Le macchine Additive sono incentivate con credito di imposta, purché inserite in reti di comunicazione per lo scambio dei dati ma anche per permettere in primis il monitoraggio anche da remoto nonché la raccolta dati su cloud. Relayr (impresa attiva nell’Internet of Things industriale) ha allo studio, in particolare per gli OEM, la possibilità di accedere a contratti “pay per use” in alternativa all’acquisto o al leasing; ma ha già reso disponibili servizi di assicurazione sulla garanzia dei risultati. Valida alternativa all’acquisto delle attrezzature AM resta la definizione di una partnership con un subfornitore (è il caso di IMA, che si avvale di un partner con il quale ha una compartecipazione per la realizzazione di prototipi).

MA COSA SI PUÒ FARE IN CONCRETO NEL PACKAGING? Occorre premettere che l’incontro promosso da Messe Frankfurt - SPS Italia aveva lo scopo di “fare cultura tecnica” e pochissimi sono stati gli esempi citati. Per quanto riguarda il settore del confezionamento, Sisma ha realizzato una testa per stampaggio a iniezione caratterizzata da una rete capillare per il raffreddamento (impossibile da realizzare con le macchine tradizionali): si è ottenuto così un aumento della produttività durante lo stampaggio in quanto il calore viene smaltito più facilmente. Altri esempi riguardano la realizzazione di granulatori per il farma e sistemi anticontraffazione. In conclusione, per coloro che desiderano saperne di più, segnaliamo una utilissima pubblicazione e colori in formato A5 intitolata “Formnext AM FIELD APPLICATION GUIDE” edita da Mesago: oltre 60 pagine in lingua inglese sulla tecnologia in rapida evoluzione che per prossimi anni potrà rivoluzionare il design e la produzione di oggetti.

on the correct application, for which the feasibility study is fundamental, which though is not easy to carry out since few operators have a specific culture in this regard. It should be remembered, however, that machine manufacturers, universities with competence centers such as MADE and research centers offer valuable support. And as for Industry 4.0, AM offers the opportunity to create new business models.

TRAINING Many companies have an internal “academy” for customer courses and offer a valuable consultancy service. In the field of training, universities are taking on a fundamental role, both for the technical part and for the management part. Universities with Competence Centers (specifically MADE) are establishing themselves as aggregation centers, where the skills of the many players involved converge: users, machine manufacturers, material suppliers, communication software and hardware suppliers, service companies.

THE INCENTIVES Additive machines are incentivized with tax credit, provided they are inserted in communication networks for the exchange of data but also to primarily allow remote monitoring as well as cloud data collection. Relayr (a company active in the industrial Internet of Things) is studying, in particular for OEMs, the possibility of accessing pay-per-use contracts as an alternative to purchasing or leasing; but has already made avaialable assurance services of results guaranteed. A valid alternative to the purchase of AM equipment remains the definition of a partnership with a subcontractor (this is the case of IMA, which avails itself of a partner with whom it has a partnership for the creation of prototypes).

BUT WHAT CAN BE ACTUALLY DONE IN PACKAGING? It must be said that the meeting promoted by Messe Frankfurt - SPS Italia was intended to “generally inform about the technology” and very few examples were cited. As for the packaging sector, Sisma has created an

injection molding head characterized by a capillary network for cooling (impossible to create with traditional machines): thus an increase in productivity was obtained during molding since the heat is more easily dispersed. Other examples concern the realization of granulators for the pharmaceutical and anti-counterfeiting systems. In conclusion, for those who wish to learn more, we point out a very useful color publication in A5 format entitled “Formnext AM FIELD APPLICATION GUIDE” published by Mesago: over 60 pages in English on rapidly evolving technology that for the next few years will revolutionize the design and production of objects.