Additive manufacturing : a brief overview on the challenges faced in the industry

Additive Manufacturing, an unconventional design-driven manufacturing system that translates a design directly from its digital to a solid form to give the end-use product may be seen to be the answer to all of the problems faced by conventional manufacturing systems by offering solutions that never seemed possible before its advent. While still in a phase when Additive Manufacturing is believed to be promising, it may belie a series of challenges that can question its ability to deliver. This research gives an overview on all of the challenges the system of additive manufacturing is currently faced with that hinder its promotion onto a mass-production platform from its original purpose of creating prototypes which could leave open ends for future researchers to overcome the inhibitions in the development of the system with a view to utilizing it to the fullest. While the research of this thesis is limited to metallic and ceramic materials, it elicits key issues in the current additive manufacturing processes and also helps identify difficulties in industrializing the system while providing possible solutions for the same.

L' Additive Manufacturing è il processo di produzione di componenti fisici 3D CAD grazie all'aggiunta di materiale strato dopo strato. Il concetto principale è quello di aggiungere strati nei processi di produzione convenzionali piuttosto che sottrarne. Indipendentemente dal materiale utilizzato nella produzione, sia che si tratti di metallo, plastica, ceramica o cemento o anche tessuti umani, la produzione additiva è un termine appropriato per descrivere tutte le tecnologie impiegate per la costruzione di oggetti 3D con questa tecnica. Come per le tecniche AM viene utilizzato un software di modellazione 3D (Computer Aided Design e CAD), apparecchiature specifiche e del materiale appropriato per il processo di stratificazione. Una volta che il disegno CAD viene prodotto, l'apparecchiatura AM legge i dati CAD e crea l'oggetto in 3D ponendo strati di materiale uno sopra l'altro.L' Additive Manufacturing è visto come un'alternativa ai sistemi convenzionali di fabbricazione che seguono un concetto di produzione dove del materiale viene rimosso dal prodotto per darne la forma finale. Questo ci porta a pensare che la produzione additiva potrebbe essere una valida alternativa al sistema convenzionale meno efficiente, soprattutto se si considera che l'AM offre una maggiore precisione (per definizione), richiede meno spazio e riduce gli sprechi. Ma ci sono diversi problemi e sfide che la produzione additiva deve affrontare e che le impediscono di raggiungere lo status di tecnica di produzione favorita. Questa tesi fornisce una panoramica su alcune sfide e questioni attuali che portano a ritenere la produzione additiva non ancora pronta per la produzione di massa industriale, sperando di spingere i futuri ricercatori a superare tali limitazioni e a portare questo sistema ad un'applicazione su larga scala. Questa ricerca si limita allo studio dell'utilizzo di materiali metallici e ceramici portando alla luce le questioni chiave nei processi di fabbricazione additiva attuali. I problemi affrontati riguardano principalmente: proprietà meccaniche, anisotropia, finitura superficiale e porosità. Oltre a questi, ci sono altri fattori che vincolano l'industrializzazione del sistema come, ad esempio, il fatto che il know-how di questa tecnica non è ancora diffuso e che la sostituzione di vecchie tecniche già consolidate non può avvenire facilmente.Affinché l'Additive Manufacturing raggiunga uno stato di produzione di massa, diversi importanti fattori devono essere presi in considerazione, come ad esempio la necessità del raggiungimento di una completa automazione e di una velocità di fabbricazione paragonabile a quella dei metodi tradizionali. Inoltre, necessita di un approccio multidisciplinare (che coinvolge IT, robotica, studi meccanici, manifatturieri e chimici, ecc), e quindi richiede certamente un approccio sistematico e complesso.