Stampa 3D, quando è davvero più sostenibile della produzione tradizionale

La stampa 3D non è automaticamente una scelta più sostenibile della produzione tradizionale. Può diventarlo, e anche con vantaggi ambientali consistenti, quando la libertà progettuale dell’additive manufacturing viene utilizzata per ottenere un componente più leggero mantenendo le prestazioni richieste. Se invece una geometria convenzionale viene semplicemente trasferita a una stampante 3D, il risultato può essere opposto: più energia consumata e un’impronta ambientale maggiore. È la conclusione di uno studio pubblicato il 31 agosto su npj Materials Sustainability, che propone di cambiare il modo in cui vengono confrontate le tecnologie produttive.

I ricercatori della RWTH Aachen University e della Technische Universität Berlin hanno messo alla prova il metodo confrontando componenti metallici destinati all’assorbimento di energia. Invece di limitarsi a calcolare quanto materiale o quanta energia servono per fabbricare un pezzo, hanno utilizzato come riferimento la funzione che quel componente deve effettivamente svolgere: nel caso analizzato, assorbire 3,3 kJ di energia. In questo modo la LCA non confronta semplicemente due oggetti, ma due soluzioni capaci di fornire la stessa prestazione.

Il design può ribaltare il bilancio ambientale

I risultati mostrano quanto questa differenza sia importante. Una struttura reticolare progettata specificamente per la produzione additiva ha ridotto del 45% il potenziale di riscaldamento globale rispetto al componente convenzionale. La domanda cumulativa di energia è diminuita del 51% e l’impronta materiale del 56%. Ma quando il design tradizionale è stato prodotto attraverso additive manufacturing, senza sfruttarne le possibilità di alleggerimento, gli stessi indicatori sono peggiorati: rispettivamente del 33,9%, 33,1% e 34,6%.

È una differenza rilevante per l’industria manifatturiera, perché sposta la valutazione ambientale dalla macchina al progetto. Una stampante 3D può realizzare reticoli, cavità e geometrie difficili da ottenere con lavorazioni convenzionali, eliminando materiale dove non serve. Ma questo vantaggio conta soltanto se il pezzo continua a garantire le proprietà meccaniche necessarie. Valutare i componenti a parità di massa o di geometria rischia quindi di nascondere proprio il beneficio che può rendere competitiva la produzione additiva.

Anche la polvere metallica pesa sull’impronta ambientale

Lo studio individua inoltre un passaggio particolarmente critico nella produzione delle polveri metalliche utilizzate per la stampa. Il consumo di argon durante l’atomizzazione può aumentare sensibilmente l’impatto ambientale complessivo. Migliorare la resa del materiale sia nella produzione delle polveri sia durante la stampa, riducendo contemporaneamente il consumo di gas, diventa quindi una condizione importante per una stampa 3D sostenibile.

La ricerca non stabilisce dunque che una tecnologia sia sempre preferibile all’altra. Offre piuttosto un criterio per decidere quando il passaggio alla produzione additiva abbia realmente senso dal punto di vista ambientale. Per un’impresa significa non chiedersi soltanto quanto consuma una stampante rispetto a una macchina utensile, ma quanto materiale serve per ottenere la stessa funzione e quali prestazioni offre il componente durante il suo utilizzo.

È qui che il confronto diventa interessante per settori come automotive, aerospazio e produzione di componenti ad alte prestazioni, dove pochi chilogrammi risparmiati possono avere conseguenze anche nella fase d’uso. La sostenibilità della manifattura additiva, suggeriscono i risultati, non nasce quindi dalla stampa 3D in sé: nasce dalla capacità di riprogettare il prodotto attorno alle possibilità offerte dalla tecnologia.