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Il ruolo della stampa 3D nella produzione di veicoli elettrici

Pubblicato il 17 Dicembre 2024 da Elisa L.

I tempi cambiano e la società si evolve, adattandosi ai nuovi sviluppi. Lo stesso accade con la tecnologia: poco più di un decennio fa, molte delle innovazioni che oggi diamo per scontate erano impensabili. Dagli elettrodomestici che si servono dell’AI e i droni con tracciamento facciale per reportage video, ai miglioramenti di tecnologie esistenti come il 5G e la stampa 3D, la tecnologia influenza la nostra vita quotidiana e spesso la migliora. Tra le numerose innovazioni comparse sul mercato negli ultimi anni sicuramente una ha acquisito rilevanza: i veicoli elettrici.

I veicoli elettrici come auto, moto e persino furgoni sono sempre più diffusi. Le loro basse emissioni e il costo del rifornimento di carburante sono, tra le altre cose, vantaggiosi per i consumatori. Oggi, infatti, una grande percentuale delle auto in circolazione è ibrida o elettrica. E, come abbiamo detto all’inizio, la tecnologia è in continua evoluzione, ed è per questo che la stampa 3D sta già iniziando a essere implementata nella produzione di veicoli elettrici da parte di alcuni marchi.

Vendite di auto elettriche tra Cina (arancione), Europa (blu) e Stati Uniti (verde) (Crediti per l’immagine: AIE)

Perché utilizzare i veicoli elettrici?

Sono diversi i motivi per cui si decide di acquistare un veicolo elettrico piuttosto che uno a benzina o diesel. Da un lato, alcuni automobilisti decidono agire concretamente per ridurre le emissioni e tutelare l’ambiente. Le emissioni di un veicolo elettrico infatti sono pari a zero, quindi con questo tipo di auto si può dare un contributo diretto in termini di sostenibilità. Dall’altro, c’è chi pensa al fattore economico. Un’auto elettrica è un grande investimento iniziale, ma a lungo termine genera un grosso risparmio perchè questo tipo di veicoli non richiede dei costi di mantenimento eccessivi.

Nonostante molti considerino i veicoli elettrici una semplice “moda passeggera”, i dati dimostrano chiaramente il loro crescente utilizzo e una diffusione sempre più ampia di questa tecnologia. Ad esempio, secondo Statista, il mercato delle auto elettriche nel 2022 ha battuto i record negli Stati Uniti, con una stima di 918.500 vendite di veicoli elettrici leggeri. Si tratta di un aumento significativo rispetto al 2018, più del doppio. Questa tendenza si può notare anche nell’aumento della popolarità di marchi come Tesla, o in case automobilistiche ben note come Ford che hanno presentato i propri veicoli ibridi ed elettrici negli ultimi anni.

Le origini della stampa 3D per i veicoli elettrici

La stampa 3D è entrata a far parte del settore automobilistico già da qualche tempo. Oltre ad essere impiegata per applicazioni come la prototipazione rapida, 10 anni fa si è incominciato ad adottare la stampa 3D per le auto destinate ai consumatori. Tutto è incominciato quando i makers, ossia coloro che hanno stampanti 3D in casa e creano i propri modelli in autonomia, hanno iniziato a progettare piccole parti per personalizzare i propri veicoli. Alcuni di questi maker hanno incorporato piccoli accessori di design o addirittura inserito alcune parti minori della struttura dell’auto.

3D printed electric vehicles

Strati, la prima auto elettrica stampata in 3D (foto: Car and Driver)

Nel 2014, in occasione dell’International Manufacturing Technology Show di Chicago (IMTS), è stata stampata per la prima volta un’intera automobile con una stampante 3D. Il suo nome è Strati, un piccolo veicolo elettrico a due posti prodotto da Local Motors e con uno stile simile a quello dei buggy da spiaggia. Nonostante Strati sia stata una novità assoluta, quest’auto non è stata menzionata dalla maggior parte dei media mondiali. A differenza di altre auto stampate in 3D, Strati si componeva di sole 49 parti ed è stata stampata in meno di 48 ore. Purtroppo aveva un’autonomia di poco inferiore ai 200 km, per cui, nonostante si parlasse di produrla in serie nel 2015, non è stata un successo.

Anni dopo, nel 2018, è stata presentata l’auto che oggi conosciamo come XEV YOYO, ma che all’epoca era conosciuta come LSEV. Progettata da X Electrical Vehicle (XEV) e prodotta in collaborazione con Polymaker, è stata lanciata nel 2019. Questo piccolo veicolo può essere stampato in sole 3 ore e si compone di 57 parti. Quella che era una piccola azienda è rapidamente cresciuta, espandendo la sua rete di concessionarie in tutto il mondo e vendendo migliaia di veicoli ogni anno.

Circa cinque anni fa, la stampa 3D nel settore automobilistico era ancora agli inizi. All’epoca, alcuni veicoli elettrici di piccole dimensioni, come il KILO Design e il 4ekolka, erano già stati stampati in 3D e importanti case automobilistiche come Volkswagen e BMW avevano sperimentato questa tecnologia per il restauro di modelli storici. Tuttavia, il livello di sviluppo e integrazione che vediamo oggi sembrava ancora lontano dall’essere raggiunto.

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La prima versione della 4ekolka esposta al salone dell’automobile.

Quali sono i materiali e le tecnologie di stampa 3D compatibili per i veicoli elettrici?

Oggi, numerosi marchi automobilistici integrano la stampa 3D nei loro processi produttivi, sia per realizzare piccole componenti per i veicoli elettrici e per quelli tradizionali, sia per ottimizzare le linee di assemblaggio. Aziende di fama mondiale come Volkswagen, Seat, Toyota e Lexus utilizzano queste tecnologie, insieme a molti altri produttori del settore. Tuttavia, la stampa 3D non è l’unica soluzione adottata: software di modellazione 3D, scanner 3D e prototipi di auto di prova rappresentano ulteriori applicazioni avanzate delle tecnologie 3D nell’industria automobilistica.

La maggior parte dei marchi utilizza una o due tecnologie specifiche, come nel caso di Koenigsegg con FDM e resina o di Volkswagen con HP Metal Jet. Ciò significa che non esiste un tipo di tecnologia specificamente progettata per i veicoli elettrici, ma che, a seconda dell’applicazione che si vuole utilizzare, è possibile realizzarne una con una tecnologia o un’altra.

Inizialmente, la produzione additiva di veicoli elettrici era limitata all’uso di materiali plastici. Tuttavia, con l’evoluzione della tecnologia, la gamma di materiali compatibili si è notevolmente ampliata, includendo oggi una varietà di soluzioni avanzate che offrono maggiore resistenza, leggerezza e sostenibilità. Detto questo, i più comuni nel settore sono i materiali termoplastici come ABS, nylon o resine.

La maggior parte delle componenti stampate in 3D sono parti non critiche, cioè non direttamente coinvolte nel funzionamento o nella gestione del veicolo. Tuttavia, la tecnologia è ormai in grado di produrre anche parti critiche per la sicurezza dei veicoli elettrici e alcune aziende lo fanno già con successo. Queste componenti, invece di essere realizzate in polimeri, vengono generalmente stampate utilizzando metalli e leghe, garantendo maggiore resistenza e affidabilità. Tra queste, le più utilizzate sono il titanio e le leghe di alluminio.

Applicazioni e usi

Alcuni produttori hanno compreso che le parti stampate in 3D non solo sono più veloci da produrre e meno costose di quelle create con i metodi di produzione tradizionali, ma sono anche altrettanto resistenti. Queste parti stampate vengono sottoposte a numerosi e sofisticati test per conoscerne i limiti, per poterle incorporare poi nella produzione di veicoli. Che siano stampati in metallo, plastica o ceramica, tutti i componenti devono necessariamente prima essere sottoposti a degli stress test.

Agli inizi, la maggioranza delle case automobilistiche esitava a introdurre nei propri veicoli parti create con la stampa 3D. Con il passare del tempo si sono sempre più convinti che le parti create con l’additive manufacturing erano solide, robuste e durevoli. Sono numerosi i marchi che attualmente stanno introducendo nelle loro auto parti create tramite l’uso di queste tecnologie. Ad esempio, Volkswagen ha progettato circa 13 diversi modelli di auto che incorporano parti stampate in 3D, sia in metallo che in plastica. Infatti, secondo il Dr. Stefan Leest, Chief Technology Officer di Volkswagen, “le parti stampate in 3D sono resistenti quanto quelle prodotte con metodi tradizionali”.

Connettori dell’acqua in metallo stampati in 3D per il motore W12 di Audi (crediti fotografici: Gruppo Volkswagen)

Spesso vengono utilizzate per creare finiture dei veicoli, come cruscotti, telai dei sedili, pannelli di controllo, prese d’aria e condotti di raffreddamento, dispositivi di illuminazione, coperture e accessori per console. Inoltre, iniziano a essere stampate in 3D anche parti essenziali del veicolo come staffe di montaggio, alloggiamenti, sospensioni a doppio braccio e componenti dei freni.

Un esempio significativo si può osservare con LEXUS, che alla fine del 2023 ha annunciato l’uso della stampa 3D per la produzione dei condotti di raffreddamento dell’olio AT nella nuova versione della sua auto sportiva ibrida, la LEXUS LC500. Sebbene inizialmente il progetto abbia suscitato alcune perplessità, l’integrazione della stampa 3D in una supercar di questo calibro rappresenta un’importante innovazione nel settore automobilistico. Infatti, Tomohiro Ohno, designer della carrozzeria LEXUS, ha specificato: “I due problemi principali erano: il costo, se  poteva essere fattibile considerando la produzione in lotti ridotti, e come determinare la qualità delle parti realizzate con le stampanti 3D”. Dopo rigorosi test, il progetto è stato approvato e, nel 2024, è stata lanciata la LEXUS LC500, un’auto da strada che include componenti stampate in 3D.

Condotti del radiatore dell’olio AT (crediti fotografici: Solize e LEXUS)

Un altro esempio in cui abbiamo visto la stampa 3D essere applicata nelle auto elettriche o ibride è legato al famoso marchio di hypercar Koenigsegg. Questo marchio utilizza stampanti 3D FDM e a resina nei suoi veicoli per produrre migliaia di parti. Il tutto con l’aiuto del software 3DPrinterOS. Christian von Koenigsegg, creatore e direttore del marchio, ha specificato a The Quail durante la Monterey Car Week che loro producono la propria resina, ma che la vendita del materiale non è aperta al pubblico. Ha aggiunto: “Stiamo stampando alloggiamenti per i controller elettronici, ugelli per spruzzare sotto le prese d’aria, alette, queste parti vengono stampate ad alte temperature”.

Vantaggi e sfide dell’uso della stampa 3D per i veicoli elettrici

La stampa 3D nei veicoli elettrici ha raggiunto livelli di eccellenza sin dalla sua introduzione nell’industria automobilistica. Molte aziende, come nel caso della CUPRA, la utilizzano per creare prototipi o per progettare componenti per i loro veicoli già esistenti, riducendo significativamente i costi. Come afferma il Dr. Werner Tietz, direttore tecnico di CUPRA, “la stampa 3D ci consente di realizzare prototipi in modo rapido ed economico, ottimizzando il processo di sviluppo”.

Inoltre, rispetto ai metodi tradizionali, la produzione additiva non solo offre costi di produzione a prezzi ridotti, ma anche con tempi di realizzazione molto più rapidi. Questi vantaggi della stampa 3D stanno rivoluzionando il settore, offrendo opportunità che prima sembravano impensabili con le tecniche tradizionali.

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Tesla sta realizzando stampi giganti con la stampa 3D per poter produrre auto in serie (Crediti per la foto: Tesla)

Vale la pena ricordare che molti marchi utilizzano questi software sia per la progettazione che per il funzionamento dell’unità di controllo del veicolo. Ad esempio, MG Motors utilizzerà Snapdragon nel suo nuovo modello MG Coupé per controllare le varie funzioni del veicolo. Quando le auto di prova vengono prodotte in 3D i costi si riducono notevolmente, per cui il collaudo diventa molto più economico. Questo è il caso di Tesla con le sue auto che vengono create con l’aiuto della tecnologia Binder Jetting.

Un altro enorme vantaggio che la produzione additiva apporta al settore delle auto elettriche è la personalizzazione. Le possibilità offerte dalle tecnologie dell’Industria 4.0 per la creazione e la progettazione di veicoli elettrici, tra cui la stampa 3D, sono praticamente infinite. Ecco perché diverse aziende stanno già esplorando e offrendo al cliente diverse possibilità. Un marchio di cui abbiamo sentito parlare parecchio è XEV, che ha immesso sul mercato il già citato modello YOYO. Si tratta di un veicolo che, grazie alla stampa 3D, offre molteplici design personalizzabili. Un altro esempio interessante è la concept car Ubox di Toyota, che si propone come un’automobile altamente personalizzabile.

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I piccoli e personalizzabili XEV e YOYO EV (crediti fotografici: XEV)

Nonostante i numerosi vantaggi, l’industria della produzione additiva nel settore automobilistico presenta una serie di sfide che ne ostacolano l’evoluzione e lo sviluppo. Tra queste c’è la manodopera, poiché per progettare e produrre parti 3D sono necessari progettisti CAD specializzati nel settore automobilistico e personale competente come i tecnici per macchinari industriali. Tuttavia, anche se è vero che oggi c’è una carenza di professionisti formati in entrambi i campi, sempre più persone scelgono di intraprendere dei percorsi di studio che li portano a scegliere queste professioni.

Il furto di proprietà intellettuale rappresenta un’altra significativa barriera per la produzione additiva nei veicoli elettrici. Esistono infatti numerose strategie truffaldine che permettono di replicare parti senza poter rivendicare diritti sui brevetti, rendendo questo fenomeno una preoccupazione quotidiana nel settore. La mancanza di leggi adeguate per proteggere i progetti dei designer a livello globale è uno dei motivi principali per cui molte aziende e marchi sono riluttanti a intraprendere la strada della stampa 3D per i veicoli elettrici. Questo problema non riguarda solo i veicoli elettrici, ma anche quelli tradizionali, come dimostra il divieto che Honda ha imposto qualche anno fa di stampare file 3D .

Queste sfide appena illustrate sono solo due delle tante che le nuove tecnologie devono superare per entrare pienamente nel mercato. Ci sono anche altri problemi da gestire come la velocità di produzione di massa dei pezzi, poiché alcuni verrebbero comunque prodotti più velocemente con i metodi tradizionali. Sebbene sia vero che abbiamo parlato in precedenza della velocità di creazione di pezzi grazie alla stampa 3D, questo si riferisce spesso a piccole serie di componenti, prototipi o pezzi singoli. Quando si tratta di produzione di massa, le cose cambiano. Anche la creazione di pezzi di grandi dimensioni è una sfida per la quale la produzione additiva ha risorse ancora limitate. Con il passare degli anni, speriamo che la stampa 3D nel settore dei veicoli elettrici continui a evolversi, raggiungendo traguardi sempre più ambiziosi e offrendo nuove opportunità per l’innovazione.

Qual è il futuro dei veicoli elettrici stampati in 3D?

Abbiamo esplorato il passato e il presente dei veicoli elettrici stampati in 3D, ma cosa ci riserva il futuro per questo settore? Sebbene ci siano molte previsioni, una cosa è certa: seguendo la traiettoria che abbiamo osservato negli ultimi dieci anni, possiamo affermare con sicurezza che continuerà a crescere. A dimostrazione di ciò, diversi marchi hanno già confermato progetti per il 2024 che coinvolgono le tecnologie di produzione additiva, come nel caso di Liux, Seat e Cupra.

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La Volkswagen ID.4 XTREME (crediti fotografici: Volkswagen)

Un’altra azienda che punta a fare significativi progressi in questo campo è la tedesca Volkswagen, che sta lavorando per integrare la stampa 3D nei suoi veicoli elettrici. Tra questi c’è la versione più sportiva e fuoristrada della sua ID.4 GTX EV, chiamata ID.4 XTREME, un’auto elettrica per la quale la fabbricazione additiva svolge un ruolo molto importante nei suoi componenti di progettazione.

Anche il marchio spagnolo Liux sta facendo passi da gigante per rivoluzionare il settore delle auto elettriche. Dopo anni di sviluppo di progetti innovativi, sembra che non ci vorrà molto prima che le sue vetture arrivino sul mercato. La più promettente tra le sue tre possibili auto è la Liux Animal, un veicolo elettrico che utilizzerà materiali sostenibili, come il lino, e sarà realizzato tramite stampa 3D, combinando innovazione e sostenibilità in un’unica soluzione.

Non si sa ancora cosa ci riservi il futuro, ma è chiaro che quello che abbiamo visto finora è solo l’inizio di una nuova era nell’industria automobilistica. Elon Musk, CEO di Tesla e SpaceX, ha detto quanto segue riferendosi ai veicoli elettrici: “Le auto stampate in 3D sono un passo importante verso un futuro più sostenibile ed efficiente nell’industria dei trasporti”. Un altro chiaro esempio dei vantaggi della stampa 3D si può comprendere dalle parole di Jim Hackett, CEO di Ford Motor Company: “Le auto elettriche stampate in 3D hanno il potenziale per rivoluzionare l’industria automobilistica, creando veicoli più leggeri, efficienti e sostenibili”.

Cosa ne pensi dei diversi usi e delle possibilità offerte dalla stampa 3D per i veicoli elettrici? Faccelo sapere lasciando un commento sui nostri canali social Facebook, LinkedinYouTube! Non dimenticare di iscriverti alla nostra Newsletter per ricevere tutte le notizie dall’evento direttamente nella tua casella di posta!

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