{"id":2582,"date":"2022-06-13T09:40:01","date_gmt":"2022-06-13T07:40:01","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/it\/?p=2582"},"modified":"2022-10-18T19:38:43","modified_gmt":"2022-10-18T17:38:43","slug":"carbon-sostenibilita-am-130620229","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/it\/carbon-sostenibilita-am-130620229\/","title":{"rendered":"Carbon: materiali pi\u00f9 innovativi e sostenibilit\u00e0 nell’Additive Manufacturing"},"content":{"rendered":"

Quando Carbon \u00e8 stata fondata nel 2013, ha deciso di cambiare radicalmente lo sviluppo e la manifattura dei prodotti grazie alla sua tecnologia di stampa a fotopolimerizzazione<\/a> ad alta velocit\u00e0, Digital Light SynthesisTM<\/sup> (DLS). L’azienda ha continuato ad avere successo poich\u00e9 brand come Adidas<\/a>, Ford Motor Company, Becton Dickinson Company e molti altri sfruttano la piattaforma Carbon DLS\u2122 per fornire prodotti di qualit\u00e0 migliore in minor tempo. La rivoluzione sembra essere solo all’inizio. Oltre a migliorare continuamente la propria tecnologia, l’azienda si concentra sullo sviluppo di materiali innovativi e supporta il settore per renderlo complessivamente pi\u00f9 sostenibile<\/a>. Abbiamo incontrato Jason Rolland, vicepresidente senior del dipartimento materiali di Carbon, per sapere di pi\u00f9 su come funzionano la tecnologia e i materiali e, naturalmente, sull’impegno dell’azienda per un mondo pi\u00f9 rispettoso dell’ambiente.<\/p>\n

3DN: Pu\u00f2 presentarsi?<\/h3>\n

Certamente, mi chiamo Jason Rolland, guido il team del Dipartimento Materiali di Carbon e sono in azienda da oltre otto anni. Ho iniziato a lavorare molto presto per loro, eravamo otto dipendenti e ora siamo oltre 500 collaboratori; \u00e8 stato bello guardare l’azienda crescere e vedere tutte le tecnologie che \u00e8 stata in grado di sviluppare. Mi sono laureato in chimica dei polimeri presso la Virginia Tech e ho poi svolto un dottorato di ricerca nello stesso ambito all’Universit\u00e0 della Carolina del Nord a Chapel Hill. \u00c8 l\u00ec che ho incontrato Joseph DeSimone, il mio tutor di dottorato che, in seguito, mi ha portato in Carbon. Joe \u00e8 uno dei cofondatori di Carbon, mi ha fatto conoscere subito la tecnologia dell’azienda e mi ha reclutato per creare la piattaforma e il team che si occupa dei materiali. Prima di questa esperienza, ero un novellino nel campo della stampa 3D ed \u00e8 stato entusiasmante vedere in azione questa nuova tecnologia e capire dove poter arrivare con il suo potenziale.<\/p>\n

\"\"

Jason Rolland, SVP Materiali, Carbon<\/p><\/div>\n

3DN: Pu\u00f2 raccontarci qualcosa in pi\u00f9 su Carbon e sulla tecnologia DLS?<\/h3>\n

Sin dalle origini, in Carbon ci siamo concentrati sulla produzione della stampa 3D su larga scala. Per fare ci\u00f2, la velocit\u00e0 di stampa e le prestazioni dei materiali erano i due problemi principali che dovevamo affrontare. Le stampanti 3D sono piuttosto lente, indipendentemente dalla tecnologia che si utilizza, e questo aspetto incide sul costo di ciascun parte stampata, poich\u00e9 impedisce di produrre volumi elevati. Per affrontare questo problema, abbiamo sviluppato la tecnologia Digital Light SynthesisTM<\/sup> (DLS). Con la sua applicazione, siamo stati in grado di aumentare notevolmente la velocit\u00e0 di stampa.<\/p>

\"\"<\/a><\/div>\n

Per avere un’idea pi\u00f9 precisa, per le nostre macchine abbiamo un piano di stampa configurato in modo simile a una macchina DLP (Digital Light Processing)<\/a> con impostazione bottom-up. Al suo interno, \u00e8 presente un serbatoio che contiene la resina e alla base di questo \u00e8 posizionata una lastra, in basso si trova il sistema di proiezione digitale. L’innovazione chiave \u00e8 stata capire l’importanza dell’ossigeno. La permeabilit\u00e0 dell’ossigeno attraverso la base del serbatoio pu\u00f2 generare un sottile strato di resina non polimerizzata che \u00e8 quindi costantemente presente in tutta la costruzione e che, a sua volta, riduce moltissimo le forze di adesione e aumenta la velocit\u00e0 di stampa.<\/p>\n

Attraverso l’uso di questo materiale permeabile all’ossigeno alla base del serbatoio, \u00e8 effettivamente possibile garantire che la polimerizzazione avvenga proprio su quell’interfaccia, polimerizzandosi al di sopra. In questo modo, \u00e8 possibile avere sempre un sottile strato liquido che riduce le forze di adesione e che consente di stampare molto pi\u00f9 velocemente. Ad oggi, con determinati tipi di geometrie, siamo in grado di stampare 10 volte pi\u00f9 velocemente rispetto alle tradizionali stampanti 3D. Per questo abbiamo iniziato a pensare seriamente allo sviluppo dei materiali.<\/p>\n

\"Carbon\"

L’ultimo lancio di Carbon \u00e8 stato quello delle stampanti della serie M, la M3 e la M3 Max.<\/p><\/div>\n

3DN: Volendo approfondire questo punto, cosa pu\u00f2 dirci sullo sviluppo dei materiali Carbon?<\/h3>\n

Ci siamo resi conto che, per consentire ai clienti di portare le applicazioni in produzione, avevamo bisogno di materiali che fossero alla pari con quelli utilizzati durante i processi di stampaggio a iniezione o con le schiume. Si \u00e8 trattato di un problema davvero impegnativo da risolvere, perch\u00e9 disponiamo di una stampante basata sulla chimica a polimerizzazione UV e sulla modellazione della luce a UV, e sappiamo che ci sono solo alcune sostanze chimiche compatibili con questa tecnologia. Sono necessarie infatti determinate funzionalit\u00e0 alle estremit\u00e0 delle catene polimeriche. Abbiamo quindi pensato che questo aspetto fosse piuttosto limitante in termini di propriet\u00e0 e formulazioni che potevamo realizzare. Per affrontare il problema, abbiamo creato alcuni sistemi di materiali a doppia polimerizzazione, che abbiamo successivamente brevettato. Ci\u00f2 significa che, invece della semplice chimica a polimerizzazione UV, utilizziamo una combinazione di chimica a polimerizzazione UV e di chimica a polimerizzazione termica.<\/p>\n

Le spiego meglio. Con la chimica a polimerizzazione si hanno a disposizione due componenti reattivi (parte A e parte B), ad esempio con la resina epossidica o la resina siliconica. Inoltre, c’\u00e8 un intero mondo di prodotti chimici a polimerizzazione termica a cui attingere, inclusi anche i poliuretani, la chimica epossidica, i termoindurenti ad alta temperatura e tutti quegli elementi che non sono reattivi ai raggi UV. Abbiamo iniziato a combinare la chimica a polimerizzazione termica con la chimica a polimerizzazione UV, poi abbiamo avviato la produzione di resine con una parte A e una parte B che vengono miscelate appena prima di entrare nella stampante. La stampante attiva i raggi UV permettendo di definire la forma della parte che si sta costruendo e, quindi, intrappola la fase di chimica termica all’interno della parte, in uno stato senza reazione. Il tutto termina con una parte allo stato verde, che viene poi lavata o centrifugata per rimuovere la resina residua prima di passare alla fase di cottura. In questa fase di cottura, attiviamo un processo di chimica termica separata che \u00e8 stato intrappolato nella rete UV. In questo modo, si ottiene la reazione di entrambi i componenti, che danno poi vita alla parte finale. Questa tecnologia ha ampliato la gamma di materiali disponibili, consentendo una produzione additiva pi\u00f9 conveniente in un ambiente manifatturiero e con materiali ad alte prestazioni. Per essere chiari, si tratta di un procedimento molto diverso dall’inondazione UV, che \u00e8 una fase di finitura comune per la chimica a polimerizzazione UV di una singola parte. In quel caso, ci si limita a polimerizzare ulteriormente la reazione UV iniziale.<\/p>\n

3DN: Quanto \u00e8 importante la sostenibilit\u00e0 per Carbon? Qual \u00e8 il vostro impegno in questo senso?<\/h3>\n

La sostenibilit\u00e0 \u00e8 un argomento davvero importante per noi di Carbon, abbiamo identificato diverse aree chiave in cui possiamo fare progressi. La prima riguarda il problema generale della produzione di rifiuti tossici. Ci\u00f2 \u00e8 particolarmente rilevante nel settore della tecnologia di stampa a resina liquida.<\/p>\n

L’approccio standard riguarda la stampa della parte gocciolante di resina e la sua immersione in una specie di serbatoio con un solvente come l’alcol isopropilico per lavare via i residui. Si ottiene cos\u00ec una stampa pulita, ma anche un solvente con resina disciolta, e tutto questo deve essere trattato come rifiuto tossico. Questo potrebbe andare bene per piccoli volumi, se si ha intenzione di creare solo prototipi, ma quando entri in produzione hai un grosso problema da risolvere. E non si tratta solo di un problema di sostenibilit\u00e0, ma anche economico, perch\u00e9 si spreca resina, oltre a generare rifiuti, e tutto questo ovviamente costa caro.<\/p>\n

\"carbon\"

La post-elaborazione di Carbon ha contribuito a ridurre i rifiuti tossici nella creazione di intersuole per Adidas.<\/p><\/div>\n

In azienda, abbiamo sviluppato una tecnologia di pulizia a rotazione completamente priva di solventi. Ci\u00f2 si traduce in parti molto pi\u00f9 pulite, con uno strato molto sottile di residuo, che viene trattato in post-polimerizzazione. Questo tipo di tecnica viene utilizzata nella produzione ad alti volumi, come i modelli di termoformatura per l’odontoiatria, le intersuole adidas e altre geometrie reticolari. Infatti, per le nostre applicazioni a volumi elevati, prevediamo che nel 2022 questa tecnologia di pulizia a rotazione avr\u00e0 evitato la generazione di migliaia di tonnellate di rifiuti dannosi. Quando le iniziative economiche e di sostenibilit\u00e0 perseguono gli stessi obiettivi \u00e8 facile fare progressi, perch\u00e9 si tratta di un’unica soluzione che risolve entrambi i problemi.<\/p>\n

Inoltre, per alcune delle nostre resine utilizziamo materie prime di origine biologica o vegetale. Ci sono essenzialmente due fonti principali che coinvolgono le materie prime adatte a produrre tutte le sostanze chimiche nel mondo. Una \u00e8 il petrolio, tutte le materie plastiche pi\u00f9 comuni sono sottoprodotti della raffinazione del petrolio che vengono poi convertiti nei blocchi di costruzione per i polimeri. Tuttavia, lo stesso tipo di blocco pu\u00f2 essere costruito anche sfruttando le propriet\u00e0 della natura, la nostra seconda fonte. Oggigiorno c’\u00e8 una grande tendenza, nell’industria chimica, a trovare risorse pi\u00f9 sostenibili e rinnovabili a base vegetale<\/strong> e finalizzate alla creazione di blocchi per i sistemi polimerici. Una delle nostre aree di interesse \u00e8 costituita dai poliuretani e i nostri partner hanno creato polimeri che fanno parte della catena complessiva del poliuretano ottenuta dal mais.<\/p>\n

In quest’ambito, abbiamo creato una nuova resina chiamata EPU44. Il materiale \u00e8 costituito per il 40% in peso da materia prima derivata da piante (con conseguente riduzione dell’impronta di CO2). \u00c8 ad alte prestazioni e ha una viscosit\u00e0 inferiore, dunque \u00e8 migliore per la stampa. Infatti viene gi\u00e0 utilizzata in volumi elevati per produrre le intersuole di adidas. Abbiamo anche un materiale rigido chiamato RPU130 che \u00e8 ottenuto per il 25% in peso da materiale vegetale ed \u00e8 ad altissime prestazioni, con elevata stabilit\u00e0 termica e resistenza agli urti. Questi prodotti dimostrano che \u00e8 possibile avere materiali sostenibili senza sacrificare le prestazioni. Infatti, in questi casi abbiamo anche notato un vantaggio in termini di performance, quando si utilizzano materie prime pi\u00f9 sostenibili.<\/p>\n

Inoltre, come molte aziende di produzione additiva, abbiamo identificato la leggerezza e la riduzione dei materiali come punti cruciali per la sostenibilit\u00e0. Per aiutarci a raggiungere questo obiettivo, abbiamo sviluppato un nuovo prodotto software autonomo, chiamato Design Engine. Per usarlo, si pu\u00f2 inserire un modello CAD solido, regolare le impostazioni per le propriet\u00e0 che si desiderano e generare cos\u00ec un modello reticolare in linea con tali requisiti, consentendo l’utilizzo di meno materiale e la costruzione di parti pi\u00f9 leggere. Queste caratteristiche contano molto per tantissimi settori, come quello dei trasporti. Se guardiamo all’automotive o all’aerospaziale, ogni grammo eliminato conta in termini di efficienza del carburante, per cui, se riusciamo a realizzare parti robuste ma leggere, si tratta di una vittoria per tutti. \u00c8 entusiasmante che gli aspetti riguardanti i materiali, il software e l’hardware della nostra attivit\u00e0 possano contribuire a rendere pi\u00f9 sostenibili i prodotti realizzati con la tecnologia Carbon.<\/p>\n

\"\"

I nuovi materiali pi\u00f9 sostenibili di Carbon possono essere utilizzati nelle loro macchine<\/p><\/div>\n

Il problema finale da risolvere \u00e8 il riciclaggio: si tratta di una questione impegnativa perch\u00e9, a livello globale, il flusso di lavoro legato al riciclaggio \u00e8 molto inefficiente e solo una piccola quantit\u00e0 viene effettivamente riciclata. Sono due le principali tecnologie destinate al riciclaggio. La prima riguarda il metodo di riciclaggio meccanico pi\u00f9 tradizionale. In questo processo, una parte scartata viene pulita, tritata e miscelata con materia prima vergine, tipicamente a una concentrazione intorno al 5-10%, e lavorata allo stato fuso per formare una nuova parte. Si tratta di una tecnica che serve allo scopo, ma \u00e8 molto inefficiente. Inoltre pone diversi problemi, in quanto ogni volta che si riscalda il polimero, le catene si accorciano e perdono alcune propriet\u00e0 meccaniche, quindi c’\u00e8 solo un certo numero di cicli che possiamo eseguire prima che il materiale riciclato non performi pi\u00f9. Tuttavia ci stiamo impegnando seriamente a migliorare in quest’ambito. Ad esempio, le intersuole adidas possono essere tagliate a pezzi e quindi venire inserite in un estrusore per essere trasformate in una nuova forma. Circa l’80% delle propriet\u00e0 meccaniche viene mantenuto attraverso questo processo.<\/p>\n

E poi c’\u00e8 anche il riciclaggio chimico. Si tratta di un processo interessante, perch\u00e9 invece di sminuzzare un materiale e di rifonderlo, questo passaggio pu\u00f2 essere eseguito attraverso un processo chimico in cui la catena polimerica viene decompressa e i monomeri utilizzati per costruirlo vengono rigenerati. Ci\u00f2 consente quindi la generazione di un polimero riciclato con tutte le sue propriet\u00e0. In fase di ricerca e sviluppo, abbiamo creato resine in cui possiamo recuperare il 50% del materiale di partenza eseguendo un processo di riciclaggio chimico. Il materiale ricavato pu\u00f2 quindi essere utilizzato in un lotto successivo di resina e si ottiene cos\u00ec un sistema a ciclo chiuso. Attualmente stiamo cercando partner per questo progetto e sicuramente ci saranno altri aggiornamenti nei prossimi anni.<\/p>\n

Infine, stiamo anche cercando di ridurre i rifiuti derivanti dall’imballaggio, esattamente come facciamo con la produzione ad alto volume; le dimensioni del contenitore in realt\u00e0 contano molto in termini di quantit\u00e0 di rifiuti generati.<\/p>\n

3DN: E la produzione additiva? In che modo diventa sostenibile?<\/h3>\n

La produzione additiva rende possibile la manifattura locale, i produttori possono realizzare ci\u00f2 di cui hanno bisogno, dove e quando serve, e questa possibilit\u00e0 aiuta a ridurre i costi di trasporto e la conseguente impronta di CO2. Durante il covid, abbiamo appreso che le catene di approvvigionamento sono ottimizzate in base ai costi, non in base all’efficienza e alla velocit\u00e0 di produzione delle parti, e questo pu\u00f2 condurre a scarsit\u00e0 di prodotto e ad altri problemi.<\/p>\n

Inoltre, con la produzione tradizionale, \u00e8 necessario un magazzino pieno di parti stampate a iniezione che devono essere controllate in base a temperatura e umidit\u00e0. E tutto questo avviene con un ampio dispendio di energia. Infine, spesso gli ordini avvengono per eccesso perch\u00e9 si cerca di prevedere ci\u00f2 di cui si ha bisogno e le quantit\u00e0 in pi\u00f9 vanno sprecate. In alternativa, si potrebbe avere un magazzino pieno di stampanti 3D e produrre parti su richiesta, invece di cercare di prevedere complicate catene di approvvigionamento. Inoltre, come abbiamo detto poco fa, la produzione additiva consente di utilizzare meno materiale e quindi di rendere il pezzo pi\u00f9 leggero.<\/p>\n

\"carbon\"

I metodi pi\u00f9 sostenibili di Carbon hanno avuto un ruolo nello sviluppo dei prodotti adidas<\/p><\/div>\n

3DN: Un ultimo commento per i nostri lettori?<\/h3>\n

Penso che la produzione additiva sia pi\u00f9 importante che mai in questo periodo storico. Soprattutto quando parliamo delle sfide legate alla catena di approvvigionamento, che tutti devono affrontare. In particolare, uno degli aspetti che stiamo spingendo \u00e8 come trovare modi per realizzare prodotti pi\u00f9 velocemente. L’approccio di Carbon consiste nel lavorare con designer e maker dallo stadio iniziale dell’idea fino alla produzione, per disporre di un insieme comune di processi e materiali da utilizzare durante tutto il ciclo di sviluppo. Puoi trovare altre informazioni su di noi e sui nostri progetti QUI<\/a>.<\/p>\n

Che cosa pensi dell’approccio di Carbon allo sviluppo dei materiali e alla sostenibilit\u00e0? Condividi la tua opinione nei commenti qui sotto o con la comunit\u00e0 di 3Dnatives sui nostri social\u00a0Facebook<\/a>,\u00a0Twitter<\/a>\u00a0e\u00a0Linkedin<\/a>\u00a0. Trovi tutti i nostri video sul nostro canale\u00a0YouTube<\/a>!<\/p>\n

*Tutti crediti foto: Carbon<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Quando Carbon \u00e8 stata fondata nel 2013, ha deciso di cambiare radicalmente lo sviluppo e la manifattura dei prodotti grazie alla sua tecnologia di stampa a fotopolimerizzazione ad alta velocit\u00e0, Digital Light SynthesisTM (DLS). 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