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Nell'industria aeronautica, il peso è sinonimo di costo. Un aereo più leggero consuma meno carburante, aumenta la sua autonomia e può trasportare un carico utile maggiore. Ridurre un solo chilogrammo in un aereo commerciale può significare un notevole risparmio di carburante all'anno. Qui entra in gioco il rapporto peso/volume, un indicatore che misura la densità effettiva di un pezzo: quanto pesa in funzione delle sue dimensioni.
La fabbricazione additiva permette di affrontare questa sfida con soluzioni impossibili da ottenere tramite metodi tradizionali. A differenza della lavorazione meccanica, che di solito richiede blocchi massicci di materiale, la stampa 3D costruisce pezzi strato dopo strato, integrando cavità interne, strutture reticolari e geometrie ottimizzate. Questo non solo riduce il peso e il consumo di materiale, ma mantiene — o addirittura migliora — la resistenza meccanica.
In tecnologie come la FDM (Fused Deposition Modeling), il segreto sta nella percentuale di riempimento o infill. Un pezzo stampato con il 100% di riempimento è massiccio, ma se riduciamo questo valore al 20%, l'interno è composto da schemi come esagoni o giroidi, lasciando ampi spazi d'aria. Questo riduce drasticamente il peso senza alterare le dimensioni esterne.
Nella SLA (Stereolitografia), i pezzi possono essere progettati cavi fin dall'inizio, aggiungendo fori di drenaggio per eliminare la resina non polimerizzata. Questo è ideale per componenti di grandi dimensioni, ad esempio carter per sensori, dove si utilizzano pezzi cavi che necessitano solo di una parete esterna robusta.
Le strutture reticolari — ispirate a nidi d'ape o spugne naturali — sono il grande alleato del lightweighting. Queste maglie interne distribuiscono i carichi in modo efficiente, eliminando il materiale in eccesso senza compromettere la funzionalità e mantenendo i requisiti meccanici. Nelle stampanti SLS (Sinterizzazione Laser Selettiva), dove la polvere non utilizzata funge da supporto durante la fabbricazione, è possibile creare pezzi metallici o in nylon con trame impossibili da realizzare con una fresatrice o con uno stampo.
Un esempio emblematico sono i supporti motore in titanio per razzi spaziali: tramite strutture reticolari, aziende come SpaceX sono riuscite a ridurre del 40% il peso di questi componenti, migliorando il rapporto spinta-peso.
In aeronautica, Airbus utilizza riempimenti giroidi in componenti strutturali dell'A350, raggiungendo risparmi del 30% rispetto ai pezzi tradizionali.
E se un algoritmo eliminasse automaticamente il materiale non necessario da un pezzo? L'ottimizzazione topologica fa proprio questo: analizza le zone di carico ed elimina tutto ciò che non contribuisce alla resistenza di quelle zone chiave. Il risultato sono design organici, che ricordano lo scheletro umano e altri schemi che si trovano in natura, e che oggi possono essere creati solo tramite stampa 3D.
Il design generativo, spinto dall'intelligenza artificiale, va un passo oltre. Propone molteplici iterazioni di un pezzo, ottimizzate per minimizzare il peso e massimizzare le prestazioni. Airbus ha applicato questa tecnica a una paratia di cabina, riducendo il suo peso del 45% rispetto al design originale. Nel settore automobilistico, General Motors ha riprogettato un supporto del sedile utilizzando questa metodologia, ottenendo un pezzo più leggero del 50% e più resistente del 20%.
La scelta del materiale è fondamentale nell'ottimizzazione del peso. Non basta ridisegnare le geometrie: i polimeri avanzati, i compositi e le leghe metalliche adattate alla stampa 3D, completano il cerchio permettendo notevoli miglioramenti nel rapporto peso/volume.
Alcuni di questi materiali sono disponibili in formati compatibili con diverse tecnologie di stampa 3D. Ad esempio, il Nylon rinforzato con fibre di carbonio può essere utilizzato come filamento per stampanti FDM/FFF e anche come polvere per la sinterizzazione SLS.
Di seguito mostriamo una tabella di alcuni dei materiali che stanno ridefinendo le frontiere:
Airbus è all'avanguardia nell'adozione della stampa 3D per componenti critici. Nell'A350 XWB, ha sostituito i supporti metallici lavorati con versioni stampate in titanio con strutture alveolari. Il risultato: il 30% in meno di peso e la stessa capacità di carico. Inoltre, ha consolidato più pezzi in uno solo, eliminando giunti pesanti e punti deboli.
L'iniettore di carburante del motore LEAP di General Electric è una pietra miliare nell'ottimizzazione dei pezzi con la stampa 3D. Originariamente composto da 20 pezzi saldati, è stato riprogettato come un unico componente stampato in 3D. Questo cambiamento non solo ha ridotto il suo peso del 25%, ma ha quintuplicato la sua durabilità. Nelle turbine, la stampa 3D permette di integrare canali di raffreddamento interni, alleggerendo le pale e migliorando l'efficienza rotazionale.
Nelle cabine, materiali come l'Ultem 9085 — un polimero ad alta resistenza — hanno sostituito i metalli nei condotti dell'aria e nei pannelli. Boeing, ad esempio, stampa questi componenti in Ultem, ottenendo un risparmio di peso del 60% rispetto all'alluminio. Nei droni militari, i carter in nylon con riempimento reticolare aumentano l'autonomia di volo mantenendo la resistenza strutturale.
Automotive: BMW utilizza supporti motore stampati in lega di alluminio, il 30% più leggeri di quelli tradizionali, per migliorare l'efficienza dei suoi veicoli elettrici.
Energia: Pale di turbine eoliche con nuclei reticolari creati tramite stampa 3D riducono l'inerzia e ne facilitano l'installazione.
Robotica: Bracci industriali con strutture cave in PEEK permettono movimenti più rapidi e minor consumo energetico.
La stampa 3D non è solo uno strumento di produzione, ma un'opportunità per reimmaginare il design industriale. Combinando materiali avanzati, software di ottimizzazione e libertà geometrica, le aziende di tutti i settori possono creare pezzi più leggeri, efficienti e sostenibili.
Nel nostro negozio, troverai da filamenti tecnici come l'Ultem 9085 a stampanti in grado di lavorare con i metalli e stampanti professionali per i compositi. Se cerchi di ridurre il peso dei tuoi componenti senza sacrificare le prestazioni, esplora le nostre soluzioni o contatta il nostro team per progetti personalizzati.
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