La nuova rivoluzione industriale: l’era della manifattura additiva

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Una nuova grande trasformazione

La rivoluzione industriale ha portato duecento anni fa a una delle modifiche più repentine e dirompenti dell’assetto economico-sociale a cui l’umanità avesse mai assistito.

La seguente nascita della società industriale, assimilando l’idea di sviluppo tecnologico a quello di progresso umano, ha modificato le strutture produttive preesistenti. Il ruolo dell’artigiano venne soppiantato da quello della grande industria a causa dei più alti livelli di produttività che quest’ultima poteva raggiungere attraverso le economie di scala. Il paradigma della convenienza economica consiste nell’attenzione a minimizzare quanto più possibile il costo di produzione. Questo ha innescato processi storici quali la delocalizzazione della produzione e delle sedi legali e quindi, in ultima analisi, la globalizzazione.

Ma l’attenzione della società industriale sulla convenienza economica potrebbe non trovare più il proprio compimento in un mondo a mo’ di villaggio globale. La nascita di Internet, la digitalizzazione dei prodotti “fisici” e la possibilità data dalle tecnologie di manifattura additiva di “stamparli” a costi concorrenziali vicino ai punti di domanda, sembrano rappresentare i tre pilastri sul quale poggerà una nuova Grande trasformazione – per dirla alla Polanyi – atta a ridipingere gli assetti economici e sociali mondiali nella maniera più integrale possibile.

Vecchi paradigmi

Pensiamo al mercato della musica. Fino a qualche decennio fa, registrare su un vinile comportava l’acquisto di un disco vergine, sul quale una puntina incideva in modo specifico la traccia audio registrata in sala. Eventuali errori del musicista, del tecnico del suono oppure dal macchinario stesso, significavano lo spreco del disco e la sostituzione con uno nuovo. Ad eventuali miglioramenti o modifiche postumi si associava, allo stesso modo, la necessità di un nuovo disco vergine.
La copia dei dischi per il commercio implicava, al netto di economie di scala, un costo proporzionale al numero di vinili richiesti sul mercato. A questi bisognava sommare i costi di trasporto per rendere disponibile il prodotto in tutti i mercati in cui questo veniva richiesto.
Dal lato del consumo, pochi erano coloro che potevano garantirsi un’ampia libreria musicale: il numero di pezzi ascoltabili era indissolubilmente legato al numero di vinili posseduti.

Nuove frontiere: la digitalizzazione

Attualmente, invece, la quantità di informazioni non è legata alla quantità di materiale. La digitalizzazione dei brani musicali, l’archiviazione su un supporto portatile e la possibilità di utilizzare un dispositivo periferico (cuffie) per la riproduzione hanno rivoluzionato completamente il mercato musicale.

In primo luogo, all’errore del cantante, all’incompetenza del tecnico e all’esigenza di una rimasterizzazione non corrisponde l’acquisto di un nuovo supporto. Il costo associato alla cancellazione o alla modifica della traccia nel programma di editing è del tutto trascurabile.
Inoltre, il bene digitalizzato non ha bisogno di essere fisicamente riprodotto all’aumentare della domanda. Se un tempo era inevitabile che la musica, per essere ascoltata, dovesse partire da una fabbrica ed entrare nelle case, ora sono gli utenti a bussare alle porte di un server per affittare il servizio.

L’avvento di Internet ha permesso l’annullamento delle distanze fisiche. La capacità degli smartphone di connettersi in ogni parte del mondo allo stesso hub, rimpiazzando la necessità di detenere una pluralità di supporti fisici quali i CD o walkman, ha infine totalmente liberato il potere latente della digitalizzazione.
Il risultato di ciò è stato l’abbattimento dei costi per le compagnie offerenti beni musicali. Il prezzo per il consumatore finale è legato alla sola fruizione del bene, mentre il costo del supporto su cui è archiviato è condiviso da un’intera comunità.
Il costo di fruizione è ovviamente irrisorio, legato essenzialmente alla bassissima energia richiesta dalle cuffie utilizzate

Cos’è quindi la digitalizzazione, se non la tecnica più conveniente di produzione, miglioramento, distribuzione e fruizione di un bene?

Compressione, archiviazione, ri-materializzazione

Ora, allarghiamo il discorso. Già da decenni è possibile digitalizzare beni anche fisici e comprimerli in un file CAD (e non solo), per poi archiviarli. Ciò che rendeva il mercato dei beni fisici meno “rivoluzionabile” era la mancanza di un dispositivo (come le cuffie) che permettesse la ri-materializzazione del file vicino al punto di domanda (se non addirittura dal consumatore finale). Infatti, sebbene la possibilità di digitalizzare oggetti 3D così come il loro diretto impiego attraverso macchinari a controllo numerico (CNC) esista già da qualche decennio, almeno fino ad ora non era mai stato possibile localizzare la “rimaterializzazione” in modo capillare.

A colmare la lacuna ci ha pensato, probabilmente senza avere cognizione dell’impatto, David E.H. Jones (autore per la rivista New Scientist) nel 1974, predicendo la possibilità di una stampa 3D degli oggetti di uso comune.

La manifattura additiva

Il termine stampa 3D non è, probabilmente, il modo più generale di descrivere l’intera costellazione di tecnologie appartenenti a questo ramo.
Infatti, l’espressione deriva dal nome commerciale affibbiato dall’americana Stratasys alla propria tecnologia Fused Deposition Modeling (FDM). Questa prevedeva la deposizione di un filamento polimerico su di una piattaforma, calibrando il movimento degli assi sulla base delle informazioni contenute nel file 3D dell’oggetto.

Questo processo è uno dei tanti appartenenti alla più grande famiglia delle tecnologie di “manifattura additiva”.

Pressoché tutti i processi produttivi dall’alba dei tempi si sono basati invece su una manifattura di tipo “sottrattivo”. Si rimuovono i trucioli a partire da materiale grezzo nella forma di lingotti, lamiere o tessuti, al fine di ottenere la forma tridimensionale voluta. Ovviamente con enormi sprechi di materia prima.
Le tecnologie CNC sopracitate si basano di fatto su questo processo.

Un mercato in crescita: la stampante 3D

Nel 2011 la Stratasys vedeva scadere il suo brevetto sulla tecnologia FDM. Ciò ha dato il via ad una corsa all’oro che ha visto come protagonisti homemakers, semplici appassionati, start-up e solide aziende affermate nella creazione di nuovi prototipi che da quel momento, nel mainstream, avrebbero portato il nome di stampanti 3D.

Nonostante i dati discordanti e la scarsa reperibilità di report ufficiali, mediamente questi sottolineano una tendenza di crescita annuale del mercato del 18%. Da un volume registrato del mercato di 4.4 miliardi di euro dello scorso decennio, si prospetta un valore di 7.7 miliardi per il 2023.

Fra i protagonisti affermati nel mercato globale troviamo la tedesca EOS, le italiane DWS e Prima industriae e infine le americane Stratasys, 3D systems, Makerbot e HP.

Non si deve pensare che l’attuale crescita del mercato derivi soltanto dall’entusiasmo dei cosiddetti prosumer. Questo errore di valutazione ha un precedente storico, riguardante la crescita del mercato dei personal computer degli anni ’80.
Le tecnologie di manifattura additiva consentono vantaggi incommensurabili in termini di efficienza per le imprese. Per citarne alcune, compagnie del campo automotive (Stellantis, Tesla, BMW), del campo biomedicale e protesico (Amplifon) nonché dell’aeronautica, della gioielleria e dell’edilizia.
Queste hanno trovato nella manifattura additiva non solo un’alternativa ai processi tradizionali, ma il suo sostituto.

I driver della rivoluzione industriale

È molto facile individuare i perché di questo cambio di paradigma.

In campi come la protesica, non sarebbe possibile produrre in scala (con metodi tradizionali) pezzi che necessitano di un alto grado di personalizzazione. Per farlo, per assurdo e con costi esorbitanti, si dovrebbe modificare l’intera catena produttiva, in modo da adattarsi alle necessità del singolo paziente.

La customizzazione di massa rappresenta uno dei vantaggi più evidenti apportati dall’impiego della manifattura additiva, ma non è l’unico.
Nell’attuale catena del valore ogni singolo componente converge in grossi centri di assemblaggio, al fine di produrre un pezzo unico. La sua produzione diretta, attraverso metodi tradizionali, potrebbe risultare impossibile dopo un certo grado di complessità. La manifattura additiva permette invece di “integrare” le funzioni e di conseguenza ridurre drasticamente il numero di componenti costituenti il singolo pezzo.
Lo spreco di materiale, inoltre, viene minimizzato se non annullato. “Put the material only where it is needed” è una massima ricorrente tra gli addetti al settore.

Le possibilità data dalla manifattura additiva di creare forme molto più articolate rende possibile la creazione di pezzi che possono utilizzare una struttura complessa al fine di ridurre il peso, lasciando invariate le proprietà meccaniche dello stesso.
La conseguenza lampante è la possibilità di ridurre il carico dei mezzi che trasportano i pezzi. A sua volta si ridurrebbe la domanda di carburante e quindi le emissioni associate.

A tali fattori si aggiungono la personalizzazione della porosità dei pezzi, l’ottimizzazione delle superfici di scambio termico e la personalizzazione delle proprietà meccaniche del prodotto. Questi rappresentano i principali drivers che porterebbero all’abbandono delle tradizionali tecniche di manifattura sottrattiva a favore di quella additiva.
È proprio la digitalizzazione del pezzo che permette, tramite determinati software di editing, la modulazione e riprogettazioni di tutti i parametri senza che ciò implichi lo spreco di materiale.

La deglobalizzazione

La digitalizzazione dei beni fisici, la possibilità di diffonderli istantaneamente tramite Internet e la possibilità di ri-materializzarli attraverso le tecnologie di manifattura additiva potrebbero rivoluzionare i modi, i tempi e la localizzazione della produzione mondiale, rendendo conveniente spostare questa sul punto di domanda.

Se oggi produrre qualcosa artigianalmente continua ad essere più oneroso del produrlo in scala, questa tendenza potrebbe invertirsi dando vita ad una molteplicità di scenari.
Attualmente, il modello di business principale, la multinazionale, al fine di minimizzare il costo del bene sfrutta delocalizzazione della produzione e trasporto sul punto di vendita. Questo ha trovato il suo successo in quanto il prezzo del trasporto risulta inferiore al differenziale risparmiato sul costo del lavoro e sull’efficienza dei macchinari.
Se oggi per produrre un certo pezzo la catena di montaggio ha bisogno di un certo numero di lavoratori, con le tecnologie additive risulta necessario l’apporto di un solo operatore per macchinario a supervisionare il processo.

Questo potrebbe rendere il differenziale di cui prima inferiore al prezzo del trasporto.
È ragionevole pensare come questo potrebbe innescare un processo di deglobalizzazione della produzione.

In grandi città, oggi, è possibile notare un fermento crescente di piccoli imprenditori che hanno deciso di acquistare stampanti 3D e affittarle a coloro dispongano di un file .stl. Questa tendenza sembra inserirsi all’interno di una crescente convenienza di produzione localizzata. Questa sta restituendo il potere concorrenziale alla produzione artigianale e localizzata, scomparso da oramai duecento anni.

Suggestioni dal regno della manifattura additiva

Va da sé che la logistica potrebbe essere completamente rivoluzionata, considerando anche come Internet permetterebbe la diffusione in maniera digitalizzata dei beni a livello capillare. Esattamente come è avvenuto nell’industria musicale, potrebbe diventare sconveniente per le imprese vendere il prodotto nella sua versione “fisica”.
In particolare, alcune compagnie potrebbero rivoluzionare il proprio business puntando i propri investimenti sull’ideazione e la progettazione, affidandosi ad hub gestiti da altre compagnie per la distribuzione del prodotto stesso. Come il musicista si affida a Spotify o Apple Music, è possibile immaginare piattaforme che si occupino di organizzare nei propri scaffali virtuali progetti 3D di cui viene acquistato il diritto di vendita e distribuzione.

Già attualmente esistono social network quali Grabcad, Thingiverse e molti altri che permettono la condivisione di file .stl sia a scopo di lucro che non. La componente open-source di queste piattaforme risulta addirittura predominante, potendo trovare una quantità di content creators che trovano soddisfazione nella semplice pubblicazione dei propri file.

In uno scenario parallelo, e non esclusivo, industrie che operano in settori a basso livello ingegneristico potrebbero trovar conveniente smantellare i centri produttivi centralizzati e localizzare la produzione, entrando in concorrenza diretta con gli artigiani, magari aumentando la tipologia di prodotti.

L’impatto ambientale

La capacità di rendere la produzione più sostenibile a livello ambientale rappresenta di certo un motivo a favore di questo cambio di paradigma, che potrebbe essere incentivato dalle istituzioni stesse. Nell’ecosistema industriale ipotizzato si può notare come sia lo stesso mercato ad obbligare le forze in gioco ad una produzione più sostenibile a livello ambientale.
Per i settori che adotteranno la customizzazione di massa, la vendita just in time sarà l’unica alternativa. Il conseguente svuotamento dei magazzini porterebbe ad azzerare le eccedenze che non sempre sono riciclabili. Qualunque pezzo customizzato deve necessariamente essere commissionato dal cliente.

Inoltre, i trasporti, ad oggi, sono la principale causa delle emissioni di Co2 globale, e una loro quota considerevole è legata al trasporto di componenti o pezzi finiti. La tendenza a localizzare la produzione, come già detto, ridurrebbe tendenzialmente la quota di emissioni associate a logistica e distribuzione.

L’utilizzo delle risorse

Per rimanere in tema di utilizzo delle risorse, un indice spesso utilizzato per descrivere i vantaggi che la manifattura additiva apporta rispetto a quella tradizionale è il Buy to Fly ratio, ossia il rapporto fra la massa del materiale vergine e la massa del pezzo finale.

Le tecnologie sottrattive tradizionali possono disporre di un numero limitato di utensili, e conseguentemente un numero limitato di forme possono essere “sottratte” dall’oggetto.
Con la manifattura additiva questo limite è completamente scardinato, di conseguenza è possibile liberare completamente le capacità ingegneristiche e artistiche al fine di eliminare il binomio massa/rigidezza.
Se si considera anche il quasi nullo spreco di materiale nella fase di produzione ne risulta, per l’additiva, un Buy to Fly ratio di circa 2:1, contro il ben più alto 8:1 tipico della manifattura tradizionale.
In sintesi, la manifattura additiva porta ad una minimizzazione del trasporto di merci o comunque ad una riduzione del carico di 4 volte rispetto alla manifattura tradizionale, con enormi risparmi energetici.

Prima di un eventuale decarbonizzazione globale, l’affiorare di carbon tax a livello internazionale sarebbe, quindi, un incentivo al nuovo paradigma industriale concesso dalla manifattura additiva.

Limiti e rompicapo

La manifattura additiva ha ancora dei limiti, non tutti i tipi di materiali possono essere utilizzati. Inoltre, una serie di fattori legati alla convenienza delle economie di scala potrebbero rendere ancora conveniente la produzione di massa. Tuttavia, lo sviluppo tecnico di queste tecnologie viaggia a ritmi più che esponenziali, e ogni limite potrebbe essere oltrepassato già nei prossimi decenni.
Discostando l’attenzione dai rompicapo ingegneristici, è interessante notare come ve ne siano altri dal punto di vista legale.
La tutela di un brevetto di un bene digitalizzato potrebbe risultare pressoché impossibile. Esattamente come accaduto nell’industria cinematografica e musicale, la circolazione dei file piratati potrebbe essere più veloce dell’adeguamento normativo.
La presenza di scanner 3D, capaci di estrapolare un file da un bene fisico, darebbe la possibilità di stampare comodamente a casa beni di qualsiasi fattura. Basterebbe il solo possesso di un file, del materiale grezzo e di una stampante.

Manifattura additiva e affrancamento terzomondista

Diversamente dalle proprietà intellettuali, che potrebbero ritrovarsi sull’orlo di un precipizio, un grosso numero di persone in Paesi in via di sviluppo potrebbe beneficiare di questo cambio di paradigma nel caso in cui si manifestasse una giusta concatenazione di fattori.

I cosiddetti OSAT (Open Source Appropriate Technology) sono un paniere di beni di prima necessità la cui presenza nei paesi in via di sviluppo può essere favorita da sostanziali aiuti umanitari. La loro progettazione passa da donazioni accademiche nel contesto della nota Gift Culture.

Beni di facile “self-ideation” ma tortuosa “self-production” come suppellettili, abiti, posate e pettini potrebbero per la prima volta essere prodotte sul punto di domanda. Se inserite in un contesto di autosufficienza energetica rinnovabile (e produzione locale di bioplastiche) segnerebbero un cambio di passo delle economie del terzo mondo.

Orizzonti misteriosi

Le suggestioni in merito all’impatto delle tecnologie additive, tutte estremamente ragionevoli, rimangono ipotesi fra le tante.  Verosimilmente, molti scenari non possono essere attualmente ipotizzati.
Ciò che però è sicuro è che un enorme impatto ci sarà.

Non è esagerato pensare come ogni sfera dell’esistenza dell’individuo potrebbe essere rivoluzionata da queste nuove tecnologie. Pensiamo a come la prima rivoluzione industriale sia riuscita a scardinare i precedenti assetti politici, economici e sociali. Non suona, quindi, strano pensare a come questa nuova rivoluzione industriale potrebbe modificare le nostre vite e anche gli equilibri di potere attualmente esistenti.

Il ritorno alla produzione locale, una concorrenza più sfrenata per i content creators e il declino del modello multinazionale rappresentano gli effetti più immediati che l’esplosione della manifattura additiva comporterebbe. Quanti e quali orizzonti non riusciamo ancora a scrutare?

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About Author

Pasquale Bucci

Nato e cresciuto nell'Alto Salento, attualmente studente dell'Alma Mater. Appassionato di teorie economiche eterodosse ed "eretiche". In sostanza, il "there is no alternative" di thatcheriana memoria non mi ha mai convinto del tutto.

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