La produzione di utensili per l’aerospazio è uno dei campi in cui la manifattura additiva metallica può trovare applicazioni concrete, soprattutto quando il componente da realizzare è grande, costoso da lavorare dal pieno e soggetto a requisiti dimensionali severi. È in questo contesto che si inserisce il progetto pilota sviluppato da Caracol ed Eligio Re Fraschini S.p.A., dedicato alla produzione di uno spar tool per processi di laminazione in fibra di carbonio.
Il progetto è interessante perché non riguarda un piccolo dimostratore da laboratorio, ma un utensile metallico di dimensioni industriali. L’obiettivo non era solo stampare un pezzo, ma verificare se una piattaforma robotica di additive manufacturing metallico potesse entrare in un flusso produttivo credibile per il tooling aerospaziale, dove precisione, stabilità, tempi di consegna e qualità superficiale contano quanto il materiale stesso.
Perché gli utensili aerospaziali sono un’applicazione difficile
Nel settore aerospaziale, gli utensili usati per produrre parti in composito devono mantenere forma, rigidezza e precisione anche quando vengono impiegati in processi termici e meccanici controllati. Un tool per la laminazione in fibra di carbonio, ad esempio, non è un semplice supporto: è l’elemento che definisce geometria, tolleranze e ripetibilità del componente finale.
Per questo motivo, molti utensili vengono ancora prodotti con lavorazioni sottrattive, fusione o combinazioni di processi tradizionali. Queste strade sono consolidate, ma possono richiedere tempi lunghi, grandi quantità di materiale di partenza, attrezzaggi dedicati e molte ore di fresatura. Quando la geometria è complessa, una parte rilevante del materiale iniziale può diventare truciolo. Nel caso di pezzi speciali, prototipi o basse serie, questo incide sia sui costi sia sulla flessibilità progettuale.
La stampa 3D metallica di grande formato propone un approccio diverso: costruire una preforma vicina alla geometria finale e poi rifinirla con lavorazioni CNC solo dove servono precisione e finitura. In pratica, non elimina la fresatura, ma la sposta in una fase più mirata del processo.
Il ruolo di Caracol e della piattaforma Vipra AM
Caracol, azienda italiana specializzata in additive manufacturing robotico di grande formato, ha utilizzato la propria piattaforma Vipra AM per il progetto. Nel caso specifico è stata impiegata una macchina Vipra XP, configurata con tecnologia WAAM basata su CMT, cioè Cold Metal Transfer.
Il WAAM, acronimo di Wire Arc Additive Manufacturing, usa filo metallico come materiale di apporto e un arco di saldatura come fonte energetica. Rispetto ai processi a letto di polvere, non punta alla stessa risoluzione fine, ma permette di depositare molto materiale in tempi più contenuti. Per componenti grandi, preforme, strutture e utensili, questo può essere un vantaggio importante.
La piattaforma Vipra AM non è solo una testa di deposizione montata su un robot. Il sistema integra robotica multi-asse, software di slicing e controllo del percorso, monitoraggio dei parametri di processo e gestione della deposizione. Caracol ha sviluppato anche il software Eidos Manufacturing, pensato per collegare pianificazione, controllo macchina, monitoraggio e raccolta dati in un unico ambiente di lavoro.
Questi aspetti sono fondamentali per il tooling aerospaziale. In una parte grande non basta depositare metallo rapidamente: bisogna controllare accumulo termico, traiettorie, geometria degli strati, deformazioni e ripetibilità. La combinazione tra robotica e software consente di lavorare su strategie di costruzione più flessibili rispetto a una macchina cartesiana tradizionale.
Il contributo di Eligio Re Fraschini
Il partner applicativo del progetto è Eligio Re Fraschini S.p.A., azienda di Legnano attiva dal 1946 nella produzione di utensili e componenti in materiali compositi e metallici. L’azienda lavora in settori come automotive, racing, aeronautica e aerospazio, con competenze che vanno dall’ingegneria alla produzione, dalla laminazione in composito alla fresatura CNC e al controllo qualità.
Questa esperienza è rilevante perché il progetto non si limita alla stampa del grezzo. Per arrivare a un utensile utilizzabile, serve conoscere il comportamento del tool durante il processo di laminazione, le esigenze dimensionali, le superfici da rifinire, le tolleranze e la sequenza produttiva. La parte stampata in WAAM è quindi solo una fase di un flusso più ampio, che comprende progettazione, deposizione, lavorazione CNC e verifica.
Il componente prodotto: acciaio 316L, 110 kg e 30 ore di stampa
Il dimostratore scelto è uno spar tool per laminazione in fibra di carbonio. Il pezzo misura 1000 × 550 × 85 mm, pesa 110 kg ed è stato realizzato in acciaio inossidabile 316L. La stampa ha richiesto 30 ore, con una velocità di deposizione di 3,7 kg/h.
Questi numeri aiutano a capire il tipo di applicazione. Non si parla di microcomponenti o staffe leggere, ma di un utensile metallico di dimensioni consistenti. La scelta del 316L è coerente con un’applicazione dove stabilità, resistenza alla corrosione e comportamento meccanico devono essere compatibili con un ambiente produttivo industriale.
Dopo la deposizione WAAM, il pezzo è stato sottoposto a lavorazione CNC per raggiungere geometria finale, superfici e tolleranze richieste. Questo passaggio è centrale: nel tooling, la manifattura additiva non sostituisce sempre le lavorazioni tradizionali, ma può ridurre la quantità di materiale da asportare e cambiare la sequenza produttiva.
Near-net-shape: perché conta nel tooling
Il concetto chiave del progetto è la produzione near-net-shape, cioè la realizzazione di una forma molto vicina a quella finale. Invece di partire da un blocco pieno e rimuovere tutto il materiale in eccesso, si costruisce una geometria già orientata alla forma utile del pezzo.
Per un utensile aerospaziale, questo può portare diversi vantaggi. Il primo è la riduzione dello spreco di materiale. Il secondo è la diminuzione delle ore di fresatura, perché la macchina CNC deve rifinire superfici e dettagli invece di scavare l’intero pezzo da un pieno. Il terzo è la possibilità di modificare più facilmente il progetto, soprattutto nelle fasi di sviluppo o nelle produzioni a basso volume.
In ambito aerospaziale, dove molti componenti vengono prodotti in serie limitate o con aggiornamenti progettuali frequenti, la flessibilità può avere lo stesso peso della velocità.
Riduzione del peso del 50%
Uno dei risultati più significativi dichiarati dal progetto è la riduzione del peso del 50% rispetto a un utensile equivalente prodotto con metodi convenzionali. Questo dato non va letto solo come alleggerimento del pezzo, ma come indicazione del diverso modo di progettare il tool.
Con la stampa 3D metallica è possibile distribuire il materiale dove serve e ridurlo dove non contribuisce alla funzione strutturale. Nel caso degli utensili, un peso minore può facilitare movimentazione, installazione, trasporto interno e gestione delle attrezzature in reparto. Nei processi produttivi, un tool più leggero può anche semplificare alcune fasi logistiche e ridurre il carico su sistemi di supporto e movimentazione.
Naturalmente, in aerospazio il peso non può essere ridotto a scapito della stabilità dimensionale o della durata. Il valore del progetto sta proprio nel tentativo di combinare alleggerimento, producibilità e requisiti tecnici.
WAAM non significa pezzo finito appena uscito dalla macchina
È importante chiarire un punto: una tecnologia come WAAM non produce di norma un componente finito con le superfici richieste da un utensile aerospaziale. Il vantaggio sta nel creare rapidamente una preforma metallica robusta, riducendo sprechi e tempi nelle fasi iniziali. La finitura viene poi affidata a lavorazioni meccaniche di precisione.
Questo approccio ibrido è probabilmente uno dei percorsi più realistici per portare la stampa 3D metallica di grande formato nella produzione. La parte additiva costruisce volume e forma generale; la parte sottrattiva garantisce accuratezza, planarità, rugosità e interfacce funzionali. Il risultato non è una contrapposizione tra stampa 3D e CNC, ma una loro integrazione.
Perché il progetto è rilevante per l’aerospazio
Caracol indica l’aerospazio come uno dei settori in cui la produzione additiva di grande formato può essere usata per master model, stampi diretti, dime di assemblaggio, attrezzature di foratura, prototipi, mock-up, componenti per satelliti e parti leggere per interni. Il caso con Eligio Re Fraschini si colloca in questa traiettoria: non una generica prova di stampa, ma un’applicazione legata alla catena produttiva dei compositi.
Il tooling è spesso meno visibile del componente finale, ma è decisivo. Se si riducono tempi e costi per produrre gli utensili, l’intero ciclo di sviluppo può diventare più rapido. Questo vale in particolare quando bisogna validare geometrie, produrre parti in piccole serie o aggiornare un’attrezzatura senza attendere lunghi tempi di approvvigionamento.
Una prova industriale, non solo una dimostrazione tecnologica
Il progetto pilota di Caracol ed Eligio Re Fraschini mostra un modo pratico di usare il WAAM: non come tecnologia isolata, ma come fase di un processo industriale completo. Il pezzo è stato stampato, lavorato e valutato come utensile per un’applicazione concreta. La scelta di uno spar tool per laminazione in carbonio rende la prova più significativa, perché coinvolge un ambito dove la qualità del tool influisce direttamente sul componente prodotto.
Per Caracol, il progetto conferma l’impiego della piattaforma Vipra AM nel metallo di grande formato. Per Re Fraschini, rappresenta una possibile strada per ampliare le opzioni produttive nel tooling aerospaziale, accanto alle tecnologie già presenti in azienda.
Il dato più importante non è soltanto la stampa in 30 ore o la deposizione a 3,7 kg/h. È la possibilità di costruire utensili metallici di grande formato con meno spreco, meno vincoli geometrici e una logica più adatta a produzioni personalizzate o a basso volume.
Cosa resta da valutare
Come sempre, prima di parlare di adozione estesa bisogna considerare qualifica del processo, ripetibilità, stabilità dimensionale, comportamento termico, costi complessivi, tempi di post-processing e controlli. Nel tooling aerospaziale, la tecnologia deve dimostrare non solo di produrre il pezzo una volta, ma di farlo con continuità e con dati di processo tracciabili.
Il progetto offre però una direzione chiara: per componenti grandi, costosi da fresare e soggetti a geometrie complesse, la combinazione tra WAAM robotico e lavorazione CNC può diventare una soluzione interessante. Non sostituisce ogni processo tradizionale, ma aggiunge una possibilità concreta dove i metodi convenzionali mostrano limiti in termini di materiale, tempi e flessibilità.
Nel caso di Caracol ed Eligio Re Fraschini, la stampa 3D metallica non viene presentata come scorciatoia, ma come strumento da integrare con competenze già mature nel tooling, nella meccanica e nei compositi. È proprio questa integrazione a rendere il progetto utile da osservare per chi lavora nella produzione aerospaziale e nella manifattura additiva industriale.
