Rheinmetall UK opera come principale appaltatore della difesa nel Regno Unito, fornendo alla British Army sistemi avanzati terrestri, elettronici e d’arma, con una forte attenzione alla capacità sovrana e alla produzione locale. I programmi principali includono il Boxer Mechanised Infantry Vehicle (MIV), il Challenger 3 Main Battle Tank e il nuovo "UK Gun Hall" per la produzione di canne
Nei precedenti programmi di sviluppo dei veicoli, i condotti per sistemi come il Crew Temperature Control System venivano progettati utilizzando tubazioni flessibili che collegavano scatole di giunzione realizzate in lamiera. Questo approccio ha funzionato bene per molti anni e offre una soluzione semplice ed economica per i condotti dei veicoli. Nei programmi di aggiornamento dei veicoli come il programma Challenger 3 di Rheinmetall UK, questo approccio non è più praticabile a causa dei significativi vincoli di spazio e dell’adattamento dell’ architettura del veicolo esistente.
Per componenti di condotti complessi potrebbero essere utilizzati diversi metodi di produzione, come lo stampaggio a iniezione o lo stampaggio rotazionale. Tuttavia, questi richiedono attrezzature costose e, per la produzione a basso volume, il costo delle attrezzature è significativo. Inoltre, nei programmi di sviluppo dei veicoli, i condotti dell’aria tendono a passare attraverso molte iterazioni e spesso richiedono modifiche tardive, poiché altri sottosistemi competono per lo spazio. Esiste quindi il rischio che le attrezzature debbano essere rifabbricate e che i componenti originariamente prodotti in tempo per i test debbano essere rifatti per la produzione del veicolo.
Tenendo presenti queste pressioni, la produzione additiva offre una soluzione. Non ci sono costi di attrezzaggio per i componenti, i design possono essere modificati rapidamente per adattarsi ad altri cambiamenti del sistema e la complessità dei componenti non aumenta i costi.
SLS e SLA sono stati entrambi analizzati in dettaglio per questa applicazione, con una decisione articolata a favore della scelta di FFF.
La prima considerazione riguarda la funzionalità richiesta ai componenti prodotti. In questa applicazione, esistono requisiti rigorosi per ritardanza di fiamma, bassa generazione di fumo e bassa tossicità. Le temperature operative superiori e inferiori hanno ulteriormente eliminato opzioni di materiale, lasciando candidati come PA2241FR (SLS) e ULTEM 9085 (FFF). All’epoca non erano stati identificati materiali SLA idonei che soddisfacessero tutti i requisiti.
La finitura superficiale è importante, non solo per l’estetica del componente, ma anche per un buon flusso d’aria all’interno dei condotti. I componenti SLS e SLA hanno una finitura superficiale estremamente buona direttamente dalla macchina. La finitura superficiale dei componenti FFF può essere più ruvida e richiedere post-processing per migliorarla. I condotti devono trattenere bene l’aria per evitare inutili cali di pressione. SLA e SLS producono pareti solide dei componenti, mentre FFF può lasciare vuoti d’aria che richiedono sigillatura o verniciatura per essere mitigati.
Erano necessarie grandi sezioni di condotti, ad esempio 400mm+, il che rendeva non adatte alcune delle macchine SLA più economiche. Volumi di stampa maggiori con macchine SLS comportano costi significativi, mentre le macchine FFF con volumi di stampa maggiori sono disponibili a costi inferiori.
Per questa applicazione di produzione a basso volume è necessario un equilibrio adeguato tra costo e produttività. SLS può essere altamente produttivo, ma comporta un elevato costo di capitale per attrezzature e infrastrutture. Anche le macchine SLA di grande formato possono essere altamente produttive, producendo rapidamente lotti di componenti, ma hanno anche un prezzo elevato. Le macchine FFF di grande formato ad alta temperatura possono essere più convenienti rispetto a SLS o SLA, ma non offrono lo stesso livello di produttività degli altri due processi.
Infine, si pone la questione se produrre questi componenti internamente o affidarli a un fornitore per la produzione. Si tratta di un’altra decisione chiave che richiede di considerare il costo complessivo del programma, la preparazione della supply chain, l’agilità produttiva richiesta e il controllo del processo produttivo.
Per prendere una decisione, abbiamo dovuto valutare i pro e i contro di ogni tecnologia e stabilire se portarla internamente o affidarla a un fornitore.
I vantaggi dell’esternalizzazione della produzione, come l’assenza di spese in conto capitale e l’accesso al know-how dei fornitori, sono stati superati dalla mancanza di fornitori qualificati disponibili, ad esempio con accreditamento Cyber Essentials +, dal minore livello di controllo della produzione, dal ritmo di apprendimento più lento e dalle iterazioni più lente dovute alla mancanza di accesso ai macchinari.
Sia SLA che SLS richiedono maggiori spese in conto capitale e una integrazione più complessa in officina.
SLS non è riuscito a offrire una scelta di materiale adeguata che soddisfacesse tutti i requisiti e desse sufficiente fiducia per compensare la maggiore complessità del processo produttivo.
La supply chain del Regno Unito per componenti SLS in PA2241FR all’epoca non era competitiva. Per l’adozione interna, il processo era troppo costoso e non avremmo utilizzato la macchina a piena capacità solo con questi componenti. Se avessimo avuto requisiti di volume molto più elevati, la produzione SLS interna avrebbe potuto essere più competitiva in termini di costi.
Il costo di capitale per FFF era sostanzialmente inferiore rispetto alle altre opzioni, con un’installazione in officina molto più semplice, meno rischi per la sicurezza e requisiti di formazione inferiori da soddisfare. Rheinmetall UK aveva molta esperienza nell’utilizzo di FFF per produrre prototipi come supporto alla progettazione. Questo know-how significava che l’adozione di FFF per la produzione di componenti per uso finale rappresentava anche una sfida culturale e formativa minore.
La produttività di FFF corrispondeva alla capacità produttiva richiesta da Rheinmetall UK nell’ambito del programma Challenger 3 e richiedeva uno spazio minimo in officina.
I punti deboli di FFF in questa applicazione possono essere mitigati in modo conveniente. Utilizzando la burattatura vibrante e la verniciatura dei componenti FFF ULTEM 9085, è possibile realizzare un prodotto di buona qualità senza aggiungere costi significativi di capitale e per singolo componente.
Considerando insieme tutti questi compromessi, è stato deciso che, per la produzione dei condotti, Rheinmetall UK avrebbe dovuto perseguire una strategia di produzione dei componenti internamente utilizzando FFF con ULTEM 9085 , poiché questa offriva la soluzione più conveniente, più flessibile e a minor rischio rispetto alle altre soluzioni esaminate.
A livello globale esiste una buona selezione di produttori che offrono stampanti FFF ad alta temperatura in grado di produrre componenti in ULTEM 9085. Durante il nostro processo di selezione, abbiamo considerato le offerte di diversi produttori.
Alla fine, la decisione di acquistare un miniFactory Ignite si è ridotta a:
Costo della macchina vs. produttività – La miniFactory Ignite era una delle macchine dal costo più basso, ma offriva comunque un ampio volume di costruzione e un livello di produttività competitivo.
Area di costruzione – per il prezzo della macchina, miniFactory offriva un ampio volume di costruzione che consente la produzione in lotti. Questo significa che possiamo ridurre i costi di manodopera per la gestione delle stampe e utilizzare più ore non presidiate per la stampa durante la settimana e nel weekend.
Sicurezza – Le macchine miniFactory sono prodotte in Finlandia e sono quindi state considerate a minor rischio informatico rispetto ad alcune macchine di altri produttori.
Costi operativi – miniFactory Ignite è un sistema aperto, il che significa che Rheinmetall UK poteva acquistare materiale di alimentazione in grandi quantità direttamente dal produttore a prezzi altamente competitivi. Questo ha un impatto significativo sul costo per pezzo. Inoltre, il costo di proprietà era inferiore. Erano necessari meno materiali di consumo, ad es. piastre di costruzione riutilizzabili, ugelli di lunga durata e un pacchetto di supporto conveniente. Tutti questi aspetti contribuiscono a ridurre i costi di produzione.
Supporto nel Regno Unito – non tutti i produttori di stampanti potevano offrire una soluzione di supporto con sede nel Regno Unito. Questo è importante, poiché i tempi di fermo macchina possono non solo influire sulla produttività, ma anche causare ritardi nel programma. 3DGBIRE fornisce il supporto per miniFactory nel Regno Unito e si trova a solo poche ore di strada dallo stabilimento Rheinmetall UK di Telford.
L’acquisto e l’installazione della macchina sono stati solo il primo passo per sviluppare e ottimizzare la capacità produttiva.
Avendo una macchina in officina, i nostri progettisti hanno potuto comprendere l’impatto delle loro decisioni di progettazione e apportare rapidamente modifiche per migliorare sia la funzionalità sia l’efficienza dei costi. Abbiamo inoltre potuto ottimizzare i profili di stampa per ottenere i migliori risultati.
La prassi nell’ottimizzazione della produzione additiva è normalmente quella di consolidare i componenti. Abbiamo scoperto che, per questa applicazione, era vero il contrario. Suddividendo i componenti e creando giunzioni, siamo riusciti a ridurre la quantità di materiale di supporto necessario o persino a eliminarlo completamente. Questo significava poter stampare i componenti più rapidamente, con meno materiale e meno ore di manodopera per il post-processing. Ci ha inoltre permesso di raggiungere i nostri requisiti di produttività con una sola macchina, generando risparmi significativi.
Siamo riusciti a ottimizzare i nostri layout di lotto e a definire l’approccio di post-processing più conveniente per l’applicazione specifica.
L’accesso ai macchinari ha inoltre reso molto più semplice sperimentare soluzioni, ad esempio il metodo di giunzione ottimale, adesivi compatibili, approcci alla numerazione dei componenti, metodi di finitura superficiale e finiture di verniciatura. Sviluppare questa soluzione su misura nella supply chain sarebbe stato dispendioso in termini di tempo e costi.
In seguito all’acquisizione della macchina miniFactory Ignite e al lavoro svolto per sviluppare i processi produttivi, la produzione additiva è ora la soluzione di riferimento per la produzione dei condotti nel programma Challenger 3.
L’adozione della produzione additiva ha consentito una rapida iterazione della progettazione, prima inimmaginabile. Siamo riusciti a dimostrare che è possibile apportare modifiche progettuali e produrre un componente sostitutivo in un giorno.
Il passaggio alla produzione additiva ha generato notevoli risparmi complessivi sui costi, ma il vantaggio principale riguarda il risparmio di cash flow. Producendo on demand, sono stati mitigati i costi di approvvigionamento dei componenti e del loro stoccaggio. Non ci sono costi di attrezzaggio né rischi di aumenti significativi dei costi dovuti a modifiche progettuali.
Con la produzione on demand, non c’è rischio che i componenti vengano persi o danneggiati durante lo stoccaggio e, se i componenti si danneggiano durante il montaggio, i ricambi possono essere prodotti rapidamente.
Avere i macchinari in sede ha accelerato notevolmente l’apprendimento. Le nostre competenze di “Design for Additive Manufacturing” sono migliorate, portando a prodotti di migliore qualità, maggiore produttività e costi inferiori.
L’adozione della produzione additiva ha inoltre ridotto il rischio complessivo del programma, pur trattandosi di un nuovo processo produttivo. La capacità di rispondere rapidamente ai cambiamenti minimizza il potenziale di ritardi del programma e lunghi cicli di approvvigionamento.
Infine, l’adozione della produzione additiva per componenti per uso finale ha rafforzato l’attenzione verso l’ottimizzazione del design e l’efficienza dei costi nella produzione. Avere le attrezzature di produzione accessibili ai progettisti è stato di grande aiuto.
Questo progetto ha ulteriormente accelerato l’adozione della produzione additiva da parte di Rheinmetall UK per componenti per uso finale. Ad esempio, dopo aver adottato miniFactory per la produzione di condotti in polimero, l’azienda ha investito nella tecnologia Metal Paste Deposition di Rapidia per produrre componenti in acciaio per veicoli. È probabile che in futuro ancora più componenti diventino competitivi in termini di costi da produrre con la produzione additiva.
Di Julian Wright, Technology Programmes Manager - Rheinmetall BAE Systems Land Ltd
Immagine di intestazione: Challenger 3 Main Battle Tank, Ministry of Defence © Crown copyright 2026. Utilizzata ai sensi della MOD News Licence.
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