Materiali, tecnologie, reti di imprese a supporto acquisti e progettazione in mercati sempre più complessi

Di Alberto Claudio Tremolada

General Manager Metatech Group Fonderie

Competence center manufacturing manager ADACI

Coordinator Task Force A.E.S.C. Erma (European Raw Materials Alliance)

 

Il ruolo di materiali – reti di Imprese e tecnologie sono fondamentali come supporto ad acquisti e progettazione in mercati sempre più complessi.

Il Covid ha scoperchiato criticità esistenti di dipendenza per gli approvvigionamenti da paesi come la Cina (materie prime) – Russia (gas) o multinazionali shipping che stanno pesantemente impattando sui costi – disponibilità e profittabilità delle nostre imprese.

Da estratto intervista di Emanuele Bompan, scrittore, consulente, giornalista ambientale, uno dei massimi esperti di economia circolare, si rileva alla domanda Qual è il ruolo della tecnologia in questa trasformazione? che:

La circolarità, a suo parere, è più sbilanciata verso un ritorno alle usanze dell’epoca pre-consumismo o verso un utilizzo intensivo delle nuove tecnologie?

Come in tutte le buone ricette di cucina, la quantità giusta di un ingrediente come la tecnologia è quanto basta.

Servono soprattutto le tecnologie digitali, quelle che smaterializzano i processi, permettono di modellizzare l’economia circolare e di ottimizzare le risorse, l’energia, la logistica.

Serve tecnologia software, più che tanta tecnologia hardware. Ma serve, ancora prima, tanto design.

Se noi progettiamo bene prodotti e processi, potremo impiegare innanzitutto meno materiali, ma anche meno tecnologie, invece di eccedere nel loro utilizzo.

Link intervista: https://it.businessinsider.com/circular-cities-emanuele-bompan-economia-circolare-milano-e-trento/

Anche per Youngme Moon, professore alla Harvard Business School ed ex membro consiglio amministrazione di Unilever ed altre multinazionali:

Competere come pazzi su costi, funzioni, quantità, prezzi ed ogni aspetto di prodotti e servizi ci rende tutti uguali.

Offrire qualcosa di significativamente differente in modo che sia fondamentale, esauriente ma soprattutto quello che serve.

Un indirizzo è dato anche dal DESIGN FOR USABILITY – ergonomics of human-system interaction

The official ISO 9241-11 definition of usability is the extent to which a product can be used by specified users to achieve specified goals with effectiveness, efficiency and satisfaction in a specified context of use

 

STANDARDIZATION

SUSTAINABILITY

VALUE CHAIN

STAKEHOLDERSHIP ENGAGEMENT

 

Il ruolo della circular economy e dei regulatory

A settembre 2020 la Commissione Europea ha pubblicato un report sulla criticità che hanno diverse materie prime per la sicurezza e sostenibilità.

Purtroppo i paesi detentori di miniere e concessioni sono anche quelli con criticità commerciali e politiche con altri paesi.

Secondo la definizione della Ellen MacArthur Foundation, economia circolare «è un termine generico per definire un’economia pensata per potersi rigenerare da sola.

In un’economia circolare i flussi di materiali sono di due tipi: quelli biologici, in grado di essere reintegrati nella biosfera, e quelli tecnici, destinati ad essere rivalorizzati senza entrare nella biosfera».

La frontiera è nella filiera dei materiali e della progettazione. 

In Italia per esempio il settore delle costruzioni genera il 44% dei rifiuti industriali (60 milioni di tonnellate annue  fonte “Rapporto rifiuti speciali” di Ispra https://www.isprambiente.gov.it/it/pubblicazioni/rapporti/rapporto-rifiuti-speciali-edizione-2021-dati-di-sintesi) e i materiali utilizzati non sono esenti da problematiche di contaminazione, sostanze tossiche che sono una minaccia per la qualità dell’aria all’interno edifici, di difficile gestione nel loro fine vita.

La responsabilita estesa del produttore,”Extended producer responsibility” (EPR) può essere definita come un approccio di politica ambientale nel quale iI produttore di un bene è responsabile anche della fase post-consumo, ovvero della sua gestione una volta diventato rifiuto.

La Direttiva (UE) 20 18/851 parte integrante del Pacchetto Europeo sull’Economia Circolare, descrive in materia di EPR per assicurare un utilizzo accorto, efficiente e razionale delle risorse naturali.

In particolare, vengono previsti requisiti minimi per i regimi EPR nazionali al fine di garantire una maggiore uniformità degli schemi adottati nei diversi paesi per le diverse tipologie di flussi e la loro coerenza con i principi e gli obiettivi europei in materia di economia circolare, efficienza nell’uso delle risorse, mitigazione dei cambiamenti climatici, e gestione dei rifiuti.

Finora in Italia i beni usati sono stati ceduti, venduti e comprati esclusivamente in base alla libera dinamica del mercato, in un prossimo futuro non sarà più così.

In seguito alla recente ratifica in Italia del pacchetto dell’economia circolare (dlgs 116 del 3/09/2020) la gamma dei prodotti oggetto della REP viene ampliata e per la prima volta vengono esplicitamente menzionati beni durevoli come i mobili, gli indumenti e i materassi.

Gli apparati elettrici ed elettronici sono già soggetti a questo tipo di regime da anni, ma con performance per ora non rilevanti in termini di riutilizzo e seconda mano.

Non solo.

I certificati contrattabili (carbon credits) introdotti dopo il protocollo di Kyoto del 1997 con lo scopo di ridurre l’emissione di biossido di carbonio e di altri gas serra.

La direttiva del 2003/87/CE promuove la riduzione delle emissioni di gas a effetto serra applicando criteri di efficienza economica e di efficacia dei costi.

Le imprese che hanno prodotto una quantità di anidride carbonica inferiore alla soglia consentita possono vendere la quota di emissione C02 non utilizzata alle aziende che non riescono a rispettare l’obbligo.

O gli Esg acronimo di Environmental, Social, Governance che si utilizza in ambito economico/finanziario per indicare tutte quelle attività legate all’investimento responsabile che perseguono gli obiettivi tipici della gestione finanziaria tenendo in considerazione aspetti di natura ambientale, sociale e di governance.

Gli investitori del risparmio gestito anche in Italia, prestano sempre maggiore attenzione ai fattori Esg Il principale strumento è rappresentato dal bilancio di sostenibilità.

Miglior rating maggiore facilità di accesso al credito con condizioni migliori.

 

Innovazione e redesign dall’integrazione alla cooperation

Dalla Ford con attività di proprietà integrate verticalmente dalla miniera per la materia prima fino all’automobile assemblata (ai tempi di Ford e Sloan) si è passato alla collaborazione su piattaforme fra case automobilistiche o per gruppi e sottogruppi da fornitori esterni (cloud supplier).

Un esempio Tesla che da sottoscocca posteriore con decine elementi stampati in acciaio e alluminio poi saldati (model 3) a solo 2 parti (model Y) ottenute in pressofusione di lega alluminio tramite multi-directional unibody casting machine for a vehicle frame and associated methods (brevetto Tesla) per ridurre tempi di costruzione, costi operativi, costi di produzione, costi operativi della fabbrica, costi e quantità attrezzature.

Toyota un altro esempio.

Dagli anni sessanta i giapponesi cominciarono ad esportare auto anche in Italia, imitando prima le soluzioni occidentali, poi studiando alternative più economiche per costruire ogni più piccolo particolare dell’automobile, a parità di prestazioni di ogni componente.

Prendevano macchine europee e le smontavano, attaccando su pannelli allineandoli in lunghi capannoni, le migliaia di pezzi di cui erano composte.

Squadre di progettisti avevano il compito di studiare soluzioni alternative, meno costose e più funzionali, per ogni gruppo – sottogruppo – componente, a partire dal materiale di base con cui erano costruiti i singoli pezzi (ad esempio, plastica anziché zama pressofusa), e mettendo in discussione anche le scelte tecnologiche (stampato anziché fuso o sinterizzato).

Nike ha lanciato la nuova linea Move To Zero produzione scarpe e abbigliamento con utilizzo di materiali riciclabili.

Volvo ha lanciato una campagna dedicata all’economia circolare, per comunicare che le sue macchine sono fatte con  il 25% di plastica riciclata.

Ikea da anni porta avanti una comunicazione sulla sostenibilità ambientale all’insegna di reusing things is much better e lanciando numerose iniziative che vanno dal riciclaggio di materassi alla rinuncia totale ai prodotti usa e getta (entro il 2020).

 

Dall’idea abbattere i muri delle tecnologie conosciute

Dall’idea al mercato in 15 giorni parti funzionali in tutto e per tutto uguali a fusioni prodotte con altre tecnologie ma con possibilità di avere pezzi unici (non scomposti) di forma complessa.

Passare dal disegno 3D al prototipo funzionale da utilizzare per test, ma realizzato con tecnologia, materiale trattato simile a quello che sarà di produzione a costi contenuti.

Come? Utilizzando tecnologie come quelle proposte da Voxeljet VX4000 stampante a getto di legante per sabbia con cassa di metri 4x2x1 è una delle stampanti 3D più grandi al mondo per ottenere motte per fusione metalli.

Può essere utilizzata per produrre stampi in sabbia singoli, molto grandi o più stampi più piccoli con qualità di produzione.

“Eliminando la necessità di costruire stampi e grazie all’ampio volume di produzione della stampante 3D possiamo ridurre drasticamente i tempi di consegna, il che a sua volta avvantaggia enormemente i nostri clienti,”, secondo Oliver Johnson (presidente TEI fonderia prototipi Statunitense https://www.teintl.com).

“Oltre a ciò, possiamo produrre parti che non possono essere realizzate in modo

convenzionale, come componenti leggeri e parti ottimizzate per topologia”.

O creando stampi per compositi (washing tooling).

Stessa tecnologia e materiali (sabbie) utilizzate in fonderia per realizzare un core tooling che poi viene rivestito con vernice solubile che lo rende impenetrabile dai filamenti in composito deposti.

Il core tooling viene poi lavato e le sabbie possono essere riutilizzate.

Per realizzare pezzi in carbonio o fibre vetro rinforzate senza i vincoli derivanti da attrezzature rigide (per esempio air ducting per elicotteri leggeri Sikorksky)

Video su https://youtu.be/YkLyfqkwx3o.

Il design modular platform consente di allungare il ciclo di vita con la modularità componenti intercambiabili genera minori waste, abbassa i costi di produzione – stock e del carbon footprint ome https://wwwc.fairphone.com/it/.

O Gogoro (società di Taiwan) con la modularità batterie elettriche veicoli 2 ruote intercambiabili presso infrastutture territoriali genera minori waste, abbassa i costi di produzione – stock e del carbon footprint

METAL INJECTION MOLDING and FREE SINTERING SMART PRODUCTION WORK

Quasi tutti i metalli ferrosi ad alto punto di fusione che possono essere prodotti sotto forma di polvere possono essere stampati tramite MIM con vantaggi di:

risparmio costi

controllo dimensionale con tolleranze di +/- 0,5%

produzione forme complesse o riducendo al minimo la lavorazione

ampia gamma di leghe e compositi

economica per volume di produzione medio-alto

alta densità e resistenza del materiale

flessibilità di progettazione

La tecnologia combina possibilità delle forme dello stampaggio a iniezione plastica con flessibilità della metallurgia in polvere. 

 

Redesign – Recycle – remanufacture – recover examples

Greenrail la tecnologia sviluppata consente di produrre traverse ferroviarie  con materia prima utilizzando una miscela di gomma ottenuta da pneumatici fuori uso e plastica da rifiuto urbano.

O la pittura di Airlite è rivestimento efficace nella eliminazione dei batteri, nella riduzione di inquinanti come NOx, SOx, NH3, CO e nell’abbassamento della temperatura superficiale.

Composto al 40% di materie prime ottenute da materiali riciclati di alta qualità, vernice in polvere a cui, aggiungendo dell’acqua che contiene biossido di titanio in grado di attivarsi a contatto con la luce, trasforma agenti inquinanti come ossidi di azoto, zolfo, benzene, formaldeide e monossido di carbonio in molecole di sale.

I compositi non solo per sostituire acciaio, alluminio, legno e pietra, ma anche per sviluppare prodotti completamente nuovi che non si sarebbero potuti ottenere con materiali tradizionali.

A base polimerica, metallica e ceramica hanno utilizzi settori abbigliamento – elastomeri – pannelli solari e rivestimenti fotosensibili

Una pista aeroporto internazionale di Fiumicino è stata rifatta utilizzando un nuovo asfalto high-tech contenente Gipave, additivo polimerico contenente grafene e plastica post-consumo (oggi destinata a termovalorizzazione), sviluppato dalla società italiana Iterchimica in collaborazione con Directa Plus, G.Eco (Gruppo A2A) e Università degli Studi di Milano Bicocca o batterie al grafene per smartphone di Real Grephene Usa

Reinventare la ruota in co-design con i fornitori.

Il Gruppo Michelin con Uptis (acronimo di Unique Puncture Proof Tire System) rappresenta una importante evoluzione del concetto Twill, la copertura autoportante già in commercio per piccole macchine agricole e carrelli elevatori.

Mobilità garantita al 100% vista la non esposizione alle forature e alla riduzione della pressione, senza trascurare un aspetto decisivo come il sensibile risparmio della materia prima.
Si comporta come un normale pneumatico con aria all’interno, pur diventando molto più longevo grazie alla possibilità di riciclare la struttura depositando al termine di ogni ciclo di vita per 5/6 volte, il doppio rispetto alla ricostruzione di un tradizionale pneumatico.

Michelin e GM stanno testando prototipi Uptis come equipaggiamento Chevrolet Bolt EV.

 

Co-innovazione un’esempio Metatech Group

Per nuovo progetto disco freno industriale ns. Cliente aveva come obiettivi:
Diminuzione masse in movimento
Aumento efficienza termodinamica
Riduzione items e fornitori
Abbattimento costi totali
Riduzione time to market
Aumento valore intrinseco innovazione prodotto da trasmettere all’utilizzatore finale

Il progetto prevedeva 3 parti (2 in ghisa e 1 alluminio) da assemblare con la tecnica dell’incollaggio per poi procedere alle operazioni di lavorazione meccanica e finitura.
Gli obiettivi risultavano poco perseguibili anche se si fosse deciso di cercare il fornitore con il pricing più basso in low cost countries.

Scelta:
Un’attenta analisi e valutazione sulle varie opzioni ha consentito di riprogettare il pezzo in monoblocco con utilizzo di un solo materiale (alluminio) e unico fornitore che sarà capocommessa.
Utilizzo pastiglie specifiche per dischi alluminio così da eliminare il trattamento superficiale.

“Non possiamo pretendere che le cose cambino, se continuiamo a fare le stesse cose. È nella crisi che sorge l’inventiva, le scoperte e le grandi strategie”.

Albert Einstein