Inside the Stratasys 3D Printer Factory, Where Every Micron Counts

Israele è una terra di opportunità per molte aziende, soprattutto nel settore IT. Lo skyline di Tel Aviv è quasi irriconoscibile dall’ultima volta che sono stato qui, solo quattro anni fa: i treni locali hanno la connessione Wi-Fi e l’innovazione si muove rapidamente. La prossima start-up di successo potrebbe essere ovunque e l’entusiasmo intorno alla stampa 3D è tangibile.

Una delle ragioni è che una delle grandi storie di successo nella stampa 3D è nata proprio qui, a Rehovot, circa mezz’ora a sud di Tel Aviv. Objet, la società che si è fusa con Stratasys per diventare quello che in questo momento è il più grande produttore mondiale di stampanti 3D, sta crescendo a un tasso del 25-30% e non si ferma. Negli ultimi anni ha acquisito MakerBot, Solid Concepts e Harvest Technologies, GrabCAD ed è sulla buona strada per diventare la prima azienda di stampa 3D a fatturare oltre un miliardo di dollari già dal prossimo anno.

Per sostenere e alimentare questa crescita, Stratasys ha costruito una nuova, enorme struttura a Kyriat Gat, un piccolo centro industriale dove anche Intel ha un impianto di produzione. La fabbrica è destinata a soddisfare la crescente domanda di stampanti 3D polyjet. Qui venogno assemblate tutte le stampanti 3D della famiglia Objet e i materiali in resina che utilizzano. AGiudicando dalle dimensioni esterne dello stabilimento è chiaro che Stratasys si aspetti un’enorme crescita in questo settore oppure che presto userà la fabbrica anche per integrare le linee di montaggio di altri prodotti.

Questa, per altro, è solo la fabbrica. Tutta la ricerca e sviluppo su materiali e tecnologie continua ad essere effettuata presso la sede Rehovot, come tutte le altre operazioni commerciali e di marketing correlate. Questo edificio, anch’esso molto ampio, sta rapidamente diventando troppo piccolo per i nuovi reparti e il personale che Stratasys continua a integrare. Dall’altra parte della strada, infatti, c’ un nuovo edificio di cinque piani in costruzione. Non ci sono conferme ufficiali, ed è solo lo scheletro di un edificio a questo punto, ma alcune parti del rivestimento esterno ricordano lo stile di Stratasys.

Dopo alcune raccomandazioni sulle foto non autorizzate e sul non deviare dalla retta via, entriamo nel mondo 3D di Stratasys e mi viene subito l’istinto di scattare una foto. Quello che vedo è uno spazio enorme pieno di grandi stampanti 3D e componenti vari. Mi danno il permesso di scattare una foto della stanza, ma non uno che possa rivelare troppo sul numero esatto di macchine. Le capacità effettive dell’impianto sono informazioni delicate che potrebbero avere un impatto diretto sul valore di mercato della società in borsa.

Tutti insieme direi che ci sono almeno 30-50 macchine che vengono assemblate in uno spazio aperto che misura circa 15.000 metri quadrati. L’area è divisa in molte sezioni. Una è per i sistemi di classe Objet 500 e Objet 350 e un altro è per le Eden 260, con i numeri che rappresentano le dimensioni del vassoio. Un’altra area è per i sistemi desktop più piccoli, la Objet 24 e la Objet 30. Le macchine sono anche definite dal numero di materiali diversi con cui possono lavorare (fino a tre, più il materiale di supporto) e dai colori che possono utilizzare. La maggior parte dei sistemi possono essere aggiornati al livello successivo. In alcuni casi è solo una questione di software e componenti facilmente sostituibili, in altri l’aggiornamento è più complesso, ma è sempre un servizio che Stratasys vuole offrire ai propri clienti.

Il mio tour inizia dal punto in cui vengono consegnati componenti delle nuove macchine. I responsabili delle operazioni di Stratasys prestano attenzione ad ogni dettaglio, al fine di garantire ai propri clienti i migliori standard di qualità possibili. Questa attitudine ricorre in ogni singola fase dell’assemblaggio e del controllo di qualità (QC) delle macchine, al punto da essere quasi maniacale.

A parte questo, la fabbrica sembra un po’ come quella di altri produttori più piccoli che ho visitato, solo elevata alla massima potenza. Come altre stampanti 3D, persino una Object500 Connex3 è costituita da diversi componenti di base: un telaio metallico, una copertura superiore e una laterale, varie schede elettroniche e cavi, un ampio braccio per l’asse X, una sorgente di luce multi-lunghezza d’onda e una grande testina di stampa. Questo è il cuore della tecnologia polyjet ed è qui che avviene la magia.

Come Guy Menchick, VP degli incubation Labs di Stratasys, mi ha pazientemente spiegato quando ho visitato il reparto R&D, ogni ugello contiene fino a 8 testine di stampa e ognuno di questi ha decine di ugelli. Una testina di stampa polyjet può avere anche più di 900 ugelli. Ogni ugello rilascia una gocciolina che misura solo alcuni picolitri di materiale e che viene immediatamente solidificata (curata) dalla sorgente luminosa. Attraverso l’elettronica è possibile indicare alla testina di stampa il tipo e la quantità esatta di ogni materiale che deve essere rilasciato con la massima precisione.

I materiali polyjet di Stratasys sono interamente in resina. Non è presente alcuna cera e questo significa che è più preciso, ma anche che richiede una sorgente di luce in grado di coprire una più ampia gamma di lunghezze d’onda per essere efficace. La parte più affascinante è che la tecnologia può essere facilmente scalata. Questo significa che, se vuole rendere le sue macchine dieci volte più veloci, tutto ciiò che Stratasys deve fare è rendere la testina di stampa dieci volte più grande. “Il polyjet è la tecnologia più scalabile che ci sia,” mi ha detto Menchick, “è solo una questione di bilanciare costi e benefici.”

Mentre attraversiamo le linee di montaggio capisco cosa serva per costruire una macchina in grado di assicurare questo tipo di alta precisione più e più volte. L’affidabilità della macchina è la priorità numero uno per Stratasys. L’assemblaggio inizia con una kanban board e molti elementi visivi che – insieme a vari codici a barre – dicono ai lavoratori esattamente come procedere attraverso le varie fasi del processo di assemblaggio e quando la macchina è pronta per andare alla fase successiva. Le aree di lavoro sono stazionarie, mentre le macchine scorrono attraverso le diverse zone.

Lavorare qui richiede competenze che vanno ben oltre il lavoro manuale. Molti dei dipendenti devono avere un background in ingegneria. Gru e gli strumenti stampati in 3D internamente vengono utilizzati per mettere insieme i componenti, mentre la maggior parte del tempo viene speso per la calibrazione. Una bilancia collegata al computer interno delle macchine pesa la quantità esatta dei materiali. Questa nuova procedura guidata consente anche ai clienti di utilizzare il sistema automatico di calibrazione in caso di necessità.

Tutti i getti devono essere controllati per assicurarsi che non siano ostruiti e che siano perfettamente allineati. Le macchine vengono poi spinte al limite. Ciò significa che in una sola stampata costruiscono tutte le forme e le superfici più difficili: spigoli vivi, pareti sottili, parti mobili e un sacco di diverse superfici curve e arrotondate. La più sottile delle pareti sottili è impressionante, ma forse ancora più impressionante è un modello venuto fuori da un Objet 30 e che – mi dicono – è uscito con alcune imperfezioni. Non ne vedo alcuna, ma a quanto pare la superficie incredibilmente liscia di una piramide mostra alcune righe appena visibili che non dovrebbero esserci. La conclusione è che ogni macchina deve stampare nello stesso modo e, finché non lo fa, rimane dentro la fabbrica.

Quando tutti i test sono completi le macchine vengono avvolte in un rivestimento anti-ESD (scariche anti-elettrostatiche). Tutte le tre diverse aree di assemblaggio – Objet, Eden e desktop Objet – convergono qui. Stratasys ha appena annunciato una vasta gamma di nuovi modelli, con la Connex 1, 2 e 3 serie (in grado di fino a tre diversi materiali più un materiale di supporto e di diversi colori) sempre più dominante. La gamma Eden sarà comunque la prima a vedere l’introduzione di materiali di supporto idrosolubili nella nuova Eden 260VS, mirata soprattutto a settore dentale.

Prima di avviarmi alle linee di montaggio dele cartucce per i materiali siamo passati dalla stanza in cui i Stratasys testa e ripara tutti i componenti dei suoi sistemi legacy e poi da una cleanroom, classe 100.000, dove uno speciale microscopio viene usato per controllare ogni ugello e ogni componente in movimento con un ingrandimento da 300 a 400 volte, al punto in cui è possibile rilevare un errore di allineamento anche se misura meno di 0,005 micron.

Una percentuale che è simile al tasso di errore per le cartucce dei materiali: praticamente inesistente. In parte perché il laboratorio materiali è stato progettato per essere quasi completamente automatizzato e, anche quando è richiesto l’intervento umano, tutti gli strumenti possibili vengono implementati per rendere il lavoro più agevole ed ergonomico possibile.

Il laboratorio di materiali, che non mi è stato permesso di fotografare, comprende due ampie camere: una per la miscelazione e la preparazione dei materiali (una sorta di “zuppa” hi-tech da 1,000 litri) e un altro in cui tre linee diverse montano, riempiono e confezionano le cartucce di diverse dimensioni. Una scatola completamente sigillata contiene due bottiglie da un chilogrammo per i sistemi desktop, mentre l’altra contiene buste da 3,5 Kg buste per i sistemi Eden e Objet. Una sezione finale è dedicata ai contenitori da 18 Kg per l’enorme sistema Objet 1000.

Ancor più che della tecnologia, i materiali sono la chiave per il futuro del polyjet. Stratasys è abbastanza fiduciosa nelle sue capacità (per usare un eufemismo) ed è sicura che sarà in grado di coprire la maggior parte delle esigenze del mercato in termini di prototipazione rapida e prodotti finiti di produzione attraverso le tecnologie FDM e Polyjet e le loro evoluzioni future. Come per molti altri produttori di stampanti 3D, oggi la priorità principale della società è soddisfare la domanda. Questo non significa che l’azienda non continuerà a  svilupparli. Gli Incubation Labs di Guy Menchik hanno più di 20 sistemi di fascia alta che lavorano costantemente per testare nuovi materiali e le capacità della macchina. La tecnologia è facilmente scalabile, e sarà il mercato, così come la concorrenza di nuovi operatori come HP, a decidere quando sarà il momento giusto per il prossimo salto di qualità.