SFIDA #4 / automotive
Alleggerimento dei componenti metallici nel settore della mobilità europea
Il Problema
Sempre più aziende [1] dell’industria automobilistica incorporano componenti finalizzati alla riduzione della massa, alla riduzione dei costi di assemblaggio e all’ottimizzazione del riciclaggio.Se le aziende slovene e italiane vogliono rimanere competitive sul mercato e seguire le iniziative di produzione sostenibile, dovrebbero iniziare a concentrarsi sulla riduzione della massa dei loro prodotti finali e dei componenti utilizzati nei processi produttivi, senza compromettere la qualità del componente stesso. Un’altra tendenza nel settore manifatturiero, che non è sostenuta principalmente da iniziative governative per ridurre le emissioni di CO2, è la crescente granularità della domanda dei consumatori, con conseguente aumento dello sforzo per le infrastrutture esistenti dei produttori. [2]
Lo scenario ideale
La situazione geopolitica ha comportato un aumento dei prezzi dei metalli, che seguono l’impennata dei prezzi dell’energia. Uno scenario ideale sarebbe quello di produrre oggetti più leggeri, mantenendo o addirittura migliorando le loro caratteristiche, riducendo i maggiori costi dovuti alll’aumento dei prezzi lungo la fragile catena di approvvigionamento. La produzione di componenti più leggeri non dovrebbe avere un impatto negativo sul processo produttivo. Al contrario, dovrebbe richiedere meno energia e tempo per la loro produzione. Per rispondere adeguatamente al problema, i produttori devono fare un radicale passo in avanti sia nella progettazione del prodotto che in quella del processo.
Il contesto
L’Europa produce solo la metà dell’alluminio di cui ha bisogno, pertanto i produttori europei di manufatti in alluminio acquistavano circa un terzo dell’alluminio in Russia, il terzo produttore mondiale. In questo momento sono rimasti scoperti a causa dell’attuale situazione politica e i prezzi sono saliti alle stelle. Ad esempio, prima dell’epidemia, il prezzo dell’alluminio raggiungeva i 1.800 dollari per tonnellata, mentre nel 2022, all’inizio di marzo, ha superato il limite di 4.000 dollari per tonnellata. [5]. L’uso di materiali performanti come l’acciaio ad alta resistenza e l’alluminio è in aumento e i materiali tradizionali più pesanti, come l’acciaio e il ferro, vengono sostituiti laddove sia possibile. [3]
Il 44,3% dei costi nel settore manifatturiero è costituito dalle spese per i materiali. Ciò significa che un modello più leggero del 10% riduce i costi di produzione in media di oltre il 4%.Ma non solo i costi dei materiali: con il giusto approccio all’alleggerimento si possono ridurre i costi di assemblaggio, di attrezzaggio, di produzione e di inventario, il che consente di essere competitivi e più sostenibili sul mercato mondiale.
Soggetti interesati dal problema
I diretti interessati sono i produttori che utilizzano o producono componenti metallici, perché non stanno al passo con i progressi della tecnologia e perdono un potenziale profitto e un vantaggio competitivo grazie a significativi vantaggi in termini di ergonomia, sostenibilità e prestazioni. Indirettamente sono interessati i clienti e i consumatori finali, che acquistano i componenti e i prodotti finali che li contengono (ad esempio, un’automobile). Nel caso di un’automobile, ci sono molte parti in movimento, il che rende i componenti più leggeri particolarmente preziosi; una riduzione di peso del 10% può comportare un aumento del 6-8% dell’efficienza del carburante. Nella migliore delle ipotesi, l’alleggerimento potrebbe potenzialmente dimezzare la massa del veicolo e aumentare l’efficienza del carburante del 35%. [4]
Implicazioni economiche, sociale ambientali del problema
L’alleggerimento è una combinazione perfetta di tre dimensioni della sostenibilità: economica, ambientale e sociale. Una produzione sostenibile e a basso costo si armonizza perfettamente con un approccio responsabile nei confronti delle risorse, dell’energia e del clima, oltre che con un’elevata funzionalità. I prodotti realizzati con meno materiale hanno solitamente un impatto ambientale minore per diversi motivi. Si estraggono meno materiali, risparmiando così le limitate risorse naturali, e se ne destinano meno al riciclaggio o alle discariche. Si risparmia anche l’energia incorporata necessaria per estrarre e lavorare il materiale e si eliminano i rifiuti di materiale a monte. Ad esempio, per produrre un chilo di acciaio grezzo è necessario scavare e smaltire circa sette chili di materiale. E per l’alluminio il rapporto è di 85 a 1. Se consideriamo l’energia necessaria per produrre il materiale, per produrre un chilo di alluminio grezzo si consumano circa 130 MJ di energia. Anche i prodotti e i veicoli leggeri spesso consumano meno energia quando sono in uso, perché richiedono meno energia per essere spostati. Il consumo di energia è spesso la principale fonte di impatto ambientale.
Dati e Bibliografia
D. R. Heuss, D. N. Muller, W. van Sintern, D. A. Starke and A. Tschiesner, “Lightweight, heavy impact,” McKinsey & Company, Advanced Industries, 2012. |
J. Stoller, “Batch of one: flexible manufacturing requires new automation,” 02 04 2020. [Online]. Available: https://www.automationmag.com/batch-of-one-flexible-manufacturing-requires-new-automation/. |
L. Wood, “Global Automotive Material Trends Market and Trend Analysis to 2036,” 22 06 2022. [Online]. Available: https://www.businesswire.com/news/home/20220622005565/en/Global-Automotive-Material-Trends-Market-and-Trend-Analysis-to-2036—by-Technology-Key-Companies-and-Forecasts—ResearchAndMarkets.com. |
J. Hitch, “The Road to Lightweighting: The Tech & Materials Leading the Way,” 10 December 2018. [Online]. Available: https://www.industryweek.com/technology-and-iiot/article/22026807/the-road-to-lightweighting-the-tech-materials-leading-the-way. |
N. Koražija, “Iz Kitajske v Evropo prihajajo zaloge aluminija. Lahko ublažijo divjanje cen?,” 09 03 2022. [Online]. Available: https://tl.finance.si/8987984/Iz-Kitajske-v-Evropo-prihajajo-zaloge-aluminija-Lahko-ublazijo-divjanje-cen. |
K. Sertoglu, “Fraunhofer IAPT Slashes Car Part Costs by 80% using 3D Printing Technology,” 24 01 2022. [Online]. Available: https://3dprintingindustry.com/news/fraunhofer-iapt-slashes-car-part-costs-by-80-using-3d-printing-technology-202776/. |
nTopology, “8 Benefits of Lightweighting in Manufacturing & Engineering,” 27 01 2022. [Online]. Available: https://ntopology.com/blog/8-lightweighting-benefits-in-manufacturing-engineering/. |
Mike, “How is 3D printing cost effective?,” 15 01 2021. [Online]. Available: https://3dprintedparts.com/2021/01/15/how-is-3d-printing-cost-effective/. |
Alumeco Group, “Analysis: What to expect from the metal markets in 2022,” 2022. [Online]. Available: https://www.alumeco.com/knowledge-technique/metal-price-news-2022/analysis-what-to-expect-from-the-metal-markets-in-2022/. |