La stampa 3D ha tre caratteristiche che la rendono particolarmente interessante per l'agricoltura: permette di personalizzare i componenti in base alle esigenze specifiche, accelera moltissimo i tempi di sviluppo e produzione, apre la porta a nuovi materiali e a logiche di economia circolare.
Queste potenzialità possono essere sfruttate da attori molto diversi lungo la filiera, ognuno dei quali può risolvere problemi specifici del proprio lavoro. I costruttori di macchine agricole, ad esempio, possono stampare prototipi rapidamente e a basso costo, velocizzando quindi lo sviluppo di nuovi prodotti. Ma possono anche snellire le catene di approvvigionamento e rendere più tempestiva la fornitura di pezzi di ricambio.
Gli agricoltori più digitalizzati possono utilizzare una stampante 3D come una piccola officina personale, capace di produrre giunzioni su misura per i tubi di irrigazione, supporti per sensori, componenti della cabina del trattore o accessori per migliorare il benessere degli animali.
Infine, il mondo della ricerca guarda alla stampa 3D come a uno strumento per progettare e fabbricare in autonomia involucri per sensori, parti di attrezzature sperimentali, elementi di sistemi meccatronici o per il vertical farming.
Che cos'è la stampa 3D e dove viene usata
Con stampa 3D si indica un insieme di tecnologie che permette di realizzare oggetti aggiungendo materiale strato dopo strato, a partire da un modello digitale. La modalità più diffusa in ambito desktop è l'estrusione di filamento termoplastico, in cui una bobina di materiale viene fusa e deposta seguendo percorsi determinati dal software. Nelle applicazioni industriali sono molto comuni la sinterizzazione laser di polveri polimeriche, come nel caso del poliammide, e i processi metallici, in cui vengono "fuse" polveri di metalli per creare componenti strutturali.
Queste tecnologie sono ormai consolidate in diversi settori: nel medicale per protesi e impianti personalizzati, nell'aerospazio per componenti alleggeriti e complessi, nell'automotive per prototipi e parti funzionali. Perfino nell'edilizia elementi strutturali vengono stampati in 3D.
Secondo il 3D Printing Trend Report di Protolabs, il mercato globale della stampa 3D sta crescendo più rapidamente del previsto e nel 2028 viene stimato nell'ordine di 57 miliardi di dollari, con una prospettiva di crescita vertiginosa.
Il dato più interessante riguarda però il tasso di adozione: il 70% delle aziende intervistate dichiara di avere stampato più parti nel 2023 rispetto all'anno precedente, segno che la tecnologia non è più confinata alla prototipazione occasionale. Ma la cosa davvero sorprendente è che, se si guarda al settore dell'agricoltura, questa percentuale sale all'87%.
Ma che cosa piace alle aziende della stampa 3D? La maggior parte degli intervistati attribuisce all'additive manufacturing una riduzione sensibile dei costi rispetto ai metodi tradizionali, e quasi la metà indica la riduzione dei tempi di consegna come principale beneficio.
I costruttori di macchine agricole: prototipi rapidi e ricambi just-in-time
Per i produttori di macchine agricole la stampa 3D è prima di tutto uno strumento di sviluppo prodotto. Ugelli per la distribuzione di fitofarmaci e fertilizzanti, elementi dei sistemi di miscelazione, convogliatori d'aria, supporti per sensori o per cablaggi: si tratta spesso di componenti di dimensioni ridotte che devono resistere a condizioni gravose e che vengono modificati di frequente nel corso dei test.
Utilizzando la stampa 3D, queste parti possono essere realizzate in poche ore, provate in campo e poi riprogettate, senza dover attendere la costruzione di stampi o lotti minimi da officina esterna. È una logica che si presta perfettamente a piccoli volumi e a geometrie complesse, come quelle tipiche degli ugelli di irrorazione, degli elementi di copertura di componenti elettriche o dei supporti per cavi o sensori.
L'azienda Replique stampa componenti 3D per l'industria meccanica
(Fonte foto: Replique)
Una volta che il componente è validato, la stampa 3D può continuare a essere utilizzata per produrre piccole serie, nel caso in cui, ad esempio, servano piccole produzioni, oppure per ricambi non in magazzino o fuori produzione. Qui entra in gioco il concetto di ricambio just-in-time: invece di tenere a magazzino per anni un numero limitato di parti, il costruttore può archiviare il modello digitale e produrre il pezzo quando serve, magari appoggiandosi a un service specializzato.
Anche chi fornisce servizi tramite drone ha trovato nella stampa 3D un valido alleato. La società Soleon, ad esempio, ha sviluppato un distributore di capsule contenenti insetti utili (Trichogramma brassicae) per la difesa del mais dalla piralide. Il corpo del distributore è stato realizzato mediante sinterizzazione laser di poliammide, con l'obiettivo di ridurre il peso, integrare canali e alloggiamenti complessi e massimizzare l'autonomia della batteria.
Soleon ha sviluppato un distributore di capsule contenenti insetti utili per la difesa del mais dalla piralide
Gli agricoltori "smanettoni": l'officina sul banco di lavoro
Se per i costruttori la stampa 3D è uno strumento industriale, per alcuni agricoltori digitali particolarmente innovativi può diventare una piccola officina personale. Le stampanti a filamento di fascia media hanno ormai costi accessibili e, con un po' di pratica su software di modellazione o utilizzando librerie di modelli preesistenti, permettono di produrre in azienda oggetti che altrimenti richiederebbero ordini su misura o lunghi giri tra ferramenta e ricambisti.
Un esempio classico è quello delle giunzioni per le tubazioni: derivazioni particolari, adattatori tra diametri diversi, staffe per fissare i tubi a strutture di sostegno sono componenti che spesso devono adattarsi a situazioni specifiche e che non sempre si trovano pronti a scaffale. La stampa 3D consente di progettare raccordi perfettamente coerenti con l'impianto esistente, magari modificando nel tempo il disegno man mano che cambiano le esigenze.
Allo stesso modo si possono realizzare parti non strutturali della cabina del trattore, come bocchette di aerazione, supporti per tablet e smartphone, portaoggetti, elementi di finitura. In allevamento la fantasia si sposta su componenti per il pollaio o per le stalle: sistemi di chiusura, mangiatoie e abbeveratoi personalizzati, piccoli giochi o dispositivi per arricchire l'ambiente e favorire il benessere animale (video qui sotto). Per i frutticoltori non è difficile immaginare utensili leggeri per la raccolta dei piccoli frutti, guide per il taglio di talee, distanziatori per cassette e imballaggi.
La stampa 3D consente di realizzare anche componenti per il pollaio o per le stalle
Un ambito particolare è quello dell'apicoltura. La stampa 3D può essere sfruttata per realizzare arnie con forme particolari, magari con materiali naturali quali il legno, ma anche componenti personalizzate, ad esempio telai, griglie e elementi di accesso.
La ricerca: sensori, vertical farming e nuovi materiali
Nelle università e nei centri di ricerca, la stampa 3D è ormai uno degli strumenti a disposizione per progettare e realizzare sensori e attrezzature sperimentali su misura. L'additive manufacturing permette di fabbricare involucri per sensori, supporti e componenti progettati su misura che in passato dovevano essere creati adattando quello che si trovava sul mercato.
Nelle camere di crescita la stampa 3D viene utilizzata per realizzare parti dei sistemi di irrigazione e fertirrigazione, come collettori, distributori, ugelli e supporti, ma anche elementi delle strutture che sostengono i ripiani di crescita. Il vantaggio sta nella possibilità di integrare in un unico pezzo canali, alloggiamenti per sensori, guide per cavi e sistemi di aggancio, riducendo il numero di componenti e facilitando le modifiche del layout.
Un modello realistico di barbabietola da zucchero stampato in 3D e utilizzato in un progetto di ricerca
(Fonte foto: Bömer et al.)
Un esempio particolarmente interessante di integrazione tra agricoltura, nuovi materiali e stampa 3D arriva dal settore olivicolo. Il Gruppo Operativo Agrosec ha sviluppato filamenti ecologici e biodegradabili per stampanti 3D ottenuti a partire dai residui di potatura dell'olivo. Questi filamenti vengono impiegati per realizzare componenti di un sistema di deumidificazione pensato per le camere bianche dell'industria alimentare, in particolare per la lavorazione della carne.
Il dispositivo, progettato per essere efficiente dal punto di vista energetico e a basso costo, utilizza la capacità del materiale derivato dalla potatura di assorbire il vapore acqueo, riducendo l'umidità e contribuendo a prevenire la formazione di muffe. In questo caso la stampa 3D diventa il ponte tra un residuo agricolo di scarso valore e un componente funzionale ad alta tecnologia, in un'ottica pienamente circolare.
Opportunità e ostacoli alla diffusione
Numeri e casi applicativi suggeriscono che la stampa 3D abbia tutte le carte in regola per entrare stabilmente come tecnologia abilitante nel settore agricolo. La possibilità di ridurre i tempi di sviluppo dei componenti, di produrre piccole serie in modo economicamente sostenibile, di realizzare ricambi on demand e di sfruttare materiali innovativi, rappresenta un vantaggio competitivo per chi progetta macchine, ma anche per chi gestisce un'azienda agricola o un laboratorio di ricerca.
Restano però alcuni ostacoli da superare. Il primo è economico e organizzativo: anche se i costi delle stampanti sono scesi (bastano poche migliaia di euro per uno strumento entry-level), l'investimento iniziale non è trascurabile e richiede di ripensare processi e flussi di lavoro. Il secondo riguarda le competenze: progettare in modo efficace per la stampa 3D significa conoscere i limiti e i punti di forza della tecnologia, saper usare software di modellazione e gestire parametri di stampa.
Il terzo è tecnico: alcuni componenti agricoli lavorano in condizioni molto gravose, tra urti, vibrazioni, raggi UV, sbalzi termici, e non sempre i materiali polimerici standard garantiscono la stessa durabilità di una parte lavorata tradizionalmente. Infine, c'è un tema di standardizzazione e certificazione, soprattutto quando si parla di componenti che entrano in contatto con alimenti, animali o prodotti fitosanitari.
La stampa 3D non sostituirà certo le tecnologie tradizionali per le grandi serie di componenti, ma può diventare una risorsa preziosa per tutto ciò che è personalizzato, sperimentale, in piccola tiratura o legato a ricambi difficili da reperire. Per un settore come quello agricolo, che vive di adattamenti continui alle condizioni di campo, alle colture, al clima e ai mercati, avere a disposizione una tecnologia capace di trasformare un file digitale in un oggetto pronto all'uso è potenzialmente molto utile.
