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6 modi per tagliare i costi di lavorazione

Come incorporare alcune considerazioni sul materiale e sulla progettazione per ridurre le spese di lavorazione

I processi di lavorazione diventano più complessi ogni anno, al punto che tenere il passo con le buone prassi di progettazione può rivelarsi estremamente difficoltoso. Eppure, ridurre i costi dei pezzi lavorati, migliorando al tempo stesso la funzionalità degli stessi, è tutt'altro che impossibile, e lo si può fare apportando alcuni (relativamente semplici) aggiustamenti alle fasi di progettazione del pezzo o selezione del materiale.

Proto Labs utilizza un software di automazione per elaborare preventivi e segnalare i dettagli del progetto che richiedono ulteriore attenzione. Il software provvede a identificare immediatamente eventuali caratteristiche non realizzabili, segnalando anche quelle aree che non necessitano propriamente di modifica ma che potrebbero essere adattate per migliorare la realizzabilità del pezzo; queste includono pareti sottili, incisioni di testo, fori profondi, geometrie complesse e altro ancora.

Ecco alcuni consigli per aiutarti a migliorare il rapporto costi-benefici dei progetti concepiti per processi lavorazione.

Radii and reliefs for corners
La figura di sinistra mostra i raggi di curvatura introdotti a seguito della fresatura. L'aggiunta di margini in corrispondenza degli angoli vivi (a destra) migliora l'adattamento.
1. Introdurre margini in corrispondenza delle cavità angolari

Pensiamo agli angoli di una cavità lavorata, come l'interno di un alloggiamento di componenti elettronici o una staffa utilizzata per tenere fermo il corpo di un componente rettangolare. Un errore piuttosto comune nella progettazione di questi pezzi consiste nel lasciare un angolo vivo al punto di intersezione delle pareti verticali. Per illustrare meglio tale concetto, pensiamo alle scatole in acciaio inossidabile utilizzate per conservare figurine collezionabili. L'unica tecnica che consente di ottenere quegli angoli perfettamente quadrati adatti alla forma delle figurine è l'elettroerosione, un processo lento e costoso.

Una possibile alternativa per ottenere una soddisfacente definizione degli angoli prevede il ricorso a una fresa a codolo di dimensioni estremamente ridotte. Nel caso dell'acciaio inossidabile 304, ciò si tradurrebbe nell'impiego di una fresa da 0,8 mm, in grado di introdurre un raggio di curvatura di 0,4 mm. Tale metodo consentirebbe di ottenere angoli piuttosto acuti, sacrificando però la profondità del pezzo. La lunghezza della maggior parte delle frese a codolo per la fresatura dell'acciaio in questa gamma dimensionale è infatti pari ad appena cinque volte il diametro della lama, ed è dunque piuttosto scarsa per ottenere una profondità adatta a contenere le figurine dei nostri giocatori preferiti. Peraltro, eseguire la lavorazione con frese così piccole è anch'essa un'attività estremamente lenta e delicata che farà senz'altro lievitare i costi del progetto.

Un approccio più economico consiste invece nell'introduzione di un margine in corrispondenza di ciascun angolo della cavità. Così facendo si eliminano quelle fastidiose curvature, sostituendole con un margine avente forma a U o C (come da figura). Questa tecnica rende possibile anche la lavorazione di cavità più profonde: l'introduzione di margini con ampiezza di 6,35 mm agli angoli consente infatti la fresatura di angoli vivi con profondità pari a circa 32 mm. E se si decide di passare all'alluminio o alla plastica, si otterranno profondità doppie rispetto a quelle dell'acciaio. Ma c'è di più: l'adozione di tali accorgimenti in fase di progettazione permette di ridurre il costo del progetto, grazie all'impiego di frese a codolo di più grandi dimensioni e al conseguente incremento dei tassi di rimozione del materiale.

Adding chamfer, radii, and deburring
La figura di sinistra mostra i raggi di curvatura introdotti a seguito della fresatura. L'aggiunta di margini in corrispondenza degli angoli vivi (a destra) migliora l'adattamento.
2. Eseguire autonomamente la levigatura dei bordi

Evitare le rotture in corrispondenza degli angoli è un altro aspetto che ha a che fare con l'introduzione di curvature e la riduzione dei costi di lavorazione. Nel tentativo di rimuovere i segni dell'utensileria ed eliminare gli angoli vivi, spesso i progettisti provvedono a levigare le aree di intersezione esterne al pezzo introducendo smussi o angoli di curvatura. Si tratta di una pratica comprensibile e talvolta necessaria, ma che può rivelarsi costosa. Per le parti in acciaio inossidabile, Proto Labs offre un'opzione di levigatura automatizzata, ma i pezzi realizzati in altri materiali sono forniti con finitura fresata. Se il progetto richiede un bordo smussato, sarà necessario ricorrere a un macchinario aggiuntivo (ossia a una fresa con estremità a sfera) e procedere alla lavorazione degli angoli utilizzando un movimento di profilatura 3D. Queste macchine sono tipicamente utilizzate a velocità di rotazione estremamente elevate, riducendo sensibilmente la quantità di materiale rimosso; si tratta però di un processo lento e che necessita di svariate ripetizioni per consentire la levigatura di ogni angolo. Molti clienti decidono quindi di risparmiare una parte delle risorse a disposizione provvedendo autonomamente alla levigatura dei bordi con l'ausilio di una lima, un po' di carta abrasiva o una rotella di lucidatura.

 

3. Evitare le incisioni fino alla fase di stampaggio

Le incisioni sono anch'esse una caratteristica esteticamente attraente ma che richiede tempistiche di lavorazione eccessive e, proprio per questo, sarebbe bene evitarle laddove possibile. Anche in questo caso, per riprodurre sotto forma di incisioni i numeri, le lettere o i simboli inseriti nel modello CAD, sarebbe necessario ricorrere a frese con estremità a sfera. Certo, dettagli di questo tipo migliorano l'aspetto del pezzo e potrebbero rispondere a importanti esigenze di progettazione. Ciononostante, riteniamo che tali caratteristiche siano più indicate per i pezzi realizzati mediante stampaggio a iniezione, in cui i volumi più elevati aiutano ad ammortizzare i maggiori tempi di realizzazione.

L'utilizzo di lame dal diametro ridotto accresce le tempistiche di lavorazione; si consiglia pertanto di eliminare dettagli quali loghi o testo dai prototipi destinati alla lavorazione con macchine.
4. Attenzione alle pareti e ai dettagli sottili

Siamo in grado di offrire una tolleranza pari a +/- 0,12 mm. Se il progetto contiene dettagli con dimensioni pari o inferiori a 0,5 mm, questi saranno segnalati come "pareti sottili" senza però ostacolarne la fabbricazione. Ciò significa che il pezzo lavorato potrà differire leggermente dal progetto originale. Le pareti sottili con dimensioni inferiori a 0,5 mm non solo sono soggette a rotture durante la fase di lavorazione, ma sono anche a rischio di flessioni o deformazioni successive. Progetto permettendo, consigliamo quindi di evitare di assottigliare le pareti.

5. La semplicità prima di tutto

Le cavità troppo profonde vanno assolutamente evitate, anche se si prevede di introdurre angoli di spoglia. Il processo di rimozione del materiale richiederà infatti tempi di lavorazione estremamente lunghi e, come se non bastasse, l'eventuale presenza di sollecitazioni residue nella materia prima tenderà ad alterare la profondità delle cavità e l'altezza delle pareti. Certo, pezzi di questo tipo potranno essere rinforzati da tasselli triangolari o strutture di supporto (per impedire movimenti dovuti alle sollecitazioni), ma il ricorso a tali stratagemmi tende a far lievitare i costi di lavorazione. Prediligere la semplicità è il consiglio che diamo a tutti i produttori o progettisti di pezzi lavorati.

Il medesimo principio si applica anche alla geometria del pezzo. È sempre meglio non sopravvalutare le funzionalità del pezzo. Tentare di massimizzare oltremodo l'utilizzo del materiale potrebbe dar luogo a problemi durante la fase di fabbricazione o compromettere la posizione del pezzo da lavorare, generando di conseguenza un aumento dei costi. Se il modello diventa troppo complesso, si consiglia di scomporlo in componenti multipli assemblandoli con l'ausilio di viti di fissaggio. I costi di assemblaggio (o la complessità introdotta da pezzi costituiti da vari componenti) non piacciono a nessuno, ma siamo convinti che ciò costituisca l'approccio più indicato per le parti di difficile realizzazione. Superfici scolpite, fori cavernosi (pensiamo ai dissipatori) o eccessivamente profondi e filettature sono solo alcune delle caratteristiche che hanno il potenziale di erodere il budget del tuo progetto.

6. Esplorare materiali alternativi

Uno dei modi più semplici per rispettare i vincoli di budget consiste nel selezionare un materiale meno costoso e più indicato per la lavorazione con macchine (e che soddisfi i requisiti di progettazione). Proto Labs mette a disposizione una gamma di materiali plastici e metallici, tutti diversi in termini di caratteristiche tecniche, estetiche, indicazioni di lavorazione e costi.

  • L'acciaio inossidabile 17-4 PH è particolarmente arduo da fresare e l'elevato grado di robustezza e resistenza alla corrosione non costituisce un attributo fondamentale; prova il 316L o 304.
  • Il rame ha un'elevata conduttività elettrica ma è decisamente più caro dell'alluminio, materiale simile in termini di conduttività e più facile da lavorare.
  • L'ottone è un metallo morbido ed è dunque più indicato per la lavorazione con frese a codolo.
  • Sul fronte dei materiali plastici, la nostra selezione include decine di opzioni differenti. E il fatto che le plastiche a disposizione siano tutte relativamente facili da fresare significa che spesso (anche se non sempre) si può contare su costi di realizzazione più bassi. Alcune di esse sono caratterizzate da gradi di usura, corrosione o resistenza chimica superiori, altre offrono prestazioni migliori a contatto con fiamme o temperature estreme e altre ancora sono più indicate per chi è alla ricerca di robustezza, resistenza agli urti o proprietà elettriche.

I materiali (plastici o metallici) della gamma Proto Labs sono troppo numerosi da elencare in questa sede, ma ti invitiamo a dare uno sguardo all'elenco completo o contattare per telefono uno dei nostri tecnici del servizio cliente per ricevere consulenza.

Una volta caricato il modello 3D sul nostro sito web, lo strumento di preventivazione provvede a calcolare la realizzabilità del pezzo, segnalando eventuali inesattezze e rigettando le componenti che non possono essere lavorate. I risultati dell'analisi saranno chiaramente indicati all'interno del preventivo, offrendoti la possibilità di apportare modifiche al modello per poi caricarlo nuovamente. In caso di dubbi, non esitare a contattarci al numero +39 (0) 321 381 211. Saremo lieti di rispondere a qualsiasi domanda relativa alla fase di progettazione per aiutarti a ottenere costi il più possibile convenienti.