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Come sfruttare al meglio lo stampaggio ad iniezione di volumi ridotti

Che tu stia progettando un dispositivo medico in grado di salvare vite umane o un nuovo rubinetto per tubi da giardino, investire 50.000 USD (spesso molto di più) nella fabbricazione di volumi elevati di pezzi in acciaio rappresenta un rischio finanziario connesso al passaggio ad una produzione su larga scala. A questo rischio si aggiungono i mesi di inattività durante i quali si aspetta che il pezzo in acciaio sia pronto, mentre si potrebbero iterare progetti di vari pezzi o persino realizzare prodotti in grado di generare profitti.

Esiste un modo per ridurre i rischi finanziari e quelli legati allo sviluppo del prodotto, preparandosi ad un eventuale passaggio alla produzione in serie di pezzi in plastica. Lo stampaggio ad iniezione rapida di resine termoplastiche di Proto Labs, che utilizza stampi speciali in lega di alluminio, offre una soluzione veloce ed economica per produrre da 25 a 10.000+ pezzi.

Alcune importanti considerazioni possono migliorare la progettazione di pezzi da stampare a iniezione, mentre la fabbricazione passa dagli stampi in alluminio agli stampi in acciaio per la produzione su larga scala.

L'analisi DFM evidenzia difetti che possono creare problemi se non vengono corretti in anticipo, quali la presenza di parti troppo sottili o troppo spesse.
Progetto per l'analisi di realizzabilità

Procediamo con ordine. I file con i progetti dei pezzi, vanno caricati direttamente online sul sito protolabs.it in qualsiasi momento. Nel giro di 24 ore, viene inviato un preventivo interattivo, la vera e propria chiave di volta del nostro processo. Una volta ricevuto il preventivo, sarà possibile impostare o modificare i principali requisiti di produzione, come ad esempio il materiale, la finitura di superficie e la quantità iniziale.

Ogni preventivo contiene l’analisi di realizzazione del progetto (DFM), che comprende suggerimenti ed utili indicazioni su come modificare la geometria del pezzo per migliorare la resistenza meccanica, ridurre le depressioni e regolare lo spessore delle pareti nonché su altre migliorie volte ad ottimizzare costi, processi e durata degli strumenti/stampi. Si tratta di uno strumento di grande valore, grazie al quale è possibile perfezionare il progetto per ottenere pezzi più facili da stampare.

Finiture di superficie raffinate

Un errore che viene commesso molto spesso nello stampaggio ad iniezione è quello di richiedere una finitura di superficie migliore di quanto non richieda l’utilizzo finale del pezzo. Ad esempio, per realizzare una finitura SPI-A2 molto liscia (lucida) è necessario levigare a mano le cavità dello stampo con appositi “panni”a grana 1-2 Ra. Questo fa lievitare i costi di produzione ed estende i tempi di consegna. La scelta più economica è costituita dalla non estetica PM-F0, una finitura fresata sulla quale probabilmente si riconosceranno alcuni segni lasciati dagli strumenti. Tra questi estremi vi sono altre opzioni, come ad esempio la finitura SPI-C1 10-12 Ra realizzata con arenaria 600 o la goffratura/perlatura PM-T1. Sono disponibili anche altre finiture; ti consigliamo di scegliere la finitura a basso costo più adatta alla tua applicazione. Il nostro Design Cube gratuito presenta i campioni di tutte le finiture di superficie offerte da Proto Labs.

Drafted and undrafted part examples
L'angolo di spoglia facilita la rimozione del pezzo dallo stampo e risulta particolarmente importante nello stampaggio ad iniezione rapida, dove gli stampi sono generalmente scorrevoli (non ci sono azionamenti laterali).
L'importanza dell'angolo di spoglia

L'angolo di spoglia è un altro aspetto dei prodotti stampati ad iniezione che potrebbe sfuggire ai progettisti abituati ai pezzi lavorati a macchina o stampati in 3D. I pezzi stampati ad iniezione necessitano degli angoli di spoglia per lo stesso motivo per cui i “cubetti di ghiaccio” non sono veri cubi. Se i cubetti di ghiaccio fossero davvero cubici, non riusciremmo mai ad estrarli dallo stampo. È per questo che i cubetti di ghiaccio presentano margini assottigliati (angoli di spoglia) e arrotondati, proprio come i pezzi realizzati mediante stampaggio ad iniezione. Gli angoli di spoglia facilitano l'espulsione del pezzo.

Un pezzo progettato correttamente presenta angoli di spoglia di almeno 0,5 gradi su tutte le facce verticali, vale a dire le superfici perpendicolari alla linea di giunzione. A patto che il pezzo lo consenta, l'angolo ottimale dovrebbe misurare 2 o 3 gradi. Nel caso di superfici complesse o con goffrature pesanti, potrebbero essere necessari 5 o più gradi. La buona notizia è che la maggioranza del programmi CAD può occuparsi di tale aspetto durante la progettazione, posto che si riesca a comprendere l'orientamento del pezzo nello stampo (in caso di dubbi, possono spiegartelo gli esperti del nostro servizio clienti). Qualora gli angoli di spoglia non compaiano sul progetto iniziale, l'analisi DFM inclusa nel preventivo evidenzierà le parti che potrebbero richiederli.

Durante la progettazione di pezzi in plastica da stampare ad iniezione, è buona norma mantenere uno spessore delle pareti invariato ed evitare quanto più possibile aree molto spesse.
Aumentare e ridurre lo spessore delle pareti

Lo spessore delle pareti è molto importante. Immagina di progettare una semplice scatola. A una prima occhiata, delle pareti spesse potrebbero sembrare un buon metodo per tenere al sicuro il contenuto, ma i materiali plastici usati per lo stampaggio ad iniezione sono... di plastica. Le pareti più spesse di quanto non sia consigliabile per le resine termoplastiche usate, saranno soggette a deformazione e depressione durante il raffreddamento. In linea generale, lo spessore ideale è compreso tra 1 e 3,5 mm e deve rimanere costante in tutti i punti del pezzo.

Non tutti i materiali plastici sono ugualmente sensibili allo spessore delle pareti: l'acetale e l'ABS non si spingono oltre i 3 mm, l'acrilico può arrivare a 12 mm, il poliuretano fino a 18 mm ed alcune plastiche rinforzate con fibre fino a 25 mm o più. Ciononostante, i progettisti devono prendere atto del fatto che sezioni trasversali molto spesse possono aumentare la probabilità di difetti estetici come le depressioni. Per materiali plastici specifici, consulta le nostre linee guida sullo spessore delle pareti.

Proto Labs impiega un processo di lavorazione con macchine CNC automatizzato per fresare gli stampi per i tuoi pezzi, quindi alcuni angoli del pezzo termineranno con un margine arrotondato piuttosto che vivo. Modello del pezzo (A), raggio di curvatura dell'angolo effettivo (B), geometria dell'angolo desiderata (C), strumento (D).
Attenzione ai raggi di curvatura

Dato che gli stampi in alluminio vengono prodotti con le frese a codolo, gli spigoli vivi interni rappresentano un problema. D'altra parte, su qualsiasi pezzo da stampare a iniezione la presenza di spigoli vivi tende a creare sollecitazioni ed ad indebolire l'integrità strutturale. Per questo motivo ti consigliamo di fare un generoso utilizzo di raggi di curvatura (margini o vertici arrotondati) in fase di progettazione. Per l'interno di una scatola da 101,6 mm x 152,4 mm x 50,8 mm, ad esempio, potrebbe essere più saggio prevedere angoli con raggi di curvatura da 6 mm, se si desidera ottenere un pezzo resistente dall'elevata stampabilità.

I vantaggi delle cavità multiple

Uno dei pregi dello stampaggio ad iniezione è dato dalla possibilità di stampare pezzi multipli in un unico ciclo. Una volta progettato il pezzo, è possibile scegliere se utilizzare uno stampo multi-cavità o uno stampo multiplo. Gli stampi multi-cavità presentano una o più di una cavità nello stesso stampo per consentire la realizzazione di vari pezzi identici in un unico passaggio, mentre gli stampi multipli presentano più di una cavità nello stesso stampo per consentire la realizzazione di vari pezzi diversi in un unico passaggio.

Gli stampi multi-cavità risultano utili per produrre contemporaneamente due o più pezzi con poche iterazioni nonché per testare rapidamente vari progetti in parallelo e offrono una buona soluzione qualora servano quantitativi superiori al campione iniziale, poiché contribuiscono a ridurre il costo per pezzo. Tuttavia non bisogna dimenticare che, sebbene producano più pezzi per ciclo, gli stampi multi-cavità e quelli multipli dipendono in larga misura dalla geometria.

È meglio verificare il progetto usando stampi a cavità singola prima di impegnarsi con uno stampo multi-cavità. Inoltre, se in uno stampo multiplo vengono mescolati pezzi con volumi e dimensioni diverse, si possono incontrare delle difficoltà nel processo di stampaggio ad iniezione. Prima di scegliere gli stampi multi-cavità, consulta i tecnici del nostro servizio client.

Il nostro è un mondo materiale

Proto Labs mette a tua disposizione più di 100 resine termoplastiche in molti colori diversi e con varie opzioni di rinforzo aggiuntivo. Attributi come la durata, la robustezza, la resistenza termica e chimica e così via, variano in base al materiale plastico. Se non dovesse bastare, proponiamo anche lo stampaggio ad iniezione della gomma siliconica (LSR), che richiede meno angoli di spoglia a causa della sua natura flessibile e lo stampaggio a iniezione del metallo (MIM), che produce pezzi in acciaio e acciaio inossidabile a totale compattazione. Entrambi utilizzano processi simili allo stampaggio ad iniezione della plastica e presentano prezzi e tempi di consegna equiparabili.

Oltre la produzione di volumi ridotti

Esaminare attentamente il progetto per lo stampaggio ad iniezione rapido sin dalle prime fasi dello sviluppo di un pezzo permette di ottenere la massima efficienza per quanto riguarda la qualità del prototipo e i tempi di produzione. Tali vantaggi consentono di raggiungere l’obbiettivo in maniera più veloce ed affidabile prima del lancio sul mercato. Inoltre, quando il prodotto inizierà a crescere, toccando volumi nell'ordine delle centinaia di migliaia, avrai un pezzo completamente testato, che potrai realizzare in acciaio in maniera facile ed economica, riducendo drasticamente i rischi finanziari.

Mettiamo a tua disposizione un archivio di risorse online che analizza più nel dettaglio la progettazione di pezzi da stampare ad iniezione e una guida per "dummies"  interamente dedicata a questo argomento. Gli esperti del nostro servizio clienti sono sempre pronti ad assisterti. In caso di domande, scrivi all'indirizzo customerservice@protolabs.it oppure chiama il numero +39 0321 381211.

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