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Restringere le opzioni di materiale per la lavorazione CNC

Avendo a vostra disposizione una gamma molto ampia di opzioni di metallo e plastica, quando dovete scegliere i materiali per i pezzi lavorati meccanicamente ricordatene la funzionalità.


La possibilità di scelta è un aspetto positivo. Nella maggior parte dei casi, tante più opzioni avete, quanto maggiori saranno le vostre possibilità di ottenere esattamente quello che state cercando. Ma con un elevato numero di scelte, trovare la perfetta corrispondenza con ciò di cui avete bisogno diventa più complicato.

Questo dilemma insorge spesso quando si tratta di design e sviluppo di un prodotto e, nello specifico, quando dovete scegliere i materiali per la progettazione di pezzi da lavorare meccanicamente. Per quanto riguarda i materiali, non c’è che l’imbarazzo della scelta. Il vostro design è “su misura” e voi, meglio di chiunque altro, conoscete i vostri requisiti. Tenendo in considerazione questa ampia possibilità di scelta, vi indichiamo alcuni modi con i quali potete usare la vostra conoscenza della funzione o applicazione del pezzo per restringere l’universo delle opzioni di materiali, semplificare la vostra ricerca e ottenere il miglior risultato finale possibile:

  • Stabilite i requisiti indispensabili per la funzione che il vostro pezzo deve svolgere
  • Identificate i materiali comunemente usati per i pezzi realizzati con la lavorazione
  • Prendete in considerazione i processi secondari correlati
  • Utilizzate prototipi
illustrazione per materiali CNC con diverse proprietà
Il primo passo verso il restringimento della rosa dei materiali consiste nell'assegnare una priorità ai requisiti che il vostro pezzo deve soddisfare, tenendo in considerazione aspetti quali fattori ambientali, elementi meccanici, considerazioni estetiche, dimensioni, costo e, come visto in questa sede, fattori di natura elettrica quali (da sinistra) proprietà di conduzione o isolamento o di dissipazione dell’elettricità statica.

Assegnate una priorità ai requisiti che il vostro pezzo deve soddisfare

Il primo passo consiste nell'assegnare una priorità ai vostri requisiti. Iniziate con quelli indispensabili e scendete via via, fino a identificare quelli opzionali. Ci sono buone possibilità che questo processo riduca le vostre opzioni di materiale ad un numero ragionevole e che vi aiuti a compiere una scelta più informata. In Protolabs, ci avvaliamo di un software sofisticato per valutare il vostro design CAD e preparare un preventivo, ma non siamo assolutamente in grado di conoscere la vostra applicazione. Per contro, voi sapete esattamente in quali condizioni il vostro pezzo funzionerà e/o quale sarà il suo ruolo all’interno di un assemblaggio. Queste sono le informazioni chiave da conoscere quando sviluppate il vostro pezzo. Di conseguenza, alcuni degli aspetti che potrebbero essere presenti nel vostro elenco di priorità includono:

  • Fattori ambientali: Per molti, questo sarà considerata la priorità assoluta. I fattori ambientali possono includere resistenza termica e al freddo, ritardo di fiamma o tolleranza all’UV e alle sostanze chimiche. A seconda dell’applicazione, i vostri materiali potrebbero essere destinati all’uso alimentare o medico. Tenete in considerazione l’applicazione di un pezzo nella sua globalità. Per esempio, i pezzi destinati ad essere utilizzati in un dispositivo medico, possono dover resistere al calore estremo di un’autoclave o alla sterilizzazione con sostanze chimiche forti tra un impiego e l’altro.
  • Fattori di natura elettrica: Possono coprire una gamma di fattori specifici all’applicazione. Un pezzo potrebbe dover possedere proprietà di conduzione o isolanti. Potrebbe dover dissipare l’elettricità statica. In qualsiasi di questi casi la scelta del giusto metallo o resina plastica avrà un’importanza estrema.
  • Fattori di natura meccanica: La resistenza assume molte forme diverse. Un pezzo potrebbe dover cadere su qualunque superficie, in un ciclo continuo da rigida a flessibile. Potrebbe dover possedere resistenza alla trazione oppure alla compressione o ancora resistere agli urti. Potrebbe dover resistere all’usura o possedere proprietà lubrificanti per funzionare come un cuscinetto. Ci sono materiali che soddisfano questi requisiti, alcuni più efficacemente di altri.
  • Fattori di natura estetica: In molti casi, l’aspetto estetico è una considerazione secondaria, mentre in altri potrebbe essere essenziale. I materiali giusti possono produrre un pezzo trasparente o traslucido. Alcuni di essi, generalmente le plastiche, sono disponibili in una varietà di colori, mentre i metalli si possono colorare mediante lavorazioni secondarie. Analogamente, un’applicazione potrebbe richiedere una goffratura di superficie specifica (o semplicemente trarre beneficio da essa), con proprietà che spaziano dall’antiscivolo alla lucidatura elevata.
  • Fattori relativi alle dimensioni: Sebbene la lavorazione meccanica sia in grado di produrre i pezzi in diverse dimensioni, queste possono essere limitate dalle dimensioni massime disponibili di un particolare materiale in magazzino.
  • Fattori relativi al costo: Il costo può rappresentare un fattore di rilievo, la cui importanza si posiziona solitamente tra i requisiti indispensabili e quelli opzionali.
illustrazione di blocchi di materiale CNC
Quando si tratta di scegliere i materiali in metallo o plastica da lavorare meccanicamente, le possibilità sono davvero molto numerose. L’offerta di materiali è estremamente ampia. Pertanto, quando si tratta di scegliere i materiali, occorre considerare attentamente la funzionalità del pezzo da realizzare.

Identificare i materiali di uso comune per la lavorazione

Nel corso degli anni, i nostri ingegneri hanno identificato materiali specifici, adatti ai processi di lavorazione meccanica, e che si sono rivelati popolari tra i nostri clienti. Per quanto riguarda i metalli, questi includono alluminio, ottone, bronzo, acciaio inossidabile e acciaio. Tra le plastiche, i progettisti scelgono frequentemente polietereterchetone (PEEK), ABS, acetale, nylon, policarbonato, polivinilcloruro (PVC), polietilene ad alta e bassa densità e altri ancora. In Protolabs sono disponibili oltre 40 gradi diversi di materiali in plastica e metallo. Alcune caratteristiche importanti dei materiali più popolari per la lavorazione meccanica includono:

ABS vs. Acetale

  • L’ABS offre una elevata resistenza agli urti, bassa conduttività termica e basso coefficiente di attrito.
  • Per contro, l’acetale offre una elevata robustezza meccanica, buona stabilità dimensionale e basso assorbimento della condensa.

PEEK vs. Ultem

  • Il PEEK offre una elevata resistenza all’abrasione e all’usura, basso assorbimento della condensa e basso coefficiente di attrito.
  • La resina Ultem (PEI) offre invece estrema resistenza e rigidità e resistenza alle sostanze chimiche, e una elevata rigidità dielettrica.

Aluminum 6061 vs 7075

  • L’alluminio 6061 offre una lavorabilità eccellente, basso costo e versatilità.
  • Il 7075 è invece caratterizzato da resistenza elevata, durezza, basso peso e tolleranza al calore.
illustrazione delle parti in CNC anodizzato e cromato
Una volta scelto il materiale, dovrete considerare i metodi di lavorazione secondaria o post-lavorazione pertinenti, anodizzazione compresa (a sinistra), che contribuisce ad aumentare la durevolezza del pezzo, o la cromatura (a destra), nei casi in cui l’aspetto estetico sia un requisito importante.

Scelta delle opzioni di finitura e del processo di lavorazione

Oltre alla scelta dei materiali, occorre anche prendere in considerazione i processi secondari correlati. Prendiamo il caso che scegliate come materiale una delle leghe di alluminio disponibili —2024, 6082 e 7075 (la 6082 è adatta alla maggior parte delle applicazioni, mentre la 2024 e la 7075 possiedono proprietà uniche che richiedono condizioni di processo speciali).

Se il vostro design include filettature, dovete considerare diverse opzioni. Se le sollecitazioni e l’usura del filetto saranno minime, basterà un semplice filetto realizzato meccanicamente, che si rivelerà anche una scelta economica. Se le sollecitazioni e l’usura saranno più importanti, un inserto sostituibile — a spirale o chiave — può prolungare la vita utile del pezzo. L’inserto chiave è quello più adatto per le applicazioni che prevedono un elevato livello di sollecitazioni.

L’ultima scelta da compiere è quale processo di produzione utilizzare — la lavorazione meccanica a 3 o 5 assi o la fresatura — che solitamente dipende dal design del pezzo. Dopo aver valutato il pezzo durante il processo di preventivazione iniziale, Protolabs consiglierà il metodo di produzione più efficiente e più economico per realizzarlo.

Utilizzo di prototipi lavorati meccanicamente

La lavorazione CNC viene spesso impiegata per i pezzi di serie destinati all’utilizzo finale, ad esempio per un numero esiguo di maschere o la produzione in volumi ridotti di componenti. Ma viene anche diffusamente usata per realizzare prototipi che, alla fine, saranno prodotti in volumi maggiori con un altro processo, come lo stampaggio a iniezione. Se questo è il caso, potete risparmiare producendo meccanicamente i vostri prototipi iniziali anziché con lo stampaggio. In questo modo, potrete scegliere materiali di lavorazione più simili, se non addirittura identici, a quelli utilizzati nel processo di produzione finale. Se avete già deciso quale materiale o materiali prendere in considerazione per i vostri pezzi stampati, le vostre opzioni per la lavorazione meccanica dei prototipi saranno di conseguenza più limitate.

Per esempio, alcune delle resine più usate per lo stampaggio —ABS e acetale per pezzi in plastica di impiego comune oppure PEEK e Ultem per le applicazioni che richiedono la resistenza a temperature elevate — sono disponibili anche in forma di blocco per la lavorazione meccanica. Utilizzando per i prototipi lavorati meccanicamente la stessa resina di quella impiegata nella produzione realizzata mediante stampaggio a iniezione, otterrete prototipi che possono essere testati e che avranno prestazioni analoghe a quelle dei pezzi di serie.

In ultima analisi, è preferibile avere una gamma di materiali tra cui scegliere piuttosto che essere limitati nelle opzioni a disposizione. Come sempre, se desiderate ulteriore assistenza, vi invitiamo a contattare uno degli Application Engineers di Protolabs al numero +39 0321 381211 o all'indirizzo [email protected] Per iniziare oggi stesso il vostro prossimo progetto di design, non dovete fare altro che caricare un modello in formato CAD 3D per ricevere in poche ore un preventivo interattivo.

SIETE INTERESSATI A PEZZI METALLICI DI GRANDI DIMENSIONI?

Protolabs offre pezzi lavorati meccanicamente di dimensioni maggiori per l’alluminio 6082 e 7075. Le dimensioni massime dei pezzi sono di 559 mm x 356 mm x 95,25 mm. Le dimensioni dei blocchi più grandi sono di 609 mm x 406,4 mm x 101,6 mm. Per diversi motivi, le aziende trovato utili queste opzioni di dimensioni maggiori. Per esempio, quando progettisti o ingegneri devono eseguire test di vibrazione, preferiscono usare questi blocchi di dimensioni più grandi. Le aziende operanti in diversi settori dell’industria, particolarmente nel settore aerospaziale, della difesa e automotive, trovano molto utili queste dimensioni maggiori.

 

Inoltre, prima ancora che carichiate un design, vi possiamo aiutare a trovare i materiali più adatti alle vostre esigenze. Offriamo una Guida alla scelta dei materiali di consultazione rapida, tascabile e gratuita, per la lavorazione meccanica. In essa troverete un elenco di materiali in plastica e metallo disponibili per la lavorazione meccanica, unitamente alle loro misure e proprietà. Per informazioni più dettagliate e una gamma più ampia di materiali, potete rivolgervi a fornitori esterni quali: SABIC, PolyOne, RTP e Boedeker Plastics.