I vantaggi della stampa 3D desktop per realizzare stampi a iniezione

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a cura di Marco Zappia, Channel Sales Manager per l’Italia di Formlabs

La stampa 3D offre alle aziende molto più di prototipi e rappresentazioni fisiche di modelli CAD. La stampa 3D può complementare e migliorare le tecniche di produzione tradizionali, creando nuove elettrizzanti possibilità per i designer di prodotto e contribuendo sostanzialmente alla creazione di prodotti migliori per i consumatori. La combinazione di tecniche quali lo stampaggio a iniezione, la termoformatura o lo stampaggio in silicone con la stampa 3D SLA permette di lanciare più rapidamente i prodotti sul mercato e di creare un processo di fabbricazione più rapido e conveniente.

Questa combinazione di strumenti stampati in 3D e tecniche di produzione tradizionali viene spesso definita ‘produzione rapida di attrezzature’ e la sua diffusione è cresciuta esponenzialmente da quando sono state lanciate sul mercato stampati 3D SLA a prezzi accessibili che hanno unito la versatilità alla qualità industriale.

Questa crescita è in parte dovuta alla proliferazione di materiali per la stampa SLA ad alte prestazioni, che consentono agli ingegneri di avere accesso a un’ampia gamma di materiali plastici.

La stampa 3D SLA per la realizzazione di stampi per lo stampaggio a iniezione

Lo stampaggio a iniezione è uno dei processi più diffusi nella produzione di articoli in plastica. È molto usato per la produzione in serie di parti identiche con tolleranze strette. È una tecnologia conveniente ed estremamente replicabile per la realizzazione di grandi lotti di parti di alta qualità. Può produrre volumi da 1.000 a oltre 100.000 parti a un costo per unità davvero basso. Lo stampaggio a iniezione ha tempi di ciclo brevi, infatti ogni apparecchio è in grado di fabbricare nuove parti a intervalli che vanno dai 15 ai 60 secondi.

La stampa 3D desktop è una soluzione efficace per realizzare stampi a iniezione rapidamente e a basso costo. Richiede un’attrezzatura molto limitata e permette di risparmiare il tempo necessario alla lavorazione CNC, dando modo alla manodopera specializzata di dedicarsi a compiti ad alto valore aggiunto. I produttori possono trarre vantaggio dalla velocità e dalla flessibilità della stampa 3D in-house per creare lo stampo e approfittare della capacità di produzione dello stampaggio a iniezione, così da ottenere una serie di unità da comuni termoplastiche in pochi giorni. Possono inoltre realizzare stampi di forme complicate che sarebbero altrimenti difficili da produrre e che possono essere utilizzati tanto con apparecchi desktop quanto con macchine per lo stampaggio industriali, garantendo ai team di sviluppo una maggiore libertà di innovazione. Un ulteriore vantaggio per lo sviluppo di prodotto è la possibilità di eseguire iterazioni sul design e testare il materiale per l’utilizzo finale prima di investire nelle attrezzature definitive.

Gli stampi a iniezione devono essere in grado di sopportare le pressioni di serraggio e di iniezione, le temperature di iniezione e qualsiasi agente refrigerante o distaccante che può essere usato. In questo modo ci si può assicurare che lo stampo potrà essere usato ripetutamente per produrre parti uniformi e fedeli al design originale.

Materiali in grado di sopportare pressione elevata, alte temperature e agenti refrigeranti o distaccanti

Formlabs offre una gamma di materiali che soddisfano questi requisiti e sono adatti a sostituire gli stampi in alluminio per la produzione di volumi ridotti.
• Per ottimizzare lo stampaggio a iniezione con volumi ridotti, Formlabs ha sviluppato la Rigid 10K Resin. La combinazione di resistenza, rigidità e resistenza termica fa della Rigid 10K Resin il materiale ideale per gli stampi a iniezione. La Rigid 10K Resin ha una temperatura di distorsione termica di 218° C a 0,45 MPa e un modulo di elasticità di 10 000 MPa, e queste caratteristiche ne fanno un materiale per lo stampaggio robusto, estremamente rigido e stabile dal punto di vista termico, in grado di mantenere la propria forma quando sottoposto alla pressione e alla temperatura necessarie per realizzare parti accurate.
• La High Temp Resin è un materiale alternativo che può essere preso in considerazione nei casi in cui le pressioni di serraggio e iniezione non sono troppo elevate e la Rigid 10K Resin non è in grado di sostenere le temperature di iniezione richieste.
• La Grey Pro Resin può essere scelta se la precisione dimensionale delle parti realizzate è meno importante e l’iniezione è caratterizzata da pressione e temperatura limitate. Gli stampi realizzati in Grey Pro Resin si piegheranno prima di rompersi, il che potrebbe allungarne la vita utile, ma potrebbe anche peggiorarne la precisione con il passare del tempo.

Braskem, una delle più importanti aziende petrolchimiche del mondo, ha usato uno stampo realizzato in 3D con la High Temp Resin per effettuare 1500 cicli di iniezione per produrre estensori per mascherine. L’azienda ha stampato l’inserto e l’ha posizionato in un comune stampo metallico integrato nel sistema di iniezione. Questa è una soluzione efficace per produrre lotti medi in tempi rapidi. Con l’evolversi del design o in caso di insuccesso, l’inserto stampato può essere sostituito. Così, mentre si producono più pezzi in contemporanea, è possibile creare stampi su richiesta con geometrie elaborate difficilmente realizzabili con le tecniche di produzione tradizionali.

Novus Applications ha migliorato il processo di stampaggio a iniezione con la Rigid 10K Resin

Novus Applications, un’azienda specializzata nello sviluppo di prodotto e in particolare nei beni di consumo, ha ampliato le frontiere dello stampaggio a iniezione integrando la stampa 3D nel workflow, così da velocizzare il processo e consentire un approccio agile alla produzione. Usando la Rigid 10K Resin di Formlabs per stampare in 3D gli stampi a iniezione, Novus Applications ha raggiunto i suoi obiettivi risparmiando denaro e giorni di lavoro. Di conseguenza, il processo è più automatizzato.

Novus aveva bisogno di un materiale in grado di sopportare le alte temperature e le sollecitazioni della procedura con un’ottima resa dei piccoli particolari. In particolare, la parte filettata era un punto delicato. L’elevata resistenza ha garantito che lo stampo realizzato con la Rigid 10K Resin potesse sopportare la pressione per il serraggio e per l’iniezione senza rompersi, mentre la rigidità ha consentito allo stampo di mantenere la forma inalterata nonostante queste pressioni e di produrre parti precise nei minimi dettagli. Grazie alle proprietà del materiale è stato possibile stampare a iniezione centinaia di parti in polipropilene e polietilene con un solo stampo, senza che si rompesse. Non solo la Rigid 10K Resin ha dimostrato una buona stabilità dimensionale, ma la stampa è stata anche più semplice e veloce rispetto alla fresatura di alluminio e acciaio.

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