La stampa 3D sta trasformando il settore dello stampaggio a iniezione, consentendo una produzione di stampi più rapida ed economica. Questo processo consente la prototipazione rapida di stampi complessi, riducendo i tempi e i costi di produzione.

La stampa 3D per stampi a iniezione offre una prototipazione più rapida, costi ridotti e la possibilità di produrre geometrie complesse. È comunemente utilizzata in settori come quello automobilistico, dell'elettronica di consumo e dei dispositivi medici. I vantaggi includono tempi di consegna più rapidi, la possibilità di testare rapidamente i progetti e un investimento iniziale inferiore rispetto ai metodi tradizionali.

Sebbene la stampa 3D offra numerosi vantaggi, è importante comprendere i limiti e le considerazioni sull'uso di questa tecnologia per la creazione di stampi. Scoprite come gli stampi stampati in 3D si confrontano con gli stampi tradizionali in termini di durata e scalabilità della produzione.

Come progettare parti per stampi a iniezione con stampa 3D?

Per progettare parti per stampi a iniezione con stampa 3D, è necessario concentrarsi su caratteristiche quali gli angoli di sformo, lo spessore delle pareti e la geometria del pezzo, per garantire un riempimento agevole dello stampo e una facile rimozione. Sfruttate la flessibilità della stampa 3D per creare geometrie complesse e ridurre i costi di attrezzaggio tradizionali. Tra le considerazioni importanti vi sono la scelta del materiale e l'orientamento della stampa per evitare punti deboli.

Che cos'è la stampa 3D?

La stampa 3D, nota anche come tecnologia di produzione additiva, è un metodo di costruzione di oggetti tridimensionali basato su file di modelli CAD tridimensionali, utilizzando materiali come polveri, filamenti o fogli attraverso la produzione a strati e la tecnologia di sovrapposizione strato per strato.

Cosa si usa per creare parti per la stampa 3D?

Montare lo stampo nella struttura metallica e prepararlo per lo stampaggio a iniezione. Per creare uno stampo, è necessario disporre di un modello 3D del pezzo che si desidera produrre. I pezzi vengono progettati utilizzando un software di progettazione assistita da computer (CAD), rispettando i principi dello stampaggio a iniezione.

Il software CAD è un'applicazione informatica utilizzata per la creazione e la modifica della grafica di progetto. Trova applicazione in diversi settori, tra cui macchinari, architettura, arredamento e tessile. Le funzioni principali del software CAD comprendono il disegno piano, consentendo agli utenti di generare elementi grafici fondamentali come linee, cerchi, ellissi, poligoni e spline.

Questi programmi offrono anche aiuti al disegno come l'ortogonalità, lo snapping degli oggetti e il tracciamento polare. I software CAD non si limitano a disegnare in 2D e a realizzare rendering complessi, ma si occupano anche della documentazione di progetto e della progettazione 3D di base.

Il CAD è un software di progettazione assistita da computer in grado di produrre disegni bidimensionali e progetti tridimensionali di base. Gli utenti possono generare disegni senza bisogno di conoscenze di programmazione, il che lo rende ampiamente utilizzato a livello globale in settori che spaziano dall'edilizia civile alla decorazione e all'industria. Le sue applicazioni includono il disegno, i disegni ingegneristici, l'industria elettronica, la lavorazione dell'abbigliamento e altro ancora.

Le principali funzioni CAD comprendono il disegno piano, gli strumenti di disegno ausiliari, l'editing grafico, la quotatura, la gestione dei livelli e le capacità di disegno tridimensionale. Inoltre, il software CAD offre solide funzioni di editing grafico per attività quali lo spostamento, la copia, la rotazione, la disposizione, l'allungamento, l'estensione, il ritaglio e il ridimensionamento degli oggetti. Le applicazioni CAD specifiche si concentrano sul disegno preciso per il riferimento al piano, sulla creazione di grafici intricati, sull'uso di librerie di modelli e sul ruolo significativo nella pianificazione urbana, nella progettazione di giardini, nell'elettronica, nel design della moda e in vari altri settori.

Che tipo di stampo progettare?

Prendendo come esempio il cinturino dell'orologio, il design dello stampo utilizza la resina V2 ad alta temperatura da 50 micron, nota per l'eccellente qualità e l'eccezionale risoluzione. Per garantire un rilascio ottimale, applicare 40-50 spruzzi di spray distaccante standard per ogni strato.

La stampa con un'altezza precisa dello strato di 50 micron migliora l'effetto di spruzzatura, producendo una finitura superficiale ultra liscia che facilita la rimozione dei pezzi dallo stampo. Lo stampo stampato in 3D non richiede un raffreddamento supplementare e non si notano reazioni avverse tra il materiale di iniezione e la resina di stampa.

Che tipo di materiali di stampa scegliere?

Il materiale di stampa migliore dipende dalle esigenze specifiche del progetto. Per la stampa 3D, il PLA è ideale per la facilità d'uso, mentre l'ABS offre una maggiore resistenza. Per la stampa tradizionale, la qualità della carta e il tipo di inchiostro sono essenziali per la durata e la qualità di stampa. Quando si effettua la scelta, si devono considerare fattori quali la resistenza alle temperature, la flessibilità e l'ecocompatibilità.

Con il continuo progresso della tecnologia di stampa 3D, le prestazioni dei materiali di stampa 3D migliorano costantemente, migliorando le funzioni dei prodotti di stampa 3D realizzati. L'uso della stampa 3D per produrre strumenti di uso finale (End Parts) è sempre più comune.

Quali sono i requisiti dei materiali per la stampa 3D? Lo sviluppo della tecnologia di stampa 3D dipende in larga misura dal progresso dei materiali. Oggi esistono diversi tipi di materiali per la stampa 3D, ognuno dei quali è adatto a specifiche tecnologie di stampa 3D.

Ad esempio, i filamenti sono utilizzati in Tecnologia di stampa FDM¹. Attualmente, i filamenti più diffusi hanno un diametro di 1,75 mm, ma alcuni sono disponibili anche con un diametro di 3 mm. Nella tecnologia di fotopolimerizzazione si utilizzano materiali di consumo liquidi, in genere resine fotosensibili.

I materiali di consumo in polvere sono spesso stampati con la tecnologia SLS. I più comuni sono quelli in nylon, come PA12, PA11, PA-GF, ecc. La maggior parte dei materiali di consumo per la stampa 3D in metallo sono in polvere e le tecnologie SLM ed EBM sono le più comuni. Negli ultimi anni è comparsa anche la stampa 3D in metallo con tecnologia FDM.

Tuttavia, poiché questo tipo di filamento 3D metallico non è un filamento metallico 100%, ma un filamento costituito da una base di plastica con particelle metalliche disposte in modo uniforme, al termine della stampa del modello è necessaria una post-elaborazione professionale, come lo sgrassaggio e la sinterizzazione, per rimuovere i componenti in plastica prima di ottenere una stampa in metallo. Questo processo viene spesso definito stampa 3D indiretta in metallo.

I materiali di stampa 3D adatti alla produzione di stampi a iniezione devono possedere le seguenti caratteristiche

Espressione ad alto dettaglio: Gli stampi a iniezione richiedono un'elevata precisione dimensionale e superfici lisce. Gli stampi ad alta precisione daranno vita a pezzi altrettanto precisi.

Resistenza alle alte temperature: Un'elevata temperatura di deformazione termica (HDT) è fondamentale, non solo per garantire che lo stampo non ceda durante il processo di iniezione, ma anche per consentire un controllo più preciso del processo.

Elevata rigidità: Lo stampo deve mantenere una buona precisione dimensionale su più corse e resistere a pressioni elevate senza subire deformazioni durante l'iniezione del materiale.

Quali sono i principali processi di stampa 3D?

La stampa 3D prevede la stratificazione di materiali, come plastica o metalli, per creare oggetti direttamente da modelli digitali. Le fasi principali sono la progettazione del modello, la preparazione della stampante e la costruzione dell'oggetto strato per strato. I metodi più diffusi sono FDM (Fused Deposition Modeling), SLA (Stereolitografia) e SLS (Selective Laser Sintering). Questa tecnologia offre vantaggi come la prototipazione rapida, la riduzione dei costi per piccoli lotti e la capacità di creare geometrie complesse.

A differenza delle stampanti tradizionali, che sono piatte, le stampanti 3D sono tridimensionali e sono composte da componenti di controllo, componenti meccanici, testine di stampa, materiali di consumo e supporti. Qual è il suo principio? Dopo aver progettato un'immagine tridimensionale al computer, questa viene stampata strato per strato utilizzando plastica o altri materiali. La ripetizione continua del piano diventa l'immagine tridimensionale. Di seguito viene illustrato il processo principale della stampa 3D.

Modellazione

La generazione di un modello digitale è la prima fase del processo di stampa 3D. Il metodo più comune per generare modelli digitali è il software di progettazione assistita da computer (CAD). Esistono numerosi programmi CAD gratuiti e professionali compatibili con la stampa 3D. La fase più critica è la creazione del modello CAD o CG, che è anche la parte centrale del software di modellazione.

Modello di partizione

Dopo aver utilizzato un computer per la modellazione 3D, il progetto deve essere segmentato e stratificato prima di essere importato in una stampante per la stampa passo-passo. I formati di file più comuni per questo processo sono STL e PLY. Se si necessita di una stampa a colori, la scelta preferenziale è solitamente il PLY, grazie alle sue capacità di alta risoluzione.

Importazione dei dati

Una volta completato il progetto del modello, è sufficiente inserirlo nella stampante 3D utilizzando un'unità flash USB o un cavo dati. Quindi, configurare le impostazioni di stampa. Una volta finalizzate le impostazioni, avviare la stampante 3D e dare inizio al processo di stampa. Attraverso una serie di fasi complesse, verrà prodotta una collezione di modelli meticolosamente realizzati, adatti all'utilizzo immediato nei processi di produzione, comprese le applicazioni di materiali avanzati.

Che cos'è la preparazione per lo stampaggio a iniezione e i modelli di prova?

La preparazione allo stampaggio a iniezione prevede la creazione di modelli CAD accurati, la selezione del materiale giusto e la garanzia che lo stampo sia progettato e testato correttamente. Tra gli aspetti chiave vi sono la simulazione del processo di stampaggio a iniezione, l'esecuzione di prove e la regolazione di parametri quali temperatura, pressione e velocità. Queste fasi aiutano a identificare precocemente i potenziali problemi, riducendo i difetti e migliorando l'efficienza della produzione.

Che cos'è lo stampaggio a iniezione?

Lo stampaggio a iniezione è un processo di produzione prevalente nell'industria della plastica. In sostanza, la plastica fusa viene iniettata in una cavità dello stampo, lasciata raffreddare e indurire, quindi lo stampo viene aperto per rimuovere il pezzo di plastica.

Che cos'è un modello di prova?

Il modello di prova, noto anche come modello 3D, è progettato specificamente per valutare le varie proprietà di stampa delle stampanti 3D o dei materiali. I modelli di prova più comuni per le stampanti 3D includono 3DBenchy, una scheda di assemblaggio multifunzionale, il cubo XYZ, la torre a temperatura costante, PolyPearl, il test di precisione, il test di livellamento, l'angolo di inclinazione, il ponte a sei lati e il kit combinato.

Tra questi, il più famoso è 3DBenchy, noto come modello specializzato per i test di stampa 3D e il modello di test più utilizzato. Comprende tutti gli elementi essenziali per la valutazione delle capacità di stampa 3D. Ad esempio, il suo scafo presenta una superficie curva liscia che consente di testare la stampa di superfici curve sospese senza supporto.

Il modello è perfettamente simmetrico su entrambi i lati, il che facilita la valutazione della precisione dell'asse X-Y e l'identificazione di eventuali deformazioni. Inoltre, il testo intricato della nave serve a misurare la risoluzione di stampa della stampante, mentre i camini e le finestre rotonde sono ideali per testare la precisione dei cerchi stampati.

Quali sono i principali trattamenti post-stampaggio?

I trattamenti post-stampaggio comprendono processi come la rifilatura, la finitura superficiale, la verniciatura e l'assemblaggio. Queste fasi contribuiscono a migliorare la qualità della superficie del pezzo, a rimuovere il materiale in eccesso e a garantire che sia conforme a specifici requisiti di progettazione. I trattamenti più comuni sono utilizzati in settori come l'automotive, l'elettronica e la produzione di dispositivi medici.

Dopo aver rimosso il supporto, il pezzo deve essere separato dalla piastra di base, di solito utilizzando il taglio a filo, la sega, ecc. La separazione mediante taglio a filo richiede molto tempo e viene utilizzata soprattutto per separare pezzi con molti supporti e giunti di supporto a pareti sottili, perché questo metodo di separazione è relativamente delicato e non provoca deformazioni del pezzo. Quando il pezzo è piccolo, ha pochi supporti o la connessione di supporto è una struttura solida, per risparmiare tempo di separazione si può utilizzare anche uno scalpello per rimuovere direttamente il pezzo.

Al termine della stampa 3D, il pezzo stampato viene immerso nella polvere. Quando si preleva il pezzo, i rifiuti generati dalla sinterizzazione vengono prima rimossi per evitare che contaminino la polvere; quindi si solleva il banco di lavoro e si esegue una pulizia preliminare della polvere nel magazzino di lavorazione. Con una spazzola si spazza la polvere non sinterizzata attaccata alla superficie del pezzo nel serbatoio di recupero della polvere per riciclarla e infine si estraggono insieme il pezzo e il substrato.

Pulizia della polvere

Questo metodo di pulizia della polvere è rivolto principalmente ai canali di raffreddamento dello stampo. È possibile utilizzare una spazzola per pulire direttamente la polvere, oppure impiegare attrezzature ausiliarie come un aspirapolvere o un asciugacapelli per eliminare la polvere intrappolata nel canale di raffreddamento. La configurazione del canale di raffreddamento influisce in modo significativo sulla complessità della pulizia della polvere, compresi fattori quali il diametro, il raggio di curvatura del canale, ecc.

Sabbiatura

La sabbiatura prevede l'uso di aria compressa per spingere un raggio di getto ad alta velocità che spruzza materiali abrasivi (come minerale di rame, sabbia di quarzo, smeriglio, sabbia di ferro, sabbia di Hainan, ecc. Questo processo mira a migliorare l'aspetto o la forma del pezzo, inducendo specifiche modifiche delle prestazioni.

Altri vantaggi tecnici del processo di fusione laser selettiva (SLM) sono la capacità di stampare pezzi con strutture complesse e irregolari. Lo stampo a iniezione è dotato di canali di raffreddamento interni e di vari elementi strutturali esterni, come bocche e fori concavi.

Attualmente, le sfide derivano dalla rugosità superficiale relativamente elevata dei pezzi prodotti dal processo SLM e dalla complessità del controllo della precisione.

Di conseguenza, l'applicazione diretta degli stampi SLM nello stampaggio di materie plastiche, in particolare per i pezzi con specifiche di precisione e finitura superficiale elevate, non è ancora pienamente sviluppata. Pertanto, per ottenere l'accuratezza dello stampo, la qualità della superficie e le altre specifiche richieste, sono necessari ulteriori metodi di lavorazione tradizionali.

Quali sono i principi fondamentali della tecnologia di stampa 3D?

La stampa 3D crea oggetti strato per strato da file digitali, consentendo la prototipazione rapida e la produzione su richiesta. I principi chiave includono l'estrusione di materiale, la sinterizzazione laser selettiva e la fotopolimerizzazione. È comunemente utilizzato nei settori aerospaziale, sanitario, automobilistico e dei beni di consumo. I vantaggi principali sono la riduzione degli sprechi di materiale, la velocizzazione delle iterazioni di progettazione e la riduzione dei costi di produzione. In pratica, i principi della tecnologia di stampa 3D includono principalmente i seguenti aspetti:

Stampaggio fotopolimerizzante

Per quanto riguarda il principio di funzionamento dello stampaggio fotopolimerizzante, esso utilizza principalmente un laser o altri materiali sensibili al calore illuminati da una sorgente luminosa. Questa tecnologia è attualmente una delle più studiate e in rapida crescita. Viene utilizzata principalmente per la produzione di pezzi con strutture relativamente complesse e ad alta precisione.

Prototipazione rapida a deposizione fusa

Nell'ambito della prototipazione rapida a deposizione fusa, questo processo viene comunemente chiamato "fused filament fabrication" (FFF). Il processo prevede il riscaldamento e la fusione di un filamento termoplastico, che viene poi estruso attraverso un ugello prima di essere solidificato nella forma desiderata. Questa stratificazione iterativa di materiale è fondamentale per garantire l'integrità strutturale e la qualità del prodotto finale. La FFF è la tecnologia predominante impiegata nel settore della stampa 3D grazie alla sua efficienza e alla sua ampia adozione.

Incollaggio tridimensionale della polvere

Nell'incollaggio tridimensionale delle polveri, il principio principale è che gli operatori utilizzino in modo efficace ugelli specifici per spruzzare l'adesivo sull'area designata. Questo processo consente l'incollaggio della polvere con altri materiali, creando così una forma trasversale più raffinata. La ripetibilità è fondamentale per il successo dell'implementazione, consentendo una maggiore produttività. Questa tecnica è comunemente utilizzata nel campo della tecnologia di stampa 3D.

Conclusione

Progettisti, imprenditori ed educatori utilizzano la costruzione di stampi per replicare parti in diversi settori. Lo stampaggio a iniezione si distingue come un processo versatile comunemente impiegato per produrre questi pezzi in grandi quantità.

Stampaggio a iniezione di grandi volumi²si rivela conveniente, efficiente, ripetibile e consente di ottenere pezzi di alta qualità. Tuttavia, per i lotti più piccoli, i costi e i tempi associati alla creazione di stampi dai metalli tipici degli stampi pongono delle sfide alla procedura, ostacolando spesso l'accesso allo stampaggio a iniezione di questa portata per numerose imprese.

In sintesi, l'utilizzo della stampa 3D per la creazione di stampi a iniezione comporta la progettazione di parti, la creazione di stampi, la selezione dei materiali di stampa, la stampa 3D degli stampi, la preparazione per lo stampaggio a iniezione, il collaudo dei modelli e la creazione di un'immagine di riferimento. post-trattamento dei pezzi stampati a iniezione³.

Con il continuo avanzamento della scienza e della tecnologia nel nostro paese, le competenze in Stampa 3D⁴ La tecnologia è progredita in modo significativo. Questa tecnologia è impiegata prevalentemente in vari settori, come laboratori, aziende e abitazioni.

La capacità di lavorare superfici curve utilizzando la tecnologia 3D offre vantaggi che superano quelli delle tecniche di stampaggio e lavorazione convenzionali. L'integrazione della tecnologia 3D nell'attuale industria degli stampi ha migliorato notevolmente gli standard di produzione del nostro Paese.