Introduzione:Per la prototipazione e la produzione di bassi volumi (circa 10-1000 pezzi) di piccoli oggetti, gli stampi a iniezione stampati in 3D rappresentano una soluzione economica e che consente di risparmiare tempo. Offrono inoltre metodi di produzione più flessibili, consentendo a ingegneri e progettisti di testare i progetti degli stampi e di apportare facilmente modifiche. Questo articolo approfondisce il processo di utilizzo di una stampante 3D per lo stampaggio a iniezione di piccoli oggetti.

Capire la stampa 3D

Che cos'è la stampa 3D?

Stampa 3D è una forma di prototipazione rapida. Consiste nella scomposizione di un modello digitale tridimensionale creato da un computer in strati di fette di piano. Questi strati vengono poi stampati utilizzando materiali in polvere, liquidi o filamentosi come plastica, metalli, ceramica o sabbia. La tecnologia funziona impilando questi materiali compositi strato per strato in base ai modelli di fetta, ottenendo la creazione di un oggetto completo.

La plastica fusa viene quindi compressa e spostata in avanti sotto la pressione dello stantuffo o della vite, prima di essere iniettata ad alta velocità in uno stampo chiuso attraverso l'ugello all'estremità anteriore della canna. Una volta che la plastica si è raffreddata e ha preso forma per un determinato periodo di tempo, lo stampo viene aperto per rivelare il prodotto finale.

Impostazione della stampante 3D

Stampante FDM3D

Le stampanti FDM (Fused Deposition Modeling) rappresentano la tipologia di stampanti 3D più diffusa sul mercato odierno. Quasi 60% dei produttori di stampanti 3D si concentrano principalmente sull'offerta di modelli FDM. Le stampanti FDM consentono la prototipazione rapida attraverso la deposizione di materiali fusi, tra cui i principali sono ABS e PLA. Uno dei suoi principali vantaggi è l'economicità.

Tuttavia, le stampanti FDM presentano degli svantaggi, come una minore precisione, velocità di stampa più basse e finiture superficiali ruvide sui prodotti stampati. Nonostante le fluttuazioni degli ultimi anni, la tecnologia di stampa 3D basata su FDM ha superato la fase iniziale di crescita.

Le stampanti 3D desktop si sono allontanate dall'hardware open-source e dalla rozzezza personale, abbracciando progressi significativi nelle capacità commerciali e intelligenti. Inoltre, le apparecchiature di livello professionale stanno ora enfatizzando il design incentrato sull'uomo e la facilità d'uso, allineandosi maggiormente agli scenari di applicazione pratica.

Stampante SLA3D

Rispetto alle stampanti FDM, le stampanti 3D SLA offrono una precisione di stampa superiore, producendo modelli con contorni più fini. Tuttavia, gli elevati costi dell'hardware comportano un prezzo complessivo della macchina molto elevato. Inoltre, la complessità del software di slicing e delle procedure operative rappresenta una sfida per molti utenti. Questi fattori limitano sia l'offerta che la domanda.

L'attuale tendenza allo sviluppo favorisce le stampanti 3D desktop fotopolimerizzanti, guidate dalle apparecchiature di stampa 3D desktop FDM. Tuttavia, problemi come la bassa velocità di stampa, i volumi di stampa limitati e l'intricata gestione dei materiali in resina fotosensibile liquida hanno portato a un diffuso rifiuto di questa tecnologia.

Stampante SLS3D

Le stampanti 3D SLS sono utilizzate principalmente nella produzione industriale e militare. Il progresso della tecnologia di stampa 3D SLS è costantemente spinto dalla richiesta di materiali diversi per la creazione di parti funzionali. Il materiale principale utilizzato in queste stampanti 3D è il materiale in polvere, che viene consolidato attraverso la sinterizzazione laser selettiva.

Stampante DLP3D

La tecnologia di stampa 3D DLP è più veloce della SLA, perché ogni strato viene polimerizzato in forma di foglio. La tecnologia DLP utilizza principalmente la proiezione DLP per focalizzare l'intera superficie del laser sulla superficie del materiale da stampare. Stampa 3D materiale.

Le stampanti 3D DLP hanno buone prestazioni nella stampa ad alta definizione, di solito con un piccolo touch screen a colori, dotato di più lingue, interfaccia di visualizzazione chiara, e supportano il cavo USB, il Wi-Fi, la connessione di rete cablata, ecc. E sono facili da gestire.

Stampi di design per oggetti minuscoli

Cosa comprende principalmente il processo di progettazione degli stampi?

a. Accettare la lettera di incarico.

b. Analizzare i disegni: Analizzare i requisiti tecnici del prodotto, le dimensioni chiave di controllo e i requisiti di tolleranza.

c. Confermare in via preliminare il piano dello stampo: Confermare la struttura dello stampo, le specifiche dello stampo e il numero di cavità.

d. Eseguire un'analisi dei costi dello stampo e fornire un preventivo.

e. Determinare la struttura principale dello stampo.

f. Creare il diagramma dello stampo.

g. Revisione, emissione e archiviazione dei disegni degli stampi.

h. Sviluppare procedure di lavorazione degli stampi.

i. Preparare i documenti di processo (disegni di processo, schede di processo) per ogni fase.

j. Rivedere, emettere e archiviare i documenti di processo.

Selezione del materiale per lo stampaggio a iniezione con la stampante 3D

Il materiale di stampa 3D in resina fotosensibile per prototipazione rapida SLA, di colore bianco latte, presenta una struttura piacevole e una resistenza adeguata, anche se con una tenacità relativamente bassa. Le parti piccole e sottili possono essere soggette a fratture fragili, ma offrono una facile lucidabilità, l'idoneità alla galvanoplastica e versatili opzioni di verniciatura e colorazione.

La resina fotosensibile comprende due componenti chiave: un fotoiniziatore e la resina (composta da prepolimero, diluente e una piccola quantità di additivi). Il dosaggio del fotoiniziatore e del diluente influenza in modo significativo la velocità di polimerizzazione e la qualità della resina. Le proporzioni ottimali di fotoiniziatore e diluente non solo aumentano la velocità di polimerizzazione, ma migliorano anche la qualità della polimerizzazione. Per questo motivo, la scelta di un produttore affidabile specializzato in materiali di stampa 3D in resina fotosensibile maturi e stabili è fondamentale.

Per quanto riguarda le prestazioni dei materiali di stampa 3D in resina fotosensibile, sono disponibili opzioni importati che vantano un'elevata forza, trasparenza, resistenza alle alte temperature e proprietà di impermeabilizzazione e umidità.

Inoltre, i materiali ceramici compositi per la stampa 3D come l'allumina (AI2O3), la zirconia (ZRO2), l'idrossiapatite (HAP) e il fosfato tricalcico offrono una lucentezza simile alla porcellana. Questi materiali, composti da polvere ceramica ad alta risoluzione e resina fotosensibile, offrono scelte alternative agli appassionati di stampa 3D.

FDM Fused Deposition Modeling Materiali termoplastici per la stampa 3D

In confronto, i segni dello strato di stampa superficiale sono relativamente più evidenti e ruvidi. Tuttavia, le proprietà del materiale, come la buona resistenza, la flessibilità, l'elevata resistenza agli urti, la forte resistenza ai solventi e la durata stabile, lo rendono perfetto per test funzionali precisi, stampi e prodotti finali. I materiali di stampa 3D utilizzati in questa tecnologia comprendono materiali di livello industriale e materiali di consumo per stampanti 3D desktop.

SLS Materiali per la stampa 3D in polvere a sinterizzazione laser selettiva

Nylon serie PA Stampa 3D Materiali: resistenti all'usura, elevata resistenza e rigidità, buona resistenza chimica, eccellente comportamento stabile a lungo termine, elevata selettività e risoluzione dei dettagli, biocompatibili, conformi a EN ISO 10993-1 e USP, conformi alla Direttiva UE sulle materie plastiche, approvati per l'uso a contatto con gli alimenti. Le applicazioni tipiche di questo materiale sono parti in plastica completamente funzionali di altissima qualità. Tuttavia, la superficie è relativamente ruvida.

Yansir offre il materiale in fibra di vetro di nylon PA3200GF per stampi di imbutitura o per qualsiasi applicazione che richieda una rigidità specifica, un'elevata temperatura di deformazione termica e una bassa usura. Inoltre, forniamo materiali in nylon riempiti di alluminio comunemente utilizzati in parti dall'aspetto metallico e caricate a caldo. Per la sinterizzazione laser LS a livello di tavolo, offriamo anche il materiale in polvere di nylon PA12 come alternativa.

Materiali per la stampa 3D con proiezione di immagini digitali DLP

Grazie al controllo indipendente dei pixel, la stratificazione della proiezione della maschera consente di ottenere un metodo di lavorazione tridimensionale di alta qualità e di grande precisione. L'accuratezza di stampa è eccezionale e consente di ottenere una superficie delicata che non richiede lucidatura.

Tuttavia, è importante rimuovere, riparare e lucidare i punti di supporto locali, se necessario. Sono disponibili vari materiali fisici per la selezione in diversi settori, con un'applicazione comune come la stampa 3D in cera rossa di bambole di animazione.

Attualmente sono disponibili numerose stampanti DLP a livello desktop, che offrono la flessibilità di miscelare i materiali di stampa 3D a colori come desiderato. Tuttavia, la precisione di stampa di questi dispositivi è ancora inferiore a quella delle stampanti industriali.

Guida passo-passo alla stampa 3D

I progettisti utilizzano un software di modellazione al computer per creare modelli digitali tridimensionali dei prodotti, che vengono poi analizzati automaticamente per il processo di stampa in base al modello. Una volta completata l'analisi, l'utente può semplicemente premere il pulsante "stampa" e la stampante 3D produrrà l'oggetto. Il principio della stampa 3D è simile a quello della stampa tradizionale, ma le materie prime utilizzate sono diverse.

La stampa tradizionale utilizza l'inchiostro, mentre la stampa 3D richiede materiali come plastica, metalli, ecc. che possono essere liquefatti, in polvere o in forma di filamento. Nei processi di stampa 3D possono essere utilizzati anche materiali come la ceramica o la sabbia, che possono essere ricombinati dopo la stampa per ottenere proprietà fisiche e chimiche ottimali.

Design 3D

Il processo di progettazione della stampa 3D inizia con l'utilizzo di un software di modellazione al computer per creare un modello, seguito dalla suddivisione del modello in sezioni segmentate strato per strato, o slices, che servono da guida per la stampante durante il processo di stampa. Il software di progettazione 3D funge da fonte primaria di dati per la stampa 3D, generando i modelli necessari per il processo di stampa.

Le opzioni software di progettazione 3D più comuni sono CAD, ZW3D e CAx, tra gli altri. Sebbene siano disponibili numerosi programmi software specializzati per la stampa 3D, lo sviluppo di soluzioni più facili da usare, semplici e pratiche, concepite appositamente per la stampa 3D, è tuttora in corso.

Slicin

La stampa 3D, come la tecnologia di stampaggio laser, impiega la lavorazione a strati e lo stampaggio sovrapposto per completare la stampa solida 3D. Il processo di stampa di ogni strato è suddiviso in due fasi. In primo luogo, la stampante legge le informazioni sulla sezione trasversale del file e applica uno strato di colla speciale all'area designata. Le gocce di colla sono minuscole e difficili da distribuire.

Successivamente, viene spruzzato uno strato uniforme di polvere. A contatto con la colla, la polvere si solidifica rapidamente e aderisce, lasciando libere le aree non incollate. Alternando uno strato di colla e uno di polvere, il modello fisico viene "stampato" in forma. Dopo la stampa, la polvere sciolta può essere rimossa facilmente con una scopa e la polvere rimanente è riciclabile.

Stampa completa

La risoluzione delle stampanti 3D è generalmente adeguata per la maggior parte delle applicazioni, anche se può essere meno precisa sulle superfici curve, con conseguenti bordi frastagliati nell'immagine finale. Per ottenere risultati di maggiore risoluzione, una strategia è quella di stampare prima gli oggetti leggermente più grandi utilizzando le stampanti 3D esistenti. Lucidando delicatamente la superficie, è possibile ottenere un oggetto "ad alta risoluzione" con una finitura liscia.

Risoluzione dei problemi più comuni

C'è una lacuna nello strato superiore

Per preservare i materiali, la maggior parte delle stampe presenta bordi solidi racchiusi in una struttura a griglia vuota. Ad esempio, con un rapporto di riempimento di 30%, solo 30% della stampa comprende un materiale solido, mentre il resto è aria. Nonostante l'interno sia cavo, l'obiettivo è mantenere l'illusione di un esterno solido. Per questo motivo, il software di slicing offre un'impostazione per determinare lo spessore degli strati superiore e inferiore. Alla base di questo problema ci sono diverse cause potenziali e le relative soluzioni:

a. Problema: Spessore inadeguato dello strato superiore (numero insufficiente di strati).

Soluzione: Aumentare lo spessore dello strato superiore (o aumentare il numero di strati) nel software di slicing.

b. Problema: Basso rapporto di riempimento.

Soluzione: Amplificare il rapporto di riempimento tramite il software di slicing.

c. Problema: Volume di estrusione insufficiente.

Soluzione: Aumentare il volume di estrusione con il software di affettatura

Problemi di separazione degli strati e di incisione

Il principio fondamentale delle stampanti 3D FDM è quello di fabbricare oggetti stampando uno strato alla volta e impilandoli in sequenza per creare l'oggetto finale. La resistenza dell'oggetto prodotto dipende in larga misura dalla garanzia di un'adesione sicura tra ogni strato. Un'adesione insufficiente può causare la separazione degli strati e la comparsa di imperfezioni.

Ecco alcune potenziali cause di questo problema e le soluzioni suggerite:

Causa: Altezza eccessiva dello strato (spessore dello strato)

Soluzione: Gli ugelli presenti nella maggior parte delle stampanti 3D hanno diametri che vanno da 0,3 mm a 0,5 mm. Si consiglia di impostare l'altezza del layer a meno di 20% del diametro dell'ugello. Rispettando questa linea guida, ogni nuovo strato viene applicato sullo strato precedente con una leggera pressione, facilitando una solida fusione tra gli strati.

Causa del problema: la temperatura di stampa è troppo bassa.

Suggerimento di soluzione: Rispetto a una temperatura di stampa più bassa, una temperatura di stampa più alta può garantire una migliore adesione dei materiali di consumo. Se siete sicuri che non ci siano problemi con l'altezza dello strato, prendete in considerazione la possibilità di regolare la temperatura di stampa. Consiglio di aumentarla di 10 gradi e di osservare l'effetto di stampa fino a raggiungere l'impostazione ottimale della temperatura.

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Problema di morsicatura del filo

Il morso del filamento si verifica quando la ruota di spremitura del filamento nell'estrusore si blocca sul filamento ma non riesce a farlo avanzare. Questo problema è indicato dal filamento fermo con la ruota di compressione che continua a ruotare, portando all'accumulo di detriti di plastica vicino all'estrusore. Ecco le potenziali cause di questo problema e le soluzioni consigliate:

Causa del problema: la temperatura di stampa è troppo bassa.

Suggerimenti per la soluzione: Provare ad aumentare la temperatura di stampa di 5-10 gradi.

Causa del problema: la velocità di stampa è troppo elevata.

Soluzione: Se la situazione non migliora dopo aver aumentato la temperatura di stampa, ridurre la velocità di stampa di 50%.

c.Causa del problema: l'ugello è intasato. Suggerimenti per la soluzione: Se le due soluzioni precedenti non risolvono il problema, è molto probabile che l'ugello sia intasato.

Suggerimenti per rendere resistenti i piccoli oggetti stampati con le stampanti 3D

Riduzione del raffreddamento

Il raffreddamento gioca un ruolo fondamentale nella Stampa 3D perché ha un impatto diretto sull'adesione degli strati dopo l'indurimento. Un raffreddamento rapido può ostacolare l'adesione, in quanto gli strati successivi potrebbero faticare ad aderire correttamente. È importante notare che l'efficacia del raffreddamento è influenzata dal tipo di materiale utilizzato. Ad esempio, il PLA dà risultati ottimali se abbinato a una robusta ventola di raffreddamento. È quindi consigliabile regolare la velocità di raffreddamento in base al materiale specifico utilizzato.

Utilizzare potenti modalità di riempimento

Per migliorare ulteriormente i risultati della stampa 3D, si consiglia di selezionare il modello di riempimento appropriato. I modelli di riempimento completano la densità di riempimento fungendo da struttura di supporto interna per le stampe 3D. Questi modelli non solo migliorano la rigidità della parte, ma aiutano anche a prevenire le deformazioni delle pareti. Per ottenere una stampa 3D robusta, optate per un modello di riempimento denso compreso tra 30-50%.

Casi di studio ed esempi

I recenti progressi della tecnologia di stampa 3D hanno rivoluzionato il settore audio, consentendo ai produttori di utilizzare la stampa digitale per la produzione di dispositivi auricolari personalizzati per l'audiologia, la protezione dal rumore e i prodotti per l'udito di consumo a un costo notevolmente ridotto. Nel corso degli anni, i produttori di stampa 3D hanno presentato materiali biocompatibili e sicuri per il contatto con la pelle, facilitando gli utenti nella produzione interna di modelli di orecchie e tappi auricolari.

Le cuffie personalizzate offrono un'esperienza di ascolto unica e personalizzata, grazie al design che si adatta perfettamente alle orecchie dell'utente. Questo adattamento personalizzato garantisce che gli auricolari rimangano saldamente in posizione, evitando il rischio di scivolare fuori. Inoltre, migliora il comfort e l'isolamento acustico per un'esperienza audio senza pari.

Grazie all'integrazione della tecnologia di stampa, della scansione mobile e dell'apprendimento automatico, è possibile risolvere efficacemente gli ostacoli associati alla produzione personalizzata. Questa innovazione consente ai clienti di produrre senza sforzo un'iterazione personalizzata delle cuffie, riducendo significativamente i tempi di produzione da quattro giorni a due. Inoltre, apre la possibilità di servizi di consegna rapida in giornata, rivoluzionando l'esperienza del cliente.

Con la rapida evoluzione della tecnologia di stampa 3D negli ultimi anni, sono emersi numerosi casi d'uso di grande impatto, tra i quali spicca quello degli organi stampati in 3D.

La capacità di produrre facilmente nuovi organi è da tempo un obiettivo ambito dagli scienziati specializzati in medicina rigenerativa. Sebbene sia ancora in fase nascente, l'utilizzo di flussi di lavoro 3D per generare organoidi adatti al trapianto sta già dando risultati promettenti.

A guidare questa ricerca pionieristica è il dottor Sam Pashneh-Tala dell'Università di Sheffield. Nella sua ricerca, il dottor Pashneh-Tala impiega la tecnologia di stampa 3D stereolitografica (SLA) su scala desktop per fabbricare vasi sanguigni ingegnerizzati con diverse geometrie.

Questa scoperta potrebbe aprire la strada allo sviluppo di innesti vascolari specifici per il paziente, al miglioramento delle procedure chirurgiche e alla fornitura di una piattaforma di test unica per nuovi dispositivi medici vascolari per combattere efficacemente le malattie cardiovascolari, la condizione che attualmente vanta il più alto tasso di mortalità a livello globale.

Il panorama produttivo è stato influenzato in modo significativo dai progressi della stampa 3D, andando oltre le possibilità teoriche. Come Stampa 3D Negli ultimi anni le metodologie sono progredite rapidamente, penetrando in diversi settori, e le capacità di trasformazione di questa tecnologia sono diventate evidenti.

Dal settore scientifico e sanitario a quello dei prodotti di consumo, dell'edilizia e della manifattura, gli individui incontrano sempre più spesso prodotti finali realizzati con la stampa 3D. La traiettoria della stampa 3D indica un ulteriore ampliamento del suo impatto, consentendo una personalizzazione più economica delle parti, snellendo i tempi di consegna e i costi operativi e migliorando le funzionalità, promuovendo una connessione più stretta tra i consumatori e il processo di fabbricazione dei prodotti.

Conclusione

In sostanza, le stampanti 3D possono dare vita a geometrie intricate e cavità interne che sarebbe impossibile creare con altri metodi, ottenendo forme elaborate, dettagli raffinati e superfici lucide.

Inoltre, con la stampa 3D il processo di stampaggio presenta un elevato livello di automazione. Questa tecnologia offre un approccio versatile e conveniente per la produzione su piccola scala. Sfruttando la precisione e l'adattabilità della stampa 3D, i produttori possono testare e migliorare rapidamente i loro progetti di stampi, migliorando la qualità dei prodotti e riducendo i tempi di commercializzazione.

In prospettiva, i campi di applicazione della tecnologia di stampa 3D sono destinati a espandersi ulteriormente, con una gamma più diversificata di materiali di stampa e funzionalità migliorate nelle apparecchiature di stampa. Si prevede che questo progresso avrà un profondo impatto sui metodi di produzione tradizionali e sulla vita umana, inaugurando una nuova era di rivoluzione manifatturiera.