La stampa 3D e lo stampaggio a iniezione sono due metodi di produzione molto diffusi, ognuno dei quali offre vantaggi e applicazioni uniche nei vari settori. Capire le loro differenze è fondamentale per scegliere il processo giusto per il vostro prodotto.

La stampa 3D consente di creare forme complesse e personalizzate strato per strato, ed è quindi ideale per i prototipi e la produzione di bassi volumi. Lo stampaggio a iniezione, invece, è più veloce ed economico per la produzione su larga scala, soprattutto quando sono richieste alta precisione e durata. Le differenze principali riguardano la velocità di produzione, la varietà dei materiali e il costo per unità. La stampa 3D è più flessibile per i progetti complessi, mentre lo stampaggio a iniezione eccelle nella produzione di massa.

Mentre la stampa 3D offre flessibilità e prototipazione rapida, lo stampaggio a iniezione è il metodo preferito per la produzione di grandi volumi e l'efficienza dei costi. Approfondite l'argomento per capire come la scelta della tecnica giusta possa ottimizzare i tempi e i costi di produzione.

Che cos'è la stampa 3D?

La stampa 3D consente di creare forme e parti complesse aggiungendo materiale strato per strato. Offre vantaggi quali la riduzione degli scarti, una prototipazione più rapida e la possibilità di creare progetti intricati che i metodi di produzione tradizionali non sono in grado di realizzare. Le applicazioni spaziano in diversi settori, tra cui quello automobilistico, sanitario e della moda.

Cosa significa stampa 3D?

La stampa 3D è una forma di tecnologia di prototipazione rapida, detta anche produzione additiva¹. Si basa su file di modelli digitali e utilizza materiali adesivi come metallo in polvere o plastica per costruire strutture attraverso la stampa strato per strato.

Quali sono i vantaggi della stampa 3D?

Vantaggio sui costi di produzione

La produzione di articoli complessi non comporta necessariamente un aumento dei costi. Nella produzione tradizionale, i costi tendono ad aumentare con la complessità della forma prodotta. Con la stampa 3D, invece, non è così. Il costo di produzione rimane relativamente costante indipendentemente dalla complessità della forma creata. Ciò significa che la produzione di un oggetto dal design complesso richiede lo stesso tempo e le stesse risorse della creazione di un semplice quadrato.

Vantaggi della stampa su richiesta

Le caratteristiche di produzione additiva strato per strato della stampa 3D rendono possibile la stampa su richiesta. Le aziende possono utilizzare la tecnologia di stampa 3D per produrre prodotti personalizzati in base agli ordini dei clienti. La facilità di produzione personalizzata con le stampanti 3D potrebbe introdurre un nuovo modello di business per l'industria manifatturiera.

Se gli oggetti richiesti vengono prodotti su richiesta nelle vicinanze utilizzando la tecnologia di stampa 3D, è possibile ottenere una consegna a tempo zero o ridurre al minimo i costi di trasporto su lunghe distanze. Inoltre, la tecnologia di stampa 3D richiede solo materie prime di forma specifica per la stampa on-demand. Elimina la necessità di immagazzinare vari tipi di semilavorati, come avviene nella produzione tradizionale, riducendo così le scorte aziendali.

Quali sono i limiti della stampa 3D?

Limiti di dimensione

In genere, i modelli stampati in 3D si limitano alle dimensioni di un telefono cellulare, rendendo difficile la produzione di componenti grandi come un corpo umano o un edificio.

Onere delle spese

Il costo della tecnologia di stampa 3D rimane esorbitante, soprattutto per il grande pubblico. Per ampliarne l'accessibilità, è indispensabile ridurre i prezzi, anche se ciò può portare a conflitti con i costi di produzione.

Problemi di proprietà intellettuale

Negli ultimi anni si è assistito a una crescente attenzione ai diritti di proprietà intellettuale nei settori della musica, del cinema e della televisione. L'avvento della tecnologia di stampa 3D è destinato a esacerbare questo problema, in quanto la riproduzione di oggetti fisici diventa sempre più pervasiva. La capacità illimitata di riprodurre oggetti in scala solleva problemi di violazione del copyright.

Pertanto, lo sviluppo di una legislazione e di linee guida sulla stampa 3D è fondamentale per salvaguardare i diritti di proprietà intellettuale. Se non si affronta questo problema, si rischia di provocare un diluvio di riproduzioni non autorizzate, rappresentando una sfida significativa per il settore.

Che cos'è lo stampaggio a iniezione?

Lo stampaggio a iniezione prevede l'iniezione di plastica fusa in uno stampo ad alta pressione, dove si raffredda e si solidifica nella forma desiderata. Questo processo è veloce, economico e ideale per la produzione di grandi volumi di forme complesse. I principali vantaggi sono la precisione, l'efficienza dei materiali e la possibilità di creare disegni complessi.

Cosa significa stampaggio a iniezione?

Lo stampaggio a iniezione è un metodo utilizzato per produrre forme per prodotti industriali, con stampaggio a iniezione della gomma² e lo stampaggio a iniezione di plastica sono varianti comuni. Lo stampaggio a iniezione può essere ulteriormente suddiviso in stampaggio a iniezione e pressofusione. Il processo prevede l'iniezione di materiali plastici riscaldati e fusi in una cavità dello stampo ad alta pressione, seguita da raffreddamento e solidificazione per creare prodotti stampati a iniezione. Questo metodo è utilizzato prevalentemente per la produzione di massa.

Quali sono i vantaggi dello stampaggio a iniezione?

La qualità del prodotto è stabile

La macchina per lo stampaggio a iniezione controlla automaticamente fattori quali temperatura, pressione, tempo e così via, assicurando che i prodotti realizzati abbiano una qualità stabile e soddisfino gli standard richiesti.

Basso costo di produzione

Le materie prime utilizzate nel processo di stampaggio a iniezione sono particelle termoplastiche, che hanno un prezzo basso e possono essere riciclate e riutilizzate, riducendo i costi delle materie prime.

Alta precisione di produzione

Grazie alla regolazione fine dei parametri della pressa a iniezione, è possibile controllare l'accuratezza dimensionale e di peso del prodotto, ottenendo prodotti di alta precisione che soddisfano le specifiche richieste.

Quali sono i limiti dello stampaggio a iniezione?

Lo stampaggio dei prodotti richiede l'utilizzo di due set di stampaggio a iniezione e di soffiatura³ stampi, oltre a uno stampo a nucleo cavo dotato di valvola. Lo stampo a iniezione deve resistere a pressioni elevate, il che rende il costo dell'attrezzatura notevole.

Il parison a iniezione opera ad alte temperature, rendendo necessario un lungo periodo di raffreddamento e modellazione dopo la soffiatura nello stampo a iniezione. Questo allunga il ciclo di stampaggio complessivo del prodotto, con un impatto sull'efficienza produttiva.

I paragoni dello stampaggio a iniezione presentano notevoli sollecitazioni interne e sono suscettibili di un raffreddamento non uniforme durante la conversione dello stampo. Le cricche da stress possono verificarsi quando si producono prodotti con forme intricate e grandi dimensioni. Di conseguenza, le forme e le dimensioni dei prodotti sono limitate, il che ne limita l'idoneità a prodotti di piccole dimensioni in settori quali la cosmetica, i prodotti di uso quotidiano, il confezionamento farmaceutico e il confezionamento alimentare.

Quali sono le analogie e le differenze tra la stampa 3D e lo stampaggio a iniezione?

La stampa 3D è un processo additivo in cui il materiale viene depositato strato per strato, ideale per i prototipi e la produzione di piccoli lotti. Lo stampaggio a iniezione, invece, è un processo sottrattivo che prevede l'iniezione di plastica fusa in uno stampo per produrre grandi quantità di pezzi in modo rapido e preciso. Le differenze principali sono la velocità, l'efficienza dei costi per volumi elevati e la varietà dei materiali. La stampa 3D eccelle nella personalizzazione, mentre lo stampaggio a iniezione offre una maggiore coerenza e costi unitari inferiori per la produzione di massa.

Quali sono le analogie tra la stampa 3D e lo stampaggio a iniezione?

Si tratta di due metodi di stampaggio distinti. I materiali di lavorazione possono essere gli stessi, ma non ci sono altre somiglianze tra loro.

La stampa 3D e lo stampaggio a iniezione svolgono un ruolo cruciale nella produzione di prodotti in plastica. Nonostante la loro importanza, questi metodi di lavorazione differiscono in modo significativo e si adattano meglio a specifiche applicazioni del prodotto.

Le differenze tra i due metodi di elaborazione sono spiegate in dettaglio qui di seguito.

Metodi di produzione

Il processo di stampaggio a iniezione è in grado di produrre prodotti standardizzati a basso costo e su larga scala, purché vi siano stampi a iniezione. Pertanto, per la produzione tradizionale di grandi volumi e su larga scala, lo stampaggio a iniezione è ancora la scelta migliore.

D'altra parte, le stampanti 3D possono convertire direttamente qualsiasi forma progettata al computer in un modello fisico in modo automatico, rapido, diretto e relativamente accurato. Grazie alle caratteristiche uniche delle stampanti 3D rispetto ai tradizionali processi di stampaggio a iniezione, esse eccellono nella lavorazione di forme complesse e non solide a velocità più elevate e con costi di materie prime inferiori, rendendole ideali per la produzione di prodotti personalizzati e diversificati.

Costo di produzione

L'ampia disponibilità di materie prime per lo stampaggio a iniezione, unita alle capacità di produzione su larga scala, rapida e standardizzata, contribuisce a ridurre il costo di ogni singolo prodotto. Pertanto, in termini di costi di produzione (escluso il costo degli stampi a iniezione), i prodotti ottenuti con lo stampaggio a iniezione sono significativamente più convenienti di quelli realizzati con la tecnologia di stampa 3D.

Tuttavia, il principale vantaggio in termini di risparmio di costi della stampa 3D nella produzione industriale risiede nella modifica dei prototipi. Per modificare un prototipo è sufficiente apportare delle modifiche al modello CAD senza dover sostenere ulteriori spese di produzione. Inoltre, poiché i prodotti stampati in 3D non richiedono costi di stampaggio, i loro costi di produzione complessivi sono inferiori a quelli associati allo stampaggio a iniezione.

Qualità della produzione

Quando si confronta la qualità di produzione della tecnologia di stampa 3D e dello stampaggio a iniezione, è evidente che le prestazioni dei materiali della stampante 3D sono inferiori a quelle dei materiali dello stampaggio a iniezione. I pezzi stampati in 3D non hanno le proprietà fisiche dei pezzi stampati a iniezione. La tecnologia di stampaggio a iniezione produce pezzi superiori che vantano superfici più lisce e una maggiore durata, qualità che mancano ai prodotti stampati in 3D.

Di conseguenza, la stampa 3D è adatta soprattutto alla creazione di prototipi. Sebbene le proprietà fisiche della stampa in nylon siano migliorate in modo significativo, rendendola adatta all'uso in vari campi, non è ancora in grado di eguagliare la qualità ottenuta con lo stampaggio a iniezione.

Aree di applicazione

Il processo di stampaggio a iniezione consente la produzione in lotti di articoli di forma uniforme, rendendolo adatto alla fabbricazione di prodotti standardizzati in grandi volumi.Promozione e applicazione di prodotti in plastica in settori industriali come l'aviazione, l'aerospaziale, l'elettronica, i macchinari, la costruzione navale e le automobili.

D'altra parte, la stampa 3D richiede solo l'inserimento di un'immagine tridimensionale attraverso il terminale di controllo per trasformare le materie prime in modelli fisici o addirittura produrre direttamente parti o stampi. Ciò riduce notevolmente il ciclo di sviluppo del prodotto. Le stampanti tridimensionali hanno trovato ampie applicazioni nei progetti maker, nella progettazione architettonica, nella progettazione di modelli di stampi e in vari altri campi.

Quali sono le fasi della stampa 3D dei modelli?

Le fasi della stampa 3D comprendono la progettazione del modello 3D, la preparazione per la stampa, la selezione dei materiali e la stampa dell'oggetto. Dopo la stampa, spesso è necessaria una post-elaborazione, come la pulizia, la polimerizzazione e l'assemblaggio del pezzo finale. I vantaggi principali sono la flessibilità di progettazione e i tempi di produzione più rapidi

Quali sono le fasi di preparazione per i modelli di stampa 3D?

Prima di iniziare ufficialmente il processo di stampa, è necessario eseguire alcuni preparativi di base: creare un modello 3D in formato STL, impostare una stampante 3D e predisporre il materiale per l'oggetto stampato.

Per prima cosa, assicuratevi di convertire il modello nel formato STL. Il formato STL (Stereo Lithography) è il formato di file standard per la comunicazione tra software di progettazione e stampanti.

Sviluppato inizialmente dall'azienda americana 3D Systems nel 1988, si è evoluto fino a diventare il formato di interfaccia principale per le apparecchiature di produzione della stampa 3D contemporanea. In sostanza, il formato STL è un file grafico 3D fondamentale per la tecnologia di produzione della stampa 3D. In particolare, ha raggiunto lo status di standard industriale per la produzione di stampa 3D.

Controllo e riparazione dei file STL

È possibile che nel file STL ottenuto dopo la conversione siano presenti degli errori. Dal punto di vista di un modello 3D generale, questi errori non sono in realtà errori. Possono essere visualizzati nel software di modellazione di Zhengying. Tuttavia, per la stampa 3D, questi errori possono essere molto problematici. Se la stampante incontra un file problematico durante la stampa del modello, si blocca e interrompe la stampa a causa delle sezioni danneggiate del file, con conseguente fallimento della stampa. Pertanto, una volta completato il modello, è necessario eseguire un'ispezione meticolosa delle facce poligonali.

Software di affettatura per la stampa 3D

Se una singola stampante 3D non è in grado di completare l'operazione di stampa, è necessario installare sul computer il software di slicing per la stampa 3D appropriato. Utilizzare questo software per regolare i parametri del modello 3D e convertire il modello in un formato riconoscibile dalla stampante. Una volta completato il processo di slicing, si invia il modello alla stampante per la stampa. Lo slicing consiste nel dividere i dati del modello in strati, consentendo alla stampante 3D di costruire il modello strato per strato in base ai dati di ciascuna fetta.

Preparare la stampante 3D e i materiali di stampa

La varietà di tipi e modelli di stampanti 3D è in costante aumento. È possibile acquistare le stampanti e i relativi materiali di consumo in base alle proprie esigenze specifiche. Attualmente, nel mercato nazionale delle stampanti 3D, a parte alcuni produttori che creano le proprie stampanti, la maggior parte delle aziende fonda i propri marchi su stampanti open-source.

Materiale di stampa.

I materiali più comunemente utilizzati per le stampanti 3D desktop sono il PLA e l'ABS. Entrambi sono tecnopolimeri con un'eccellente termoplasticità e sono spesso utilizzati per la stampa di modelli di oggetti. Oltre a questi due comuni materiali per la stampa 3D, sono disponibili anche resine liquide fotosensibili, metalli, polveri ceramiche e altri materiali.

È importante notare che i diversi modelli richiedono materiali specifici per ottenere risultati ottimali. Pertanto, i materiali di stampa devono essere selezionati in base alle esigenze degli articoli da stampare e installati sulla stampante per garantire che la macchina possa alimentare senza problemi il filamento.

Come stampare online e su scheda SD?

Ogni stampante può eseguire operazioni leggermente diverse nell'ambito dello specifico processo di stampa, ma le fasi generali rimangono simili.

Il software di affettatura controlla direttamente la macchina durante la stampa.

Per avviare il processo, aprire il software di slicing e selezionare Aggiungi modello. Procedere alla generazione dei file X3G. Dopo aver importato il modello STL, spostarsi su Impostazioni di stampa per configurare i parametri specifici.

In genere, la stampante memorizza i file di dati originali, principalmente per regolare la temperatura della piattaforma in base al materiale, scegliere lo spessore dello strato in base allo spessore desiderato dall'oggetto, determinare se sono necessarie strutture di supporto in base alla forma dell'oggetto e altre impostazioni fondamentali. Al termine, esportare il file in formato X3G nel luogo di archiviazione preferito.

Utilizzare la scheda SD per stampare

Inserire il file X3G nella scheda SD, quindi utilizzare direttamente i pulsanti della stampante per avviare il processo di stampa.

Individuare l'alloggiamento della scheda SD sulla stampante. Posizionata a destra del pulsante, inserire la scheda SD con la faccia in avanti e spingerla delicatamente nello slot. Assicurarsi che la scheda di memoria sia correttamente allineata con lo slot prima di premerla.

Accendere l'interruttore di alimentazione della stampante.

Premere il tasto giù per selezionare File scheda SD e premere il tasto centrale per confermare. Sullo schermo verrà visualizzato un elenco dei file X3G salvati sulla scheda SD.

Selezionare il file che si desidera stampare utilizzando i tasti freccia su e giù, quindi premere il tasto centrale per confermare la selezione.

La macchina è ora pronta per la stampa e sia la piastra inferiore che la testina d'inchiostro inizieranno a preriscaldarsi. Sullo schermo vengono visualizzate le temperature correnti della piastra inferiore e della testina dell'inchiostro, nonché l'avanzamento del riscaldamento.

Una volta terminato il processo di preriscaldamento, inizierà l'attività di stampa. Durante questo periodo, lo schermo indicherà l'avanzamento del completamento dell'attività e le temperature della piastra inferiore e della testina d'inchiostro.

Una volta raggiunto il livello di avanzamento di 100%, lo schermo comunicherà che la stampa è terminata e il sistema emetterà un messaggio musicale. Contemporaneamente, la piastra inferiore si abbassa nella posizione più bassa, la testina d'inchiostro torna nella posizione iniziale e il processo di stampa si conclude.

Come terminare la stampa?

Dopo la stampa, l'ugello rientra automaticamente. Per facilitare la rimozione del modello stampato, abbassare prima la piattaforma di stampa e poi raschiare delicatamente il modello dalla piattaforma con un raschietto. Se il tempo lo consente, si può aspettare che il modello si raffreddi prima di rimuoverlo dalla piattaforma (si noti che alcune stampanti 3D hanno una piattaforma verticale fissa che non può essere abbassata).

Quando il materiale rimanente nel rack del materiale è insufficiente per la stampa successiva o se è necessario cambiare il colore, il materiale deve essere reintegrato prima di sostituirlo con un nuovo materiale nella stampante.

Quali sono le fasi dello stampaggio a iniezione?

Le fasi principali dello stampaggio a iniezione comprendono il bloccaggio, l'iniezione, il raffreddamento e l'espulsione. In primo luogo, lo stampo viene chiuso sotto pressione. Successivamente, la plastica fusa viene iniettata nella cavità dello stampo. Dopo il raffreddamento e la solidificazione, lo stampo si apre e il pezzo viene espulso. Questo processo è ampiamente utilizzato in settori come quello automobilistico, elettronico e dei beni di consumo.

Quando il materiale rimanente nel rack del materiale è insufficiente per la stampa successiva o se il colore deve essere cambiato, il materiale deve essere reintegrato prima di sostituirlo con un nuovo materiale nella stampante. Il processo di stampaggio a iniezione comprende principalmente sei fasi: chiusura dello stampo - riempimento - mantenimento della pressione - raffreddamento - apertura dello stampo - sformatura. Queste sei fasi determinano direttamente la qualità di stampaggio del prodotto e sono un processo continuo e completo.

Bloccaggio dello stampo

La macchina per lo stampaggio a iniezione è composta da 3 parti: lo stampo a iniezione, la pinza e la macchina per lo stampaggio a iniezione. unità di iniezione⁴. L'unità di bloccaggio mantiene lo stampo sotto una certa pressione per garantire la consistenza della produzione.

Fase di riempimento

Il riempimento è la prima fase dell'intero ciclo di stampaggio a iniezione, a partire dalla chiusura dello stampo e dall'avvio dello stampaggio a iniezione, fino al riempimento della cavità dello stampo a circa 95%. In teoria, quanto più breve è il tempo di riempimento⁵Tuttavia, nella produzione reale, il tempo di stampaggio (o la velocità di iniezione) è limitato da molte condizioni.

Fase di mantenimento

La funzione della fase di mantenimento della pressione è quella di applicare continuamente la pressione, compattare la massa fusa e aumentare la densità della plastica (densificazione) per compensare il comportamento di ritiro della plastica. Durante il processo di mantenimento della pressione, la contropressione è elevata perché la cavità dello stampo è stata riempita di plastica.

Durante il processo di mantenimento della pressione e di compattazione, la vite della macchina di stampaggio a iniezione può avanzare solo lentamente e anche la velocità del flusso di plastica è relativamente bassa. Il flusso in questo momento è chiamato flusso di mantenimento della pressione. Poiché durante la fase di mantenimento della pressione, la parete dello stampo in plastica si raffredda e si solidifica più rapidamente, e la viscosità della massa fusa aumenta rapidamente, la resistenza nella cavità dello stampo è molto elevata.

Nella fase successiva di mantenimento della pressione, la densità del materiale continua ad aumentare e le parti in plastica si formano gradualmente. La fase di mantenimento della pressione continua fino a quando il cancello non è solidificato e sigillato. A questo punto, la pressione della cavità nella fase di mantenimento della pressione raggiunge il valore massimo.

Fase di raffreddamento

Negli stampi a iniezione, la progettazione del sistema di raffreddamento è molto importante. Infatti, solo quando i prodotti plastici stampati sono raffreddati e solidificati fino a raggiungere una certa rigidità, è possibile evitare che i prodotti plastici si deformino a causa di forze esterne dopo lo sformaggio.

Poiché il tempo di raffreddamento rappresenta circa 70% - 80% dell'intero ciclo di stampaggio, un sistema di raffreddamento ben progettato può ridurre significativamente i tempi di stampaggio, migliorare la produttività dello stampaggio a iniezione e ridurre i costi. Un sistema di raffreddamento progettato in modo inadeguato allunga i tempi di stampaggio e aumenta i costi; un raffreddamento non uniforme provoca inoltre la deformazione dei prodotti in plastica.

Apertura dello stampo

Il dispositivo di bloccaggio si apre per separare lo stampo. Spesso gli stampi vengono utilizzati più volte durante il processo e sono molto costosi da lavorare.

Fase di sformatura

La sformatura è la fase finale di un ciclo di stampaggio a iniezione. Anche se il prodotto è stato vulcanizzato e formato a freddo, la sformatura ha un impatto molto importante sulla qualità del prodotto. Metodi di sformatura inadeguati possono causare una forza non uniforme sul prodotto durante la sformatura, il prodotto deformazione⁶ durante l'espulsione e altri difetti.

Esistono due metodi principali di sformatura: la sformatura con perni di espulsione e la sformatura con piastre di spoglia. Al momento della progettazione dello stampo, il metodo di sformatura appropriato deve essere scelto in base alle caratteristiche strutturali del prodotto per garantirne la qualità.

Conclusione

Nel settore della produzione di materie plastiche, la stampa 3D e lo stampaggio a iniezione sono spesso contrapposti e molti ritengono che la stampa 3D sia la fine dello stampaggio a iniezione. Le principali differenze tra stampa 3D e stampaggio a iniezione riguardano i metodi di produzione, i costi di produzione, la qualità della produzione e i campi di applicazione.