Introduzione: Circa 80% di parti in plastica sono prodotte con lo stampaggio a iniezione di plastica. Lo stampaggio a iniezione è stato a lungo considerato l'unico processo di produzione di massa. Con l'innovazione della tecnologia industriale, lo stampaggio a iniezione rapida non è l'unico metodo per lo sviluppo degli stampi.

I sistemi CAD/CAM/CAE riducono i tempi di progettazione e verifica. Inoltre, sono state create nuove varietà di stampi. Gli stampi a iniezione in alluminio e gli stampi per la stampa 3D si contendono il mercato della produzione. Qual è la differenza tra loro? Quale stampo renderà il vostro prodotto più efficiente?

Naturalmente, si vogliono realizzare prototipi più veloci, più economici e con il miglior aspetto possibile. Confrontiamo l'alluminio e quali sono le differenze tra gli stampi a iniezione stampati in 3D.

Stampi stampati in 3D

Che cos'è uno stampo stampato in 3D?

La stampa 3D è un processo che utilizza file digitali per creare oggetti tridimensionali. In primo luogo, il software 3D del computer taglia le parti in strati digitali. Sulla piattaforma di costruzione, il meccanismo di alimentazione deposita il materiale in base agli strati digitali entro un intervallo specificato, mentre la fonte di calore regola la forma. I dati vengono elaborati per costruire un modello aggiungendo continuamente materiale.

Quali sono i materiali utilizzati negli stampi per la stampa 3D?

I materiali per la stampa 3D sono importantissimi per la tecnologia di stampa 3D. I materiali sono ciò che rende possibile la stampa 3D. Attualmente, i principali materiali utilizzati nella stampa 3D sono i tecnopolimeri, le resine fotosensibili, i materiali in gomma, i materiali metallici e i materiali ceramici. Esistono anche materiali alimentari come gesso colorato, farina di ossa artificiali, materie prime biologiche cellulari e zucchero che vengono utilizzati nella stampa 3D.

Questi materiali sono realizzati appositamente per le macchine e i processi di stampa 3D. Non sono come le normali plastiche, il gesso, le resine, ecc. Sono disponibili in diverse forme, come polvere, filamento, foglio, liquido, ecc. La dimensione delle particelle dei materiali in polvere utilizzati nella stampa 3D è solitamente compresa tra 1 e 100 micrometri, a seconda del tipo di stampante e delle condizioni di stampa. La polvere deve essere molto rotonda per poter scorrere bene.

Quali sono i vantaggi dell'utilizzo di stampi stampati in 3D?

  Flessibilità del design

Quando si stampa in 3D, non ci si deve preoccupare di problemi come le attrezzature e l'interferenza degli utensili. È possibile progettare in modo funzionale, compresi canali di convezione, strutture integrate e caratteristiche complesse. È inoltre possibile ottimizzare la forma per ridurre il peso, semplificare la produzione, migliorare l'utilizzo dei materiali, risolvere problemi di parti difficili da lavorare, risolvere problemi di deformazione dopo la lavorazione e creare forme che non possono essere realizzate con metodi tradizionali.

Economia della produzione in piccoli lotti

La stampa 3D non richiede stampi e non richiede il serraggio. Non è necessario produrre molti pezzi per pagare stampi costosi. Si possono produrre pochi pezzi, o anche un solo pezzo. L'economia della produzione di bassi volumi può ridurre il costo delle modifiche alla progettazione durante lo sviluppo di aerei civili.

Buona prevedibilità della produzione

È possibile prevedere il tempo necessario per la stampa 3D di un pezzo e la sua deformazione in base al progetto. È possibile prevedere e regolare la deformazione modificando il modello di progetto. Con il miglioramento della tecnologia di stampa 3D e della tecnologia di supporto, è possibile controllare il tempo necessario per stampare un pezzo in 3D, la qualità e la precisione del pezzo. Ciò significa che è possibile misurare e controllare la forma del pezzo quando si progetta e si realizza un aereo civile con la stampa 3D.

Ridurre l'assemblaggio.

L'uso della stampa 3D per realizzare parti integrate sostituisce i prodotti che devono essere assemblati da più parti. In questo modo si risparmia il trasporto, l'assemblaggio, l'installazione dei dispositivi di fissaggio, la saldatura e altri processi di produzione di più parti. Inoltre, riduce i costi di produzione dei pezzi eliminando le linee di produzione ridondanti.

Veloce da realizzare

Nella fase iniziale di progettazione degli aeroplani, di solito passano solo poche decine di ore dal momento in cui si crea un modello 3D al computer al momento in cui si ottiene un pezzo fisico. Non è necessario attendere la realizzazione di uno stampo. Ciò significa che non è necessario attendere la realizzazione di un nuovo stampo se si modifica la forma del pezzo. È possibile apportare modifiche al progetto del pezzo in modo più rapido e creare nuovi pezzi più velocemente.

Quali sono i problemi legati all'utilizzo della stampa 3D per la realizzazione di stampi?

Precisione

Se l'accuratezza dello stampo stampato in 3D non è elevata, sulla superficie si formeranno degli strati che comprometteranno l'utilizzo dello stampo. In seguito, per rimuovere questi strati è necessaria una lavorazione meccanica o una sabbiatura.

Restrizioni materiali

Tecnicamente, il metodo di costruzione dei pezzi strato per strato con i materiali è diverso dalla forgiatura o dalla fusione tradizionale. La microstruttura, i tipi di difetti, le tensioni residue, l'ispezionabilità, i requisiti di post-lavorazione, le prestazioni strutturali e la durata dei materiali prodotti sono tutti diversi da quelli dei metodi tradizionali.

Per le parti complesse, i valori di progettazione del materiale possono non rappresentare le prestazioni effettive della struttura ed è necessario verificare che il materiale e il processo influiscano congiuntamente sulle prestazioni strutturali attraverso test strutturali di livello superiore a quello del pezzo di prova.

Rilevamento limitato dei difetti

Il processo di produzione della stampa 3D è complesso da controllare. Utilizza processi di produzione a strati e strato per strato. La qualità delle giunzioni tra gli strati non può essere uniforme come quella dei pezzi forgiati di precisione.

La tecnologia di stampa 3D è limitata dai suoi principi di formazione intrinseci. Le parti realizzate con la tecnologia di stampa 3D, soprattutto quelle in metallo, presentano difetti di fabbricazione interni, tra cui principalmente vuoti, microfessure, scarsa fusione e altri difetti.

La dimensione di questi difetti è generalmente inferiore a 20 μm, meno della soglia dei metodi generali di controllo non distruttivo, e questi difetti sono fonti di innesco di cricche, con gravi ripercussioni sulle prestazioni a fatica della struttura.Il controllo di precisione è difficile Nel processo di stampa 3D, ci sono molti fattori che influenzano la qualità del processo, dal software e dall'hardware dell'apparecchiatura stessa ai materiali di formatura e ai processi di formatura.

La pratica ingegneristica dimostra che i fattori chiave che influenzano la precisione della stampa 3D sono il controllo meccanico, l'elaborazione dei dati del modello, le caratteristiche del materiale e il controllo dei parametri di formatura. Questi fattori controllano la quantità di materiale aggiunto, le dimensioni dell'unità di stampa 3D e l'accuratezza del movimento del sistema, che determinano l'accuratezza del pezzo nella direzione di accumulo e la capacità di produzione della caratteristica minima del pezzo.

Per migliorare la precisione della stampa 3D è necessario ridurre la quantità di materiale aggiunto, controllare le dimensioni dell'unità di stampa 3D e migliorare la precisione del movimento del sistema. Tuttavia, queste capacità sono difficili da migliorare nella ricerca a breve termine.

Stampi in alluminio

Quali sono le caratteristiche degli stampi in alluminio?

Le caratteristiche principali degli stampi in alluminio sono la leggerezza, l'elevata capacità di carico e gli alti tempi di rotazione. Durante il processo di costruzione, hanno un'elevata qualità costruttiva, precisione, stabilità, facilità di installazione e brevi periodi di costruzione che consentono di risparmiare sui costi.

I loro difetti sono: la manutenzione e la regolazione in loco non sono presenti ed è necessaria una configurazione completa. Hanno una scarsa adattabilità alle modifiche strutturali e il costo dei progetti con molte modifiche è elevato. Quando il trattamento superficiale non è adeguato, la lega di alluminio reagisce chimicamente con il calcestruzzo, alterandone l'aspetto. Gli elementi di fissaggio degli stampi in alluminio sono soggetti a conflitti con il layout delle tubazioni.

Quali sono i vantaggi degli stampi in alluminio?

Ottime prestazioni funzionali

Alcuni prototipi non hanno alcun impatto meccanico o funzionale, mentre altri devono essere utilizzati. I prototipi di pre-produzione, ibridi e funzionali funzionano. Pertanto, è necessaria una buona qualità e resistenza. L'alluminio è il metallo preferito perché ha ottime proprietà.

Maggiore resistenza al calore

I prototipi in alluminio resistono meglio alle temperature estreme rispetto alle opzioni più economiche come la plastica. Pertanto, è meno probabile che si degradino durante il processo di produzione.

Estetica migliore

Sia che si utilizzi la stampa 3D o la tecnologia di lavorazione CNC, i prototipi in metallo hanno un aspetto migliore. Inoltre, anche se si tratta di un prototipo non funzionale, ha un aspetto migliore di un pezzo in plastica.

Costo-efficacia

I prototipi in alluminio e i componenti in metallo sono molto più economici rispetto a quelli in plastica. Questo perché le proprietà fisiche del metallo riducono la frequenza di sostituzione dei pezzi. Questo riduce i costi di produzione nel lungo periodo.

Accuratezza del test

I prototipi prodotti con processi come la lavorazione CNC hanno un'elevata precisione. Inoltre, le leghe di alluminio hanno una qualità eccellente e possono produrre pezzi per le ispezioni di mercato.

Più adatto alla produzione di massa

Una volta che gli ingegneri creano un prototipo in alluminio, i clienti possono utilizzarlo per la produzione. È più facile trasformare i prototipi in metallo in prodotti finiti. Tuttavia, se il prototipo è in plastica, non può essere convertito in metallo per la produzione di massa.

Quali sono i limiti degli stampi in alluminio?

Vita utile limitata

A causa della sua natura più morbida, gli stampi in alluminio hanno una durata limitata, soprattutto se sottoposti a processi di formatura ad alta pressione o a materiali abrasivi.

Resistenza al calore

L'alluminio ha una minore resistenza al calore. Questo limite può limitare i tipi di materiali che possono essere utilizzati durante il processo di stampaggio, poiché alcuni materiali richiedono temperature più elevate di quelle che l'alluminio può sopportare.

La differenza tra la stampa 3D e gli stampi in alluminio

Quali sono le differenze tra la stampa 3D e gli stampi in alluminio?

Metodi di produzione e stampaggio

I metodi di produzione e di stampaggio sono diversi. La tecnologia di stampa 3D è una tecnologia che utilizza materiali adesivi come metallo in polvere o plastica per stampare e costruire oggetti strato per strato. Viene realizzata utilizzando una stampante digitale di materiali tecnologici. Accumulando e sommando un po' alla volta, il lavoro finale viene stampato. Per la produzione di stampi in alluminio, si utilizza un software di modellazione 3D per disegnare gli stampi e si ottiene l'effetto di stampaggio attraverso continue regolazioni.

Accuratezza della precisione

L'accuratezza della precisione è diversa. La precisione della stampa 3D dipende da molti fattori. La precisione della stampante 3D, la qualità dei materiali selezionati e l'accuratezza dei disegni del modello 3D determinano la precisione del prodotto. La precisione degli stampi in alluminio dipende principalmente dalle esigenze reali dell'utente per confermare la precisione.

Tempi di consegna

Il tempo di consegna è il tempo che intercorre tra l'inizio dello sviluppo dello stampo e il momento in cui il pezzo è pronto per la produzione. I metodi di progettazione e i calcoli per i due stampi sono in realtà diversi, ma è nella fase di produzione che si verificano cambiamenti significativi.

Gli stampi in alluminio sono realizzati a partire da pezzi grezzi di alluminio mediante lavorazioni CNC e operazioni di finitura. In alcuni casi, è necessaria un'ulteriore lavorazione a scarica elettrica (EDM) se la cavità deve presentare angoli vivi che non possono essere ottenuti con la fresatura. In genere, la lavorazione è principalmente di tipo meccanico, non è richiesto alcun trattamento termico e non sono necessari strumenti specializzati. Uno stampo medio in alluminio viene prodotto in 10-15 giorni.

Gli stampi stampati in 3D vengono creati utilizzando un processo di fabbricazione additiva con sinterizzazione dei metalli. Molte polveri metalliche sottili vengono sinterizzate insieme, strato per strato, per formare la cavità di uno stampo a iniezione. Il vantaggio principale di questo processo è che richiede una preparazione minima alla produzione e non necessita di strumenti. Il tempo medio per creare uno stampo di questo tipo è di soli 2-3 giorni.

Stabilità

La stabilità è sostanzialmente il numero di pezzi che uno stampo può produrre prima di diventare troppo vecchio. È importante saperlo se si vuole realizzare un lotto di prodotto.

Gli stampi in alluminio sono realizzati con materiali più morbidi, ma alcune leghe di alluminio sono molto resistenti. Ciò significa che lo stampo può produrre fino a 5.000 pezzi. La media è di 100-2000 copie.

Gli stampi stampati in 3D sono i peggiori per quanto riguarda la stabilità. Le camere di sinterizzazione presentano molti problemi. Sono porose e non sono resistenti come uno stampo solido. Ora, le cavità stampate in 3D possono produrre lotti da 50 a 200 pezzi.

Tempo di ciclo

Il tempo di ciclo è il tempo necessario per produrre un pezzo. È la somma del tempo di iniezione, del tempo di raffreddamento e del tempo di espulsione. Il tempo di iniezione è il tempo necessario per riempire lo stampo di plastica. Il tempo di raffreddamento è il tempo necessario alla plastica per raffreddarsi e solidificarsi. Il tempo di espulsione è il tempo necessario per rimuovere il pezzo dallo stampo.

Gli stampi in alluminio hanno un tempo di ciclo di 44-70 secondi. Gli stampi stampati in 3D hanno un tempo di ciclo di 150-250 secondi.

Precisione dei pezzi e finitura superficiale

La qualità del pezzo è uno dei fattori più importanti. Dopo tutto, questo pezzo sarà parte integrante di un meccanismo più grande e potrà essere presentato a futuri investitori. Il pezzo deve avere un aspetto professionale.

La precisione degli stampi a iniezione in alluminio dipende solo dalla capacità di lavorarli e lucidarli. La precisione degli stampi stampati in 3D dipende invece dal processo di produzione additiva. L'AM prevede la fusione e il raffreddamento dei materiali e la deformazione termica può ridurre significativamente la precisione. La tecnologia moderna può produrre cavità per stampi in acciaio e alluminio con tolleranze fino a IT6, nonché stampi stampati in 3D con tolleranze fino a IT9.

Flessibilità

La flessibilità è fondamentale per i prototipi di pre-produzione, quando si tratta solo di testare l'aspetto e il funzionamento del prodotto finale. Una volta completata la prototipazione iniziale con determinati materiali, è necessario testare i materiali scelti inizialmente per il prodotto e le procedure di produzione.

Nella maggior parte dei casi, si riscontrano alcuni problemi che costringono a modificare il progetto. Ad esempio, durante i test sono stati scoperti alcuni difetti o il processo di iniezione ha prodotto parti porose. In questi casi è necessario modificare il progetto e lo stampo. I diversi materiali degli stampi hanno una flessibilità diversa

Gli stampi in alluminio sono realizzati con materiali più morbidi e le loro cavità sono in genere prodotte come parti separate che si inseriscono nella base dello stampo. Pertanto, è molto più facile rimuovere la cavità e apportare modifiche.

La modifica degli stampi stampati in 3D è difficile perché richiede la lavorazione di parti della cavità e la finitura superficiale non sarà uniforme perché la lavorazione fornisce una finitura superficiale migliore. È più facile rifare completamente lo stampo, il che non richiede molto tempo, ma comporta l'indesiderabile spesa aggiuntiva della prototipazione e dei test di pre-serie.

Conclusione

Nata come metodo di prototipazione rapida, noto anche come produzione additiva, la stampa 3D si è evoluta in un vero e proprio processo produttivo. Le stampanti 3D consentono a ingegneri e aziende di produrre contemporaneamente prototipi e prodotti finali, offrendo notevoli vantaggi rispetto ai processi di produzione tradizionali.

In sintesi, le principali differenze tra gli stampi stampati in 3D e gli stampi in alluminio includono diversi metodi di produzione, diversa accuratezza della resistenza, diversi tempi di consegna, diversa stabilità, diversi tempi di produzione, diversa precisione dei pezzi e finitura superficiale e diversa flessibilità.