Introduzione: Lo stampaggio a iniezione è ovunque. In effetti, la maggior parte dei prodotti in plastica nel mondo oggi sono realizzati utilizzando stampaggio a iniezione. Sebbene sia ottimo per la produzione su larga scala, i tradizionali stampi in metallo lavorati a CNC sono costosi e richiedono molto tempo per la produzione di piccoli volumi.

Se si tratta di prototipi o di produzione di piccoli volumi (ad esempio 10-1000 pezzi), gli stampi a iniezione stampati in 3D sono un ottimo modo per risparmiare tempo e denaro. Inoltre, consentono di essere più flessibili nel processo di produzione. È possibile testare i progetti degli stampi, apportare facilmente modifiche e iterare i progetti in modo molto più rapido ed economico rispetto alla tradizionale lavorazione CNC.

Realizzare stampi personalizzati con una stampante 3D stereolitografica è facile e conveniente e consente di combinare il meglio della stampa 3D e delle tecniche di stampaggio tradizionali. In questa guida vi mostreremo come realizzare lo stampaggio a iniezione fai-da-te e vi forniremo tutti gli strumenti e i suggerimenti necessari per utilizzare stampi stampati in 3D per lo stampaggio a iniezione di materie plastiche in casa.

Cosa serve per lo stampaggio a iniezione fai da te?

Stampanti 3D SLA da tavolo ad alte prestazioni

Le stampanti 3D SLA desktop sono macchine ad alte prestazioni in grado di creare stampi con caratteristiche nitide e una finitura superficiale liscia, il che significa che è possibile realizzare parti di alta qualità. Le stampanti 3D SLA possono essere utilizzate non solo per creare stampi in plastica. Sono ottime anche per la prototipazione e per altre attività necessarie quando si sviluppa un prodotto.

Prezzo: Le stampanti SLA sono più costose delle stampanti FDM (Fused Deposition Modeling) e delle stampanti HP Nylon Multi-Jet Fusion (MJF) per la prototipazione con materiali termoplastici, ma forniscono buoni dettagli.

Formato di stampa: Le stampanti 3D consumer sono fatte per produrre piccole parti e piccoli lotti. Sono come versioni mini di quelle grandi. La dimensione media di stampa è media, di solito 145 x 145 x 175 mm.

Materiali: Anche se la stampante è piccola, dispone di molti materiali. Dispone di resine per parti trasparenti, solide, dentali e flessibili. I materiali più comuni per la stampa 3D desktop sono il policarbonato (PC), l'acrilonitrile butadiene stirene (ABS) e le resine poliuretaniche elastomeriche (EPU). Esistono anche molti materiali più economici sul mercato. Il costo è di circa 15 euro per 500 ml.

Risoluzione: La risoluzione delle stampanti 3D desktop è di solito abbastanza buona per la fascia di prezzo, con spessori di strato di circa 25-200 micron. Tuttavia, a volte può peggiorare dopo averla usata un po'.

Peso: Le stampanti SLA a resina da tavolo pesano meno di 10 kg e sono super portatili.

Materiali per la stampa 3D

Un materiale di stampa 3D in grado di resistere alla temperatura e alla pressione dello stampo durante il processo di stampaggio a iniezione. I principali sono i seguenti:

La resina Rigid 10K è un materiale super-forte, altamente riempito di vetro, in grado di gestire una gamma più ampia di geometrie e processi di stampaggio a iniezione. Ha un HDT di 218°C @ 0,45 MPa e un modulo di trazione di 10.000 MPa, il che significa che è forte, durissimo e in grado di sopportare il calore.

La resina High Temp ha una temperatura di deflessione termica di 238 °C @ 0,45 MPa ed è ottima per lo stampaggio a iniezione. È fragile, ma è consigliata per materiali con temperature di stampaggio elevate e tempi di raffreddamento ridotti.

La resina Grey Pro ha una conducibilità termica inferiore rispetto alla resina High Temp o alla resina rigida, il che significa che impiega più tempo a raffreddarsi, ma è più morbida e può sopportare centinaia di cicli di usura.

Macchine per lo stampaggio a iniezione da tavolo.

Lo stampaggio a iniezione da tavolo è un processo meccanico comunemente utilizzato in vari cicli di produzione per modellare in modo permanente una varietà di materiali, tra cui le materie plastiche. In questa pagina, potrete scoprire cos'è lo stampaggio a iniezione, dove viene comunemente utilizzato, la produzione di parti e oggetti in plastica, la produzione di stampi e lo stampaggio di precisione di materiali plastici.

Esistono diversi tipi di macchine per lo stampaggio a iniezione utilizzate dai produttori. I principali tipi di macchine utilizzate sono ad alimentazione idraulica, elettrica e ibrida (una combinazione di energia elettrica e idraulica), ma le macchine per lo stampaggio a iniezione da tavolo sono generalmente ad alimentazione elettrica.

Le macchine per lo stampaggio a iniezione da tavolo sono progettate per forzare il materiale fuso (solitamente plastica o metallo) in uno stampo che comprende una cavità in cui spingere il materiale e un'attrezzatura per modellare e fissare il pezzo nella sua forma finale. In una macchina, gli stampi possono essere a una o più cavità, il che significa che è possibile realizzare uno o più prodotti in un unico processo.

Inoltre, gli stampi multicavità possono includere cavità identiche o uniche, quindi i prodotti creati possono essere identici o individuali. Ogni stampo è progettato per produrre più di un milione di pezzi nel corso della sua vita, il che significa che deve essere robusto e avere tolleranze ridotte.

Che si tratti o meno di un desktop stampaggio a iniezione L'utilità di una macchina dipende dal caso d'uso e dalle esigenze dell'utente. Per gli appassionati di bricolage e per i piccoli studi, possono rappresentare un modo economico, veloce e facile da usare per realizzare pezzi e modelli complessi.

Stampaggio a iniezione fai da te in pochi passi

Progettazione dello stampo in CAD

Innanzitutto, scegliere il software CAD preferito per progettare l'inserto dello stampo. È possibile progettare l'inserto dello stampo utilizzando il disegno della cavità della struttura principale dello stampo.

Portare le due metà dell'anima e il disegno 3D che si desidera realizzare nello strumento CAD.

In Blender, bloccare una metà dello stampo utilizzando l'icona dell'occhio nell'esploratore della scena. Una volta impostata l'area di lavoro nel modo desiderato, impostare entrambe le metà dello stampo sul tipo di disegno "wire" nel menu Object.

Ora è possibile posizionare lo stampo. Durante il processo di iniezione, assicurarsi che l'oggetto intersechi completamente l'ingresso della plastica fusa. Per facilitare questa operazione, è possibile utilizzare la modalità ortografica, passando dalla vista prospettica a quella ortografica.

Nascondere l'anima dello stampo corrente, quindi togliere l'altra parte. Ripetere questa procedura, assicurandosi che l'oggetto intersechi completamente l'ingresso dell'altra metà del nucleo. Una volta allineati gli oggetti, è possibile utilizzare la funzione Differenza booleana di Blender per sottrarre l'area dei due oggetti intersecanti.

Selezionare la metà anteriore dell'oggetto, quindi selezionare l'opzione booleana nel menu dei modificatori. Selezionare l'oggetto da tagliare e assicurarsi che sia selezionata l'operazione "differenza". Applicare l'operatore e fare lo stesso con l'altro lato.

Lo stampo è ora pronto per la stampa. Esportare ogni metà, assicurandosi di selezionare la casella "Selection Only" nell'esportatore di Blender.

Stampi per la stampa 3D

Per stampare stampi in 3D, è necessario scegliere un materiale in grado di gestire la temperatura e la pressione dello stampo durante il processo di stampaggio a iniezione.

Durante il processo di fabbricazione degli stampi, il telaio dello stampo in alluminio viene unito agli stampi in acciaio e le metà dello stampo vengono lavorate con una pressa a forare per garantire un'efficace rimozione delle bolle d'aria nella resina liquida.

Sulla base dei nostri test e dei casi di studio dei clienti, abbiamo compilato un elenco delle resine per la stampa 3D più popolari.

Resine fotopolimerizzabili: Le resine fotopolimerizzabili sono uno dei tipi di resine più diffusi nella stampa 3D. Funzionano indurendo rapidamente con la luce ultravioletta. Questa resina è in grado di indurire rapidamente e ha un'ottima resa dei dettagli. Le resine fotopolimerizzabili sono adatte per realizzare modelli dettagliati, opere d'arte e parti di macchine di alta qualità.

Resine composite: Le resine composite si ottengono mescolando due o più materiali resinosi. È possibile regolare la forza e la durezza di questa resina in proporzioni diverse, in modo da poter realizzare qualsiasi cosa, da quella morbida a quella dura. Le resine composite hanno anche una buona resistenza chimica e al calore.

Resine siliconiche: Le resine siliconiche sono materiali resinosi ad alte prestazioni con elevata resistenza, elevata durezza, stabilità alle alte temperature ed eccellenti proprietà meccaniche. Questa resina ha anche una buona resistenza agli agenti atmosferici e una buona tenuta all'aria, per cui viene spesso utilizzata per la produzione di componenti automobilistici di fascia alta e di componenti nel settore aerospaziale.

Resina termoplastica: La resina termoplastica è un materiale resinoso che può essere deformato plasticamente ad alte temperature. Questa resina ha una buona resistenza al calore e alla corrosione e può essere lavorata.

La resina fotosensibile è quella che si usa per creare oggetti con una stampante 3D che utilizza la luce per indurire la resina. È un liquido che si trasforma in un solido quando viene illuminato dalla luce. È composta da una serie di sostanze chimiche diverse, ma le principali sono polimeri, fotoiniziatori e diluenti.

Esistono 9 diversi tipi di resina fotosensibile che si possono utilizzare con una stampante 3D: resina generica, resina dura, resina per colata di investimento, resina flessibile, resina elastica, resina per alte temperature, resina biocompatibile, resina ceramica e resina per luce diurna.

L'impostazione di una stampa in PreForm, il software di preparazione alla stampa per le stampanti 3D Formlabs, richiede solo pochi secondi. Se il progetto dello stampo necessita di una struttura di supporto per la stampa, assicuratevi di posizionare la metà dello stampo in PreForm in modo che la cavità sia rivolta verso l'alto. In questo modo la post-elaborazione sarà più semplice e la superficie del pezzo stampato sarà di alta qualità.

A seconda della geometria e delle dimensioni, è possibile stampare più stampi contemporaneamente sulla piattaforma di costruzione per rendere la stampa più efficiente.

Parti in plastica stampate a iniezione

Dopo aver progettato e stampato in 3D lo stampo, è possibile stampare a iniezione i pezzi su una macchina per stampaggio a iniezione di plastica da tavolo.

Per lo stampaggio a iniezione è possibile scegliere tra diversi materiali. Ecco alcuni dei materiali più comuni per lo stampaggio a iniezione.

Acrilico; L'acrilico, noto anche come poli(metacrilato di metile), è un materiale termoplastico leggero, con una buona resistenza meccanica, chiaro e trasparente. Non è duttile, ma resiste bene alle scheggiature.

ABS; L'ABS è uno dei materiali più conosciuti per lo stampaggio a iniezione. Ha una buona resistenza e tenacità, resistenza agli urti e resistenza chimica ad acidi, basi e oli. È completamente opaco e può essere stampato a iniezione in una varietà di colori. Inoltre, è molto economico rispetto agli altri materiali plastici per lo stampaggio a iniezione presenti in questo elenco.

Nylon; Il nylon è un ottimo materiale. È resistente, può sopportare il calore e ha buone proprietà di attrito e usura. È un materiale naturale, ma può essere prodotto anche in laboratorio. Quello prodotto in laboratorio è ottimo per lo stampaggio a iniezione. Inoltre, è in grado di assorbire le vibrazioni, quindi è ottimo per la produzione di oggetti che bloccano il rumore.

PC; Il PC è super resistente, resistente alle schegge e agli urti. È trasparente. Inoltre, ha la grande qualità di mantenere le sue proprietà meccaniche e il suo aspetto in un ampio intervallo di temperature. Quindi, funziona benissimo in ambienti con temperature elevate.

POM; Il POM è ottimo per gli oggetti che devono essere molto precisi. È rigido e soffice, quindi non cambia molto la sua forma. È anche scivoloso e liscio, quindi va bene per gli oggetti che si sfregano molto. Può anche sopportare temperature molto basse.

PP; Il PP è ovunque, soprattutto negli armadietti della cucina sotto forma di contenitori per alimenti. È una delle plastiche più comuni approvate dalla FDA per l'uso nello stampaggio a iniezione di plastica. È duro, resistente al calore, agli agenti chimici e può essere riciclato molte volte. Queste qualità lo rendono facile da lavorare.

PS; Il PS è uno dei pochi materiali fragili per lo stampaggio a iniezione. È particolarmente leggero, resistente all'umidità e alle reazioni chimiche ed è molto adatto allo stampaggio a iniezione di plastica in casa perché si ritira uniformemente quando si raffredda nello stampo.

PE; Il PE si divide in tre categorie principali con densità diverse: polietilene ad alta densità (HDPE), polietilene a bassa densità (LDPE) e polietilene tereftalato (PET). In generale, i tipi di PE sono duttili, hanno una buona resistenza agli urti e al creep (possono sopportare carichi meccanici per lunghi periodi di tempo senza deformarsi). Inoltre, sono resistenti alle reazioni chimiche.

TPE ; Il TPE è diverso dagli altri stampaggio a iniezione perché è una miscela di plastica e gomma. Combina il meglio di entrambi i mondi. È flessibile, si può allungare molto, è resistente e può essere riciclato. Inoltre, la cosa migliore è che è economico rispetto alla maggior parte delle alternative in gomma.

TPU ; Il TPU è un'altra miscela gomma-plastica che presenta qualità molto interessanti nella sua componente poliuretanica. È molto duro e ha un'ottima resistenza alla compressione, all'abrasione e agli agenti chimici. Inoltre, queste proprietà non cambiano molto a temperature estreme.

Prima di scegliere, pensate a cosa volete che faccia l'oggetto e a cosa può fare la macchina. Poi, seguite le istruzioni della macchina per realizzare il vostro pezzo.

A seconda del materiale che si sta iniettando, l'adesione del pezzo allo stampo può causare il deterioramento dello stampo stesso quando si cerca di estrarre il pezzo, soprattutto con materiali flessibili come il TPU o il TPE. L'uso di un distaccante è un ottimo modo per separare il pezzo dallo stampo. I distaccanti in silicone funzionano con le resine Formlabs Grey Pro, High Temp e Rigid 10K.

Suggerimenti per i progettisti che si cimentano nello stampaggio a iniezione fai-da-te

Quando progettate il vostro stampo, pensate se può essere stampato e se può essere modellato.

Il metodo esatto per il fai da te stampaggio a iniezione varierà a seconda del progetto e del volume richiesto, ma questi suggerimenti e trucchi contribuiranno ad aumentare la percentuale di successo. Per ridurre la visibilità delle linee di stampa sul pezzo finito, stampate lo stampo in plastica utilizzando un'altezza di strato inferiore (50 o 25 micron per strato invece dei 100 predefiniti). Tenete presente che questo aumenterà il tempo di stampa.

L'aggiunta di 2-5 gradi di sformatura alle superfici perpendicolari alla direzione di trazione renderà più facile l'estrazione del pezzo e contribuirà a non danneggiare lo stampo. È possibile levigare i piani spaccati con carta vetrata fine per eliminare la bava. È possibile utilizzare un bagno d'acqua per raffreddare più velocemente il pezzo ed evitare che si deformi. I dettagli in rilievo e incisi devono essere distanti almeno 1 mm dalla superficie.

Se state progettando un telaio in alluminio, aggiungete .125 mm di spessore supplementare al retro della forma per creare una compressione e garantire una tenuta completa.

Conclusione

Spesso si parla di stampa 3D e stampaggio a iniezione come se fossero nemici mortali, ma non è sempre una scelta binaria. La prototipazione e la produzione di bassi volumi, sia con la stampa 3D direttamente su un pezzo che con lo stampaggio a iniezione utilizzando uno stampo stampato in 3D, possono essere un ottimo modo per aiutare le aziende ad arrivare sul mercato più velocemente, in modo più economico e con meno rischi.