Introduzione: Lo stampaggio a iniezione è un processo produttivo ampiamente utilizzato per la produzione di pezzi in grandi volumi con una qualità costante. Questa tecnologia prevede l'iniezione di plastica fusa in una cavità di uno stampo metallico per determinare la forma finale del prodotto.

Tuttavia, i metodi convenzionali per la realizzazione di questi stampi possono essere lunghi e costosi, soprattutto per le produzioni piccole o personalizzate. La stampa 3D è una soluzione economicamente vantaggiosa che consente ai produttori di produrre rapidamente stampi con geometrie intricate e dettagli fini, prima irraggiungibili con le tecniche di produzione tradizionali.

In questo articolo, ci addentreremo nel processo di creazione di stampi stampati in 3D per stampaggio a iniezione.

Cose da notare prima di scegliere uno stampo a iniezione per la stampa 3D

Il successo del processo di stampaggio a iniezione dipende in larga misura dalla qualità dello stampo stampato in 3D. Fattori come la quantità di stampa e l'angolo di sformo giocano un ruolo cruciale nel risultato, come illustrato di seguito:

Tirature: È importante notare che gli stampi a iniezione stampati in 3D, pur essendo convenienti ed efficienti per la produzione di bassi volumi, hanno un'integrità strutturale inferiore rispetto agli stampi in metallo. In genere, questi stampi sono utilizzabili per 30-100 pezzi, il che li rende ideali per la prototipazione rapida. Per volumi di produzione maggiori, gli stampi tradizionali in alluminio o acciaio possono essere più adatti.

Angolo di sformo: L'inserimento dell'angolo di sformo corretto nella progettazione dello stampo è essenziale per uno stampaggio senza problemi del pezzo stampato a iniezione dopo la produzione. Un angolo di sformo raccomandato di 20 gradi facilita lo smontaggio dei pezzi stampati, garantendo un processo di produzione senza intoppi.

Dimensioni e forma: Comprendere le dimensioni dell'obiettivo desiderato pezzo stampato a iniezione è fondamentale per la scelta delle dimensioni e della forma dello stampo. In particolare, gli stampi stampati in 3D differiscono dagli stampi lavorati a controllo numerico in termini di dimensioni, essendo in genere più piccoli. Questa differenza di dimensioni influisce sulla gamma di pezzi stampati a iniezione che possono essere prodotti utilizzando stampi stampati in 3D rispetto alle controparti lavorate a CNC.

Completato in modo impeccabile: L'integrità della superficie degli stampi stampati in 3D è talvolta inferiore a quella degli stampi a iniezione in metallo, a causa dell'impatto negativo delle alte temperature di stampaggio a iniezione sulle prestazioni dello stampo. Di conseguenza, questi stampi non sono la scelta ottimale per i progetti che richiedono una finitura raffinata. La scelta di uno stampo a iniezione in alluminio o acciaio è un'alternativa migliore.

In alternativa, l'impiego di un rivestimento schermante composto da materiali come la ceramica sullo stampo stampato può attenuare la degradazione termica e contribuire a ottenere una finitura lucida.

Creare un progetto CAD

La fase iniziale della creazione di uno stampo stampato in 3D per lo stampaggio a iniezione consiste nella progettazione dello stampo mediante un software di progettazione assistita da computer (CAD). I fattori da considerare durante il processo di progettazione includono la geometria del pezzo, il materiale di stampaggio, la posizione della porta e i canali di raffreddamento.

Per ridurre le difficoltà di progettazione durante la creazione di uno stampo per la stampa 3D, possono essere utili diversi consigli. In primo luogo, la scelta del materiale di stampo appropriato è fondamentale. È essenziale assicurarsi che il materiale scelto sia abbastanza robusto e rigido da sopportare la pressione generata durante il processo di iniezione. Inoltre, il punto di fusione dello stampo deve essere superiore al punto di fusione del materiale di stampaggio a iniezione.

In secondo luogo, una progettazione meticolosa dello stampo è indispensabile per una produzione di successo. La superficie interna dello stampo deve essere posizionata in modo da evitare il contatto con il supporto di stampa. L'integrazione di prese d'aria nella progettazione dello stampo può favorire l'eliminazione dell'aria intrappolata durante il processo di stampaggio a iniezione, riducendo così i difetti come le parti porose. Inoltre, l'integrazione di canali di raffreddamento nella progettazione dello stampo consente di ridurre i tempi di raffreddamento.

Quando si progetta il pezzo, si deve anche considerare l'inserimento di un angolo di sformo. Garantire uno spessore uniforme delle pareti dei pezzi formati ed evitare gli spigoli vivi sono fattori cruciali da tenere in considerazione. Un'altra considerazione importante riguarda le bave di stampaggio a iniezione, che si verificano quando il materiale in eccesso fuoriesce dalla linea di divisione della matrice di estrusione. Per eliminare le bave, si raccomanda di includere un sistema di guide nella progettazione dello stampo. Inoltre, è possibile apportare modifiche successive alla progettazione, come l'aumento della forza di chiusura e/o la riduzione della pressione di iniezione.

Stampo di progettazione

Opzioni di materiale: Per creare uno stampo con la stampa 3D, è necessario prendere in considerazione diversi fattori, tra cui i materiali, i componenti, i difetti dello stampaggio a iniezione e altro ancora.

Per la produzione di stampi a iniezione per la stampa 3D si possono utilizzare numerosi materiali, tra cui PETG, ABS, nylon, PP e acetale. Quando si sceglie il materiale per lo stampo in plastica per la stampa 3D, è fondamentale considerare i due aspetti seguenti:

Forza e rigidità: I polimeri plastici adatti agli stampi a iniezione per la stampa 3D devono presentare resistenza e rigidità dopo la stampa. Queste qualità sono fondamentali per consentire allo stampo di sopportare le sollecitazioni generate durante il processo di iniezione.

Resistenza alla temperatura: Poiché lo stampaggio a iniezione opera a temperature elevate per facilitare il flusso ottimale della plastica fusa, è indispensabile che il materiale plastico scelto per la creazione dello stampo abbia un punto di fusione superiore a quello del materiale plastico. stampaggio a iniezione materiale.

Design dello stampo: Cercare di migliorare l'accuratezza dimensionale tenendo conto delle tolleranze di lavorazione sullo stampo per la successiva post-elaborazione e il ridimensionamento. Generare una serie di stampi per valutare le discrepanze dimensionali e incorporare queste variazioni nel modello CAD degli stampi.

Per aumentare la longevità dello stampo, aprire il cancello per alleggerire la pressione all'interno della cavità dello stampo. Assicurarsi che un lato dello stampo sia piatto e utilizzare l'altro lato per contenere i componenti del progetto. Questa strategia consente di ridurre il disallineamento dei blocchi dello stampo e la possibilità di traboccare.

Incorporare un foro di sfiato di grandi dimensioni dal bordo della cavità dello stampo al bordo dello stampo per uno scarico efficiente. In questo modo si favorisce il flusso del materiale nello stampo, si riduce la pressione e si evita l'allagamento dell'area della porta, riducendo così i tempi di ciclo. Evitare sezioni trasversali troppo sottili, poiché le superfici di spessore inferiore a 1-2 mm sono soggette a deformazioni dovute al calore.

Perfezionare il processo di stampa regolando il dorso dello stampo per ridurre il consumo di materiale. Riducete le dimensioni della sezione trasversale delle aree di supporto delle cavità non stampate per ridurre le spese di resina e diminuire la probabilità di difetti o deformazioni di stampa. L'introduzione di uno smusso può facilitare la rimozione del pezzo dalla piattaforma di costruzione. Utilizzare perni di centraggio agli angoli per allineare efficacemente le due stampe.

Orientamento della faccia interna: Posizionare la faccia interna dello stampo in modo da evitare il contatto con i supporti, migliorando la qualità della superficie di stampa e riducendo o eliminando i segni dei supporti. Questo orientamento riduce anche la necessità di una post-elaborazione.

Bocchette a bassa profondità: L'inclusione di sfiati nella progettazione dello stampo facilita la rimozione dell'aria intrappolata durante il processo di stampaggio a iniezione. Gli sfiati poco profondi consigliati, di circa 0,05 mm, contribuiscono a ridurre la probabilità di difetti come il flash di iniezione.

Utilizzare i canali: Integrare i canali nella progettazione dello stampo per stampi destinati a 20 o più serie. Ciò consente di includere aste e tubi metallici, riducendo efficacemente i difetti di stampaggio a iniezione come la deformazione. Inoltre, l'utilizzo di canali contribuisce a ridurre i tempi di raffreddamento.

Altezza dello strato: La scelta di un'altezza di strato inferiore migliora la scorrevolezza dello stampo e riduce al minimo la visibilità delle linee stampate.

Design delle parti: La qualità del processo di stampaggio a iniezione dipende in modo significativo dallo stampo di stampa 3D utilizzato. Pertanto, per garantire il successo e l'efficienza del prodotto stampato, è necessario prendere in considerazione diversi fattori durante la fase di progettazione del pezzo, tra cui l'incorporazione di un angolo di sformo. Un angolo di sformo consigliato di 20 semplifica la rimozione della parte stampata a iniezione dallo stampo stampato.

Selezione del materiale: La scelta del materiale per lo stampo stampato in 3D è fondamentale. Deve essere in grado di sopportare le elevate temperature e pressioni del processo di stampaggio a iniezione senza deformarsi o fondersi. Materiali come il nylon, l'ABS e il policarbonato sono spesso utilizzati per la stampa 3D di stampi a iniezione.

Spessore uniforme della parete: I pezzi stampati a iniezione richiedono uno spessore costante delle pareti per ridurre al minimo difetti come la deformazione durante e dopo l'iniezione. Nei casi in cui è necessario avere pareti sottili, l'incorporazione di nervature e tasselli sottili può aumentare la resistenza delle pareti.

Evitare gli angoli acuti: Ho incluso un raggio sui bordi dello stampo per eliminare gli angoli vivi. Questa regolazione aiuta a facilitare il flusso regolare della plastica fusa e riduce il verificarsi di difetti nello stampaggio a iniezione.

Prevenire il flash: Il flash è un problema comune nello stampaggio a iniezione, quando la plastica fusa in eccesso fuoriesce dallo stampo e si solidifica durante il processo di iniezione. Questo difetto può derivare da un cattivo accoppiamento tra le metà dello stampo, da un'eccessiva pressione di iniezione o da un eccessivo riempimento dello stampo.

L'infiammabilità degli stampi stampati in 3D può essere eliminata incorporando i sistemi di scorrimento nella progettazione dello stampo e garantendo le tolleranze sulle linee dei pezzi. Tuttavia, se questi metodi non funzionano, si può provare ad apportare modifiche alla progettazione, ad esempio aumentando la forza di chiusura e/o riducendo la pressione di iniezione.

Usare la mescola distaccante per rimuovere le parti: Durante il processo di sformatura viene introdotto un agente distaccante per facilitare la rimozione del pezzo stampato a iniezione. Senza un agente distaccante, i pezzi possono rimanere bloccati nello stampo. Ciò richiederà una forza eccessiva per rimuovere il pezzo, con il rischio di danneggiare il pezzo stesso e/o lo stampo.

Test e verifica: Prima di utilizzare uno stampo stampato in 3D per lo stampaggio a iniezione, è necessario testarne e verificarne le prestazioni. I test possono aiutare a identificare eventuali problemi di progettazione dello stampo o di selezione dei materiali e ad apportare le necessarie modifiche prima dell'inizio della produzione dei pezzi.

Esportazione di file di progettazione CAD

Dopo aver creato il modello CAD dello stampo, la fase successiva prevede l'esportazione del progetto come file STL. STL è un formato di file comunemente utilizzato per la stampa 3D. Il file STL comprende un modello 3D dello stampo, pronto per essere importato nel software di stampa 3D in vista della stampa. Altri formati di file compatibili con le stampanti 3D sono FBX, OBJ, 3MF, PLY, G-Code, X3G e AMF.

Stampo a iniezione con stampa 3D

Una volta preparato il file STL, è possibile utilizzare una stampante 3D per produrre lo stampo a iniezione. Gli stampi possono essere creati attraverso vari processi di stampa 3D, come la modellazione a deposizione fusa (FDM), la stereolitografia (SLA), la sinterizzazione laser selettiva (SLS) e l'elaborazione digitale della luce (DLP). La scelta della stampante 3D e dei materiali di stampa dipende da fattori quali la complessità dello stampo e la sua longevità.

L'FDM rappresenta in genere la soluzione di stampa 3D più conveniente per stampi e attrezzature in plastica. Tuttavia, lo stampo finale può presentare linee di strato visibili che richiedono la levigatura o la finitura chimica per essere rimosse.

Le tecnologie di stampa 3D a base di resina, come la SLA e la DLP, sono scelte popolari in quanto producono stampi con finiture superficiali più uniformi, riducendo la necessità di un'ampia post-elaborazione. Il getto di materiale, un altro metodo di stampa 3D a base di resina, può creare stampi con finiture superficiali superiori utilizzando vari materiali e colori. La SLS utilizza il nylon rinforzato per la produzione di stampi, che offre una robusta resistenza e un'elevata qualità superficiale.

Configurazione standard

Gli stampi di stampa 3D per lo stampaggio a iniezione presentano principalmente le due seguenti configurazioni standard.

Stampo per stampa 3D arredato
Questa configurazione non richiede telai di supporto in alluminio, poiché sono interamente stampati. Di conseguenza, lo stampo richiede più materiale di stampa, con un aumento dei costi e dei tempi di stampa. Tuttavia, senza telaio, sono suscettibili di difetti come la deformazione in seguito a un uso prolungato.

Montare lo stampo sul telaio metallico

Una volta completato, lo stampo stampato in 3D deve essere montato in una struttura metallica (base dello stampo) per mantenerlo in posizione durante il processo di stampaggio a iniezione. La base dello stampo include la boccola del canale di colata, dove il materiale fuso viene versato nello stampo.

La configurazione dello stampo determina il modo in cui viene montato sul telaio. Esistono due configurazioni standard di stampi a iniezione per la stampa 3D. La prima configurazione inserisce lo stampo stampato in un telaio di alluminio, fornendo stabilità, precisione e supporto allo stampo. Questa configurazione è più adatta alla produzione di stampi precisi parti stampate a iniezioneaiuta a prevenire difetti di stampaggio come la deformazione, a mantenere l'integrità dello stampo e a garantire una distribuzione uniforme della pressione durante il processo di stampaggio a iniezione.

La seconda configurazione prevede uno stampo completamente stampato in 3D senza telaio in alluminio. Sebbene ciò elimini la necessità di un telaio, richiede più materiale di stampa, con conseguente aumento dei costi e dei tempi di stampa. Gli stampi creati con questa configurazione sono anche più soggetti a difetti come la deformazione, poiché manca il supporto.

Avvio del processo di stampaggio a iniezione

Una volta montato lo stampo sulla struttura metallica, può iniziare il processo di stampaggio a iniezione. Durante questo processo, lo stampo viene chiuso e il materiale fuso viene iniettato nello stampo attraverso il canale di colata. Il materiale fuso riempie la cavità dello stampo, conformandosi alla forma del pezzo previsto. Dopo il raffreddamento e la solidificazione del materiale, lo stampo viene aperto e il pezzo finito viene estratto.

Post-elaborazione

Dopo la stampa, lo stampo può richiedere un'ulteriore post-elaborazione. Questo può includere la levigatura per rimuovere le linee di strato, l'assemblaggio di più stampe e l'applicazione di un agente distaccante sulla superficie della cavità per favorire il rilascio del pezzo finito dopo lo stampaggio a iniezione.

Levigatura: La levigatura può aiutare a eliminare le linee di strato sulla superficie del modello stampato in 3D. Iniziare con carta vetrata più grossolana e passare gradualmente a grane più fini. Evitare di carteggiare troppo a lungo nello stesso punto per evitare che l'attrito e il calore eccessivi possano fondere la superficie. Fare attenzione a non levigare troppo materiale, soprattutto intorno alle giunture se la stampa deve essere incollata in seguito.

Legame: Quando si incolla, si consiglia di applicare la colla a piccoli punti per garantire un contatto più stretto tra le due superfici, come se si legasse con un elastico. In caso di giunture ruvide o con spazi vuoti, si può usare la colla Bondo o lo stucco per ottenere una finitura più liscia.

Colorazione: Durante questa fase, cercate di farlo in un'area ben ventilata e priva di polvere per garantire che la colorazione sia uniforme su tutte le superfici. Quando si spruzza, appendere l'obiettivo mantenendo una distanza di un braccio. Dopo aver dipinto il modello di stampa 3D con colla morbida, lasciare asciugare per 1-2 giorni prima di lucidarlo.

Installazione degli slot per le viti: L'installazione delle fessure per le viti può prolungare la durata di vita del guscio stampato in 3D. Per garantire un'aderenza perfetta, i fori sul modello devono essere leggermente più piccoli delle fessure per le viti. Fissare il modello per garantire la stabilità ed evitare operazioni rapide o forzate per evitare la deformazione dei fori.

Capovolgimento dello stampo in silicone: Questo processo coinvolge una scatola per stampi di stampa 3D, silicone, resina, un misurino e altri materiali. Per calcolare il volume dello stampo, riempire prima la scatola dello stampo di stampa 3D con acqua, quindi versare l'acqua nel misurino.

Conclusione

Gli stampi stampati in 3D offrono un netto vantaggio rispetto agli stampi progettati tradizionalmente, rendendoli ideali per vari settori che richiedono la produzione di piccoli lotti di prodotti sia semplici che intricati.

In sostanza, il processo di creazione di stampi stampati in 3D per lo stampaggio a iniezione segue un approccio strutturato. Si inizia con la progettazione dello stampo tramite software CAD e si procede alla messa a punto delle impostazioni della stampante per ottenere stampe di alta qualità. Le successive fasi di post-elaborazione, come la rettifica e la lucidatura, possono essere necessarie per migliorare la superficie dello stampo.

L'incorporazione di componenti essenziali, come i plug-in, e l'esecuzione di test completi garantiscono funzionalità e precisione. Una volta convalidato, lo stampo viene preparato per stampaggio a iniezione produzione, facilitando la prototipazione e la produzione rapida di parti in plastica con design complessi.