Stampa 3D per stampi e matrici, Parte 1

Aug 08, 2023

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Man mano che l’adozione della stampa 3D si diffonde in tutto il settore più ampio della produzione industriale, il valore della tecnologia come qualcosa di più di un semplice strumento di prototipazione rapida sta diventando sempre più evidente. Anche quando la produzione additiva (AM) non viene utilizzata per produrre parti finali, le aziende stanno imparando che può essere utilizzata per la fabbricazione di attrezzature per i loro processi di produzione tradizionali. In particolare, gli stampi e le matrici per stampa 3D per lo stampaggio a iniezione e la pressofusione hanno un grande potenziale grazie ai vari vantaggi che l’AM offre in termini di realizzazione di parti personalizzate, on-demand e complesse.

Il più comune per la produzione di massa di parti in plastica, lo stampaggio a iniezione, prevede l'iniezione di plastica liquida in uno stampo ad alta pressione. Riempiendo tutte le cavità dello stampo, la plastica si indurisce e il pezzo finito viene rimosso. Molto spesso, i polimeri utilizzati sono termoplastici, che vengono fusi ad alte temperature e raffreddati quando entrano nello stampo.

Le quattro fasi dello stampaggio a iniezione a vite.

In genere, gli stampi sono lavorati con precisione in alluminio o acciaio, il che può costare da migliaia a centinaia di migliaia di dollari. Pertanto, lo stampaggio a iniezione è più conveniente in termini di costi per volumi elevati nella produzione di decine di migliaia o milioni di parti. Per lo stampaggio a iniezione in basse tirature da 50 a 100 parti, la stampa 3D può essere un’opzione più conveniente.

Altri motivi per cui la stampa 3D potrebbe essere scelta per la produzione di stampi includono i brevi tempi di consegna. Uno stampo stampato può essere realizzato in pochi giorni o un paio di settimane, rispetto a un tempo di consegna di cinque-sette settimane per gli stampi realizzati con una macchina CNC.

A seconda dei requisiti esatti delle parti, la tecnologia AM scelta non deve necessariamente essere quella metallica. Invece, il getto di materiale e la SLA possono essere utilizzati per realizzare stampi con elevata precisione e buona finitura superficiale. Ciò è particolarmente vero per le parti più piccole, di dimensioni inferiori a 150 mm.

Uno stampo stampato in 3D con struttura in alluminio. Immagine gentilmente concessa da Formlabs.

Come spiega 3D Hubs in una guida alla progettazione particolarmente utile per gli stampi a iniezione per la stampa 3D, i telai in alluminio vengono spesso utilizzati per fornire supporto agli inserti di stampi in plastica stampati in 3D contro la pressione e il calore del processo di iniezione. Senza tale telaio, è più probabile che gli stampi si deformino a causa dell'uso continuato, ma i canali di raffreddamento conformati possono essere integrati più facilmente nello stampo di plastica. Se stai stampando in 3D uno stampo in metallo, tuttavia, non devi preoccuparti di questo.

La pressofusione è un processo molto simile allo stampaggio a iniezione, tranne per il fatto che si sostituisce la plastica fusa con metallo fuso. Il metallo liquido viene iniettato ad alta pressione in uno stampo metallico (lo stesso di uno stampo in questo caso), che riempie le cavità dello stampo e si indurisce per formare una parte metallica. La pressofusione viene solitamente utilizzata per grandi quantità di parti di piccole e medie dimensioni. Troverai la pressofusione utilizzata per componenti come fibbie per cinture e motori di automobili.

Un inserto pressofuso con canali di raffreddamento integrati stampato in 3D da Exco Engineering. Immagine gentilmente concessa da Exco Engineering.

Gli stampi per stampa 3D offrono molti degli stessi vantaggi della produzione di stampi per lo stampaggio a iniezione con la produzione additiva: tempi di produzione rapidi e capacità di produrre geometrie complesse. La stampa 3D può essere molto più conveniente quando lo stampo verrà utilizzato per la produzione di piccoli lotti.

Generalmente gli stampi devono essere realizzati in metallo per sopravvivere all'elevato calore e alla pressione del processo di pressofusione, il che non è necessariamente vero per alcune tecniche di fusione a cera persa. Le aziende specializzate in matrici e inserti per stampa 3D (utilizzati per modificare matrici e stampi) riferiscono di avere difficoltà a selezionare i materiali adeguati. La società canadese Exco Engineering ha talvolta scelto l'acciaio Maraging rispetto all'acciaio per utensili H13 (che potrebbe essere più normalmente utilizzato per la pressofusione tradizionale) a causa dell'elevata porosità e delle fessurazioni con cui hanno sperimentato stampi stampati in 3D realizzati con H13. Tuttavia, come discuteremo in un post futuro, esistono tecnologie che aprono la possibilità di utilizzare più metalli per ottenere determinati risultati con le fustelle stampate in 3D.