Stampi a iniezione per stampa 3D

Stampi a iniezione per stampa 3D

La stampa 3D è principalmente associata alla produzione diretta di prototipi o parti, ma può anche essere utile per produrre gli stampi e gli strumenti utilizzati nei processi di produzione più tradizionali. Questo articolo darà uno sguardo dettagliato ai vari pro e contro associati alla stampa 3D degli stampi utilizzati nello stampaggio a iniezione.

Perché stampare in 3D uno stampo?

Il primo problema da affrontare è il motivo per cui scegliere di utilizzare la stampa 3D per creare uno stampo anziché stampare direttamente o utilizzare uno stampo lavorato a CNC. Tutto dipende dalle specifiche della serie di produzione in questione, e in particolare dal numero di parti che devono essere prodotte.

Prototipazione di stampi ad iniezione rispetto alla produzione di piccoli lotti rispetto alla produzione di massa

Per le grandi produzioni non c'è dubbio che uno stampo in metallo lavorato CNC è superiore. Gli stampi stampati in 3D non sono particolarmente resistenti e, anche quando si utilizzano i materiali più resistenti, generalmente non durano più di 100 iniezioni. In confronto, uno stampo metallico può produrre decine di migliaia di parti prima di dover essere sostituito.

All'altro estremo, se è necessario produrre solo un numero molto limitato di prototipi, è preferibile stamparli in 3D direttamente. Quando si tratta di prototipare la produzione additiva è difficile da battere. Gli stampi a iniezione stampati in 3D sono i migliori per una finestra specifica in cui il numero di parti da produrre è notevole ma comunque inferiore a 100. Ci possono essere alcuni casi in cui è necessario utilizzare un materiale specifico che non può essere facilmente stampato in 3D e in tali situazioni può ha senso produrre uno stampo per un numero molto basso di parti. In generale, tuttavia, un ciclo di produzione da 50 a 100 parti sarà il più conveniente per lo stampaggio a iniezione con stampa 3D, sebbene ciò possa variare a seconda delle circostanze specifiche.

Costo effettivo

Il vantaggio principale della stampa 3D di uno stampo rispetto alla produzione di uno stampo tradizionale è il costo. È difficile stabilire un prezzo esatto, ma la produzione di uno stampo in metallo lavorato CNC di solito costa diverse migliaia di dollari. Questo a volte può anche estendersi in 5 cifre per più stampi di fascia alta. I costi materiali per la produzione di uno stampo stampato in 3D sono estremamente bassi, spesso molto meno di $ 100. Se si prendono in considerazione costi del lavoro e altri fattori, questa cifra aumenterà in una certa misura, ma è evidente che la stampa 3D di uno stampo è significativamente più economica rispetto alla produzione tradizionale.

Veloce e flessibile

Stampi stampati in 3D sono anche molto più veloci da produrre e comportano tempi di consegna molto più brevi. Il tempo totale impiegato per produrre 100 parti o meno utilizzando lo stampaggio a iniezione stampato in 3D dovrebbe essere solo di circa 2 giorni, rispetto a più di una settimana per lo stampaggio a iniezione standard.

Gli stampi stampati in 3D consentono anche una maggiore flessibilità. Spesso è necessario modificare un progetto o produrre periodicamente una nuova iterazione. Nello stampaggio a iniezione tradizionale questo può essere proibitivo a causa dei costi legati alla produzione di un nuovo stampo, ma con gli stampi stampati in 3D tutto ciò che serve è una rapida regolazione del modello 3D e il nuovo stampo può essere pronto per l'uso il giorno successivo.

Manca la durabilità

Come accennato sopra, il principale svantaggio di uno stampo stampato in 3D è la sua mancanza di durata. Lo stampaggio a iniezione spesso comporta temperature molto elevate, ben oltre la gamma che la maggior parte delle resine SLA sono progettate per resistere. Le resine termoresistenti sono selezionate appositamente per la stampa di stampi di questo tipo, ma la temperatura è un punto debole. Anche il materiale stampato in 3D non è duro come l'alluminio o l'acciaio. Ogni volta che una parte viene espulsa, sullo stampo verrà applicato un ceppo, e anche il più forte stampo stampato in 3D non ha la possibilità di sopravvivere a migliaia di parti come le muffe tradizionali.

Stampi rinforzanti

Tuttavia, ci sono alcune misure che possono essere adottate per migliorare la durata degli stampi stampati 3D. Ad esempio, è molto comune inserire lo stampo stampato in 3D in un telaio di alluminio. Ciò ha l'effetto di rendere lo stampo molto più rigido e può anche proteggere il materiale dalle alte temperature e parte dell'abrasione. È inoltre importante integrare funzionalità come canali e prese d'aria nella progettazione dello stampo. I canali consentono al materiale in eccesso di defluire e migliora significativamente il raffreddamento, mentre le minuscole prese d'aria di appena una frazione di millimetro contribuiscono a liberare l'aria intrappolata che altrimenti potrebbe accumularsi e causare problemi.

Post produzione

Vale la pena ricordare che gli stampi stampati in 3D dovranno essere levigati con attenzione dopo la stampa. Anche quando si utilizza un'altezza dello strato molto sottile ci sarà ancora un certo grado di scalinata e rugosità, e un processo di levigatura e lucidatura è necessario per assicurarsi che questo non venga trasferito allo stampo. Per ridurre al minimo la levigatura richiesta è meglio stampare lo stampo con un orientamento che assicuri che le strutture di supporto siano solo in contatto con la parte posteriore e non influenzino la faccia principale.

Stessa tecnologia, tecnica diversa

Nonostante alcuni dettagli aggiuntivi che devono essere considerati, in tutto il design di stampi stampati in 3D segue gli stessi principi del design di stampi convenzionale. Ad esempio, per entrambi i tipi di stampo è una buona idea evitare angoli perfettamente quadrati, in quanto possono rendere difficile l'espulsione della parte. I progettisti di solito incorporano un piccolo grado di inclinazione per aiutare la parte completata a scivolare fuori, piuttosto che rendere i bordi completamente verticali. Gli angoli acuti sono meglio evitati per lo stesso motivo, i progettisti di solito si assicurano che tutti gli angoli siano leggermente arrotondati. Altre aree chiave come l'adozione di misure per evitare il flash (materiale che fuoriesce dallo stampo durante l'iniezione) sono anche condivise tra entrambi gli stili. Chiunque abbia esperienza con gli stampi convenzionali sarà in grado di passare facilmente agli stampi stampati 3D.

Tecnologia di stampa

Le macchine SLA industriali come quelle di ProtoFab sono capaci di livelli di accuratezza simili a quelli delle lavorazioni CNC, quindi la precisione in genere non è un problema. Ci possono essere dei casi in cui fori molto piccoli o complicate caratteristiche filettate devono essere perforati o maschiati durante la post-lavorazione, ma nonostante ciò il tempo di lavorazione totale sarà ancora significativamente inferiore rispetto all'equivalente stampo lavorato a CNC. È importante notare che le macchine SLA desktop sono totalmente inadatte alla produzione di stampi e, a parte SLA e PolyJet, la maggior parte delle altre forme di stampa 3D hanno caratteristiche tali da renderle inadatte alla produzione di stampi. Lo SLA è più conveniente rispetto a PolyJet, quindi questa è la tecnica che consigliamo.

Sommario

Stampaggio a iniezione stampato in 3D è una scelta eccellente quando le circostanze sono giuste. È perfetto per quando la produzione è più di pochi prototipi, ma può ancora essere considerata un piccolo lotto. È anche adatto quando è probabile che si verifichino alterazioni del design, ad esempio un prodotto che si evolve attraverso più iterazioni. Quando le condizioni sono giuste, questa forma di produzione può essere più di 10 volte più economica dei metodi tradizionali, per non parlare molto più velocemente. Tuttavia, come spiegato sopra, gli stampi stampati in 3D sono inferiori agli stampi metallici tradizionali in molti modi, quindi è meglio valutare attentamente le opzioni.