La fabbricazione dei metalli è vitale per tutti i settori dell’economia. Grazie alla loro resistenza, rigidità e durata a lungo termine, i componenti metallici sono utilizzati in un’ampia varietà di applicazioni, come la produzione di elettrodomestici, parti di costruzione e pannelli della carrozzeria dei veicoli. Alcune delle tradizionali tecniche di fabbricazione dei metalli includono la formatura, la colata, lo stampaggio, la saldatura e la lavorazione a macchina.
La formatura della lamiera comprende vari processi in cui viene applicata una forza su una lamiera (foglio) per produrre una deformazione plastica del materiale alla forma desiderata, modificandone la geometria senza rimuoverne nulla. La lamiera può essere piegata o allungata in una varietà di forme complesse, consentendo di creare strutture complesse con un’elevata resistenza e una quantità minima di materiale.
La formatura della lamiera è il processo di formatura più redditizio attualmente esistente per la produzione di grandi quantità di parti. È un processo che può essere in gran parte automatizzato nelle fabbriche, ma può anche essere eseguito manualmente nelle officine metalliche per produrre piccole serie di pezzi. È un metodo di alta qualità, affidabile e versatile per creare parti metalliche precise, limitando la quantità di materiale sprecato. Nel nostro quotidiano, siamo circondati da parti create dalla formatura della lamiera, dalle lattine di metallo agli alloggiamenti protettivi per gli utensili.
In questo articolo imparerai le basi della lamiera, i vari processi di formatura della lamiera e come ridurre il costo della formatura della lamiera con utensili rapidi e stampi stampati in 3D.
Nozioni di base sulla lamiera
“Foglio” è una parola per pezzi di metallo sottili e piatti formati da processi industriali. Possono provenire da lamiere estremamente sottili, fino a 6 mm di spessore. Le parti di spessore superiore a 6 mm sono considerate lamiera d’acciaio o “acciaio da costruzione”. Lo spessore della lamiera è normalmente specificato in millimetri in tutto il mondo, ma gli Stati Uniti utilizzano un sistema non lineare noto come “gauge”. Più alto è il numero di calibro, più sottile è l’impiallacciatura.
La lamiera è ampiamente utilizzata nella produzione di automobili, aerei, treni, alloggiamenti di macchine e utensili, utensili per ufficio, mobili, elettrodomestici, computer, componenti di macchinari, lattine per bevande ed elementi di costruzione (tubi, grondaie, ecc.).
La lamiera viene spesso utilizzata in applicazioni in cui la durata è più importante del peso, come parti di grandi costruzioni navali, recipienti a pressione e turbine.
Molti metalli possono essere trasformati in lamiera, inclusi alluminio, acciaio, ottone, banda stagnata, rame, nichel, titanio e (a scopo decorativo) oro, argento e platino.
Il risultato della lavorazione dell’impiallacciatura viene spesso immagazzinato in rotoli che possono essere tagliati e piegati in un’ampia varietà di forme.
Come funziona la formatura lamiera?
La formatura della lamiera comprende trattamenti come la piegatura, la goffratura al tornio o l’imbutitura, eseguiti mediante stampi o utensili di perforazione. La formatura viene solitamente eseguita in una pressa e le parti vengono formate tra due stampi.
Il processo di formatura della lamiera è semplice:
- Una lamiera viene tagliata da un rotolo per ottenere fogli bianchi.
- Il foglio vergine viene posizionato nella macchina formatrice, tra due utensili.
- La macchina sottopone il metallo a forze elevate e lo stampo superiore (noto anche come punzone) spinge il metallo attorno all’utensile inferiore corrispondente e lo piega fino a raggiungere la forma desiderata.
Uno degli svantaggi della formatura della lamiera è che si tratta di un processo con requisiti di attrezzatura rigorosi. La procedura richiede macchinari e strumenti specializzati da cui dipendono le tue parti. Come mostrato sopra, l’utensile (noto anche come forma o matrice) è la parte della macchina formatrice che agisce per piegare la lamiera.
I produttori in genere producono i loro strumenti di formatura dal metallo, eseguendo lavorazioni CNC in loco o esternalizzando il processo a fornitori di servizi. Questa attrezzatura precedente è costosa e genera lunghi tempi di produzione.
Le industrie che utilizzano componenti in metallo sono guidate dall’innovazione e necessitano di parti più complesse che semplifichino i processi di produzione. Pertanto, il ripensamento delle tecniche di attrezzaggio può essere un buon punto di partenza per andare avanti.
Strumenti stampati in 3D per la formatura e la prototipazione di lamiere a basso volume
Mentre le parti di grandi dimensioni come i pannelli della carrozzeria delle automobili sono associate a molti strumenti, la maggior parte delle officine metalliche produce anche tutti i tipi di unità più piccole che richiedono forze di flessione inferiori. La sostituzione di questi utensili in metallo con parti in plastica stampate in loco per la prototipazione e la produzione a basso volume può ridurre i tempi di sviluppo e ridurre i costi di produzione.
La stampa 3D in loco consente agli ingegneri di prototipare parti metalliche e di iterare i progetti di strumenti in poche ore, ottenendo geometrie complesse riducendo al contempo la dipendenza da fornitori di terze parti. Le stampanti desktop professionali sono convenienti, facili da implementare e possono essere rapidamente ampliate all’aumentare della domanda.
I produttori stanno già utilizzando resine polimerizzabili per stereolitografia (SLA) per sostituire guide, dispositivi e inserti metallici nelle fabbriche. In processi come lo stampaggio a iniezione o la termoformatura, l’utilizzo di stampi di prova in plastica è un modo efficace per convalidare i progetti e risolvere le sfide di progettazione per la produzione prima di investire in costosi stampi in metallo. Passare dal metallo alla plastica rappresenta un notevole risparmio sui costi dei materiali.
La tecnologia di stampa 3D SLA offre alcune proprietà interessanti per la formatura della lamiera. Caratterizzate da un’elevata precisione e da una finitura superficiale liscia, le stampanti SLA sono in grado di produrre utensili con dettagli molto precisi, il che contribuisce alla loro ripetibilità. Grazie a un ampio catalogo di materiali con diverse proprietà meccaniche, la scelta di una resina adatta al caso d’uso specifico può ottimizzare il risultato di formatura.
Le resine SLA sono isotrope e rimangono abbastanza stabili sotto stress rispetto ad altri materiali di stampa 3D. Gli utensili in plastica possono anche eliminare una fase di lucidatura, poiché le matrici in plastica non lasciano segni sulla lamiera come le matrici in metallo.
Il meccanismo è simile al processo di lavorazione della formatura della lamiera. La differenza sta nel design e nell’impressione dell’utensile in due pezzi composto da stampi superiore e inferiore. Il foglio bianco viene posizionato tra gli stampi di plastica e compresso utilizzando una pressa idraulica o un’altra attrezzatura di formatura.
Confronto di costi e tempi di produzione degli utensili rapidi per lo stampaggio della lamiera
La stampa 3D in loco di uno strumento di formatura della lamiera può offrire flessibilità a progettisti e ingegneri, riducendo i tempi di produzione da diverse settimane a un giorno.
Per la produzione ad alto volume, la prototipazione dello strumento in plastica consente di verificare il progetto prima di investire in un costoso strumento di metallo. Per la produzione in piccola serie, gli stampi stampati consentono di risparmiare centinaia di euro rispetto all’esternalizzazione della parte.
Ecco un confronto tra costi e tempi di produzione per gli stampi che richiedono il paralama in metallo nel nostro white paper:
| PROCESSI | ATTREZZATURA | TEMPI DI PRODUZIONE | COSTO DEL MATERIALE DI UN PEZZO FINALE | COSTO MATERIALE DI 50 PEZZI FINALI |
|---|---|---|---|---|
| Strumento stampato in 3D in loco | Modulo 3, pressa, attrezzatura per il taglio dei metalli | 10-24 ore (tempo di stampa e post-finitura dello strumento) | $ 40 ($ 30 matrice + $ 10 lamiera) | $ 60 ($ 30 matrice + $ 30 lamiera) |
| Strumento 3D in outsourcing | Pressa, attrezzature per il taglio dei metalli | 6 giorni lavorativi | $ 160 ($ 150 matrice + $ 10 lamiera) | $ 180 ($ 150 matrice + $ 30 lamiera) |
| Strumento in metallo in outsourcing | Pressa, attrezzature per il taglio dei metalli | 25 giorni lavorativi | $ 460 ($ 450 matrice + $ 10 lamiera) | $ 480 ($ 450 matrice + $ 30 lamiera) |
| Parte metallica esternalizzata | Nessuno – completamente esternalizzato | 15 giorni lavorativi | 230 $ | $700 |
Come ripensare il processo di lavoro per lo stampaggio della lamiera
Ripensare la produzione di utensili è un modo efficace per ridurre i costi di fabbricazione dei metalli. Al di là dell’agilità fornita da costosi prototipi di utensili, le matrici in plastica stampate in 3D possono essere sostituti efficienti e convenienti di costosi utensili in metallo. Nel caso della formatura della lamiera, gli strumenti stampati in 3D offrono molteplici opportunità per applicazioni che vanno da supporti piegati a parti in rilievo, reticoli e griglie, nonché set di stampi per una pressa piegatrice.
