Stampa 3D ad iniezione a basso volume

Sebbene lo stampaggio a iniezione sia sempre stato considerato un processo di produzione utilizzato solo per la produzione di massa a causa dei suoi elevati costi di attrezzaggio, sfruttare la stampa 3D per realizzare stampi a iniezione può darti la possibilità di utilizzare questo processo per produrre parti ripetibili.alta qualità per la prototipazione e basso volume produzione.

In questa guida completa imparerai come utilizzare gli stampi a iniezione stampati in 3D, sia con macchine da lavoro che industriali, per produrre in modo efficiente ed economico centinaia di prototipi funzionali e parti che accelerano lo sviluppo del prodotto, riducono i costi e i tempi di consegna. portare sul mercato prodotti migliori.

Stampaggio a iniezione a basso volume vs. stampaggio ad iniezione tradizionale

Lo stampaggio a iniezione è uno dei principali processi per la produzione di materie plastiche. È una tecnologia economica e altamente ripetibile che genera parti di alta qualità per la produzione di grandi serie. Pertanto, viene spesso utilizzato per la produzione in serie di parti identiche con tolleranze strette.

Lo stampaggio a iniezione è un processo rapido e intensivo che utilizza pressioni e temperature elevate per iniettare materiale fuso in uno stampo. Il particolare materiale fuso utilizzato dipende dallo scopo e dalla portata del progetto di fabbricazione. I materiali più diffusi sono vari termoplastici, come acrilonitrile butadiene stirene (ABS), polistirene, polietilene (PE), policarbonato (PC), polipropilene (PP) o poliuretano termoplastico (TPU), ma possono anche essere stampati mediante iniezione di metalli e ceramica. Lo stampo è costituito da una cavità che ospiterà il materiale fuso iniettato ed è progettato per riflettere accuratamente i dettagli finali del pezzo.

Di solito sono realizzati in metallo mediante lavorazione CNC o elettroerosione. Sono metodi industriali costosi che richiedono attrezzature specializzate, software di fascia alta e manodopera specializzata. Ecco perché la produzione di uno stampo in metallo richiede in genere dalle quattro alle otto settimane, con costi che vanno da $ 2.000 a oltre $ 100.000, a seconda della forma e della complessità della parte. Per quantità di parti più piccole, il costo, il tempo, le attrezzature specializzate e la manodopera qualificata necessari per fabbricare lo stampo da comuni utensili metallici e metodi di produzione rendono lo stampaggio a iniezione su questa scala accessibile, spesso irraggiungibile per molte aziende. Tuttavia, ci sono alternative alla lavorazione di stampi in metallo.

La stampa 3D desktop è una soluzione potente per realizzare stampi a iniezione in modo rapido ed economico. Richiede pochissime attrezzature, risparmiando tempo e operatori CNC qualificati che possono nel frattempo concentrarsi su altre attività importanti. I produttori possono sfruttare internamente la velocità e la flessibilità della stampa 3D per creare lo stampo e combinarlo con la potenza di produzione dello stampaggio a iniezione per produrre più unità da comuni termoplastici nel giro di pochi giorni. Possono persino ottenere stampi di forme complicate che sarebbero difficili da realizzare tradizionalmente e possono essere utilizzati con macchine di stampaggio desktop e industriali, quindi i team di sviluppo possono essere più innovativi.

Mentre gli stampi stampati in 3D possono offrire questi vantaggi se usati correttamente, ci sono anche alcune limitazioni di cui essere a conoscenza. Non dovremmo aspettarci le stesse prestazioni da uno stampo stampato in 3D in polimero come da uno ricavato dal metallo. Le dimensioni critiche sono più difficili da soddisfare, il tempo di raffreddamento è più lungo perché il trasferimento di calore è più lento nella plastica e gli stampi stampati possono rompersi più facilmente sotto calore e pressione. Tuttavia, le aziende del settore continuano a implementare stampi stampati in 3D nei loro flussi di lavoro di stampaggio a iniezione per brevi tirature, consentendo loro di produrre rapidamente da centinaia a migliaia di parti. Con usi come la progettazione di prototipi funzionali con materiali di uso finale,

La tecnologia di stampa 3D stereolitografia (SLA) è una buona scelta per lo stampaggio. È caratterizzato da una finitura superficiale liscia e da un’elevata precisione che lo stampo trasferirà al pezzo finale e che ne facilita anche la sformatura. Le stampe 3D realizzate utilizzando la stereolitografia hanno legami chimici che le rendono completamente dense e isotropiche. In questo modo vengono prodotti stampi funzionali con una qualità impossibile per la stampa 3D utilizzando la modellazione a deposizione fusa (FDM) . Le stampanti SLA desktop , come quelle offerte da 3d-type, possono essere facilmente integrate in qualsiasi flusso di lavoro di stampaggio a iniezione perché sono facili da installare, utilizzare e mantenere.

Un’alternativa per la produzione di volumi medi da 500 a 10.000 parti è la lavorazione di stampi in alluminio, che può anche ridurre i costi associati alla produzione di stampi. La lavorazione dell’alluminio è da cinque a dieci volte più veloce dell’acciaio e consuma meno sugli utensili, con conseguente riduzione dei tempi di produzione e costi inferiori. Inoltre, l’alluminio conduce il calore più velocemente dell’acciaio, quindi è meno necessario creare canali di raffreddamento e i produttori possono semplificare la progettazione degli stampi pur avendo tempi ciclo brevi.

Il tipo di pressa a iniezione non ha una grande influenza sul processo di stampaggio a iniezione a basso volume, poiché le grandi presse a iniezione industriali tradizionali possono essere utilizzate anche con stampi a iniezione stampati in 3D. Tuttavia, queste macchine sono costose, hanno requisiti di struttura rigorosi e richiedono manodopera qualificata, motivo per cui molte aziende esternalizzano la produzione di volumi medi e alti a fornitori di servizi e produttori a contratto.

Se hai poca o nessuna esperienza con lo stampaggio a iniezione e sei interessato a provarlo con un investimento limitato, l’utilizzo di una pressa a iniezione manuale come Holipress o Galomb Model-B100 potrebbe essere una buona opzione. Le apparecchiature automatizzate di stampaggio a iniezione su piccola scala come la macchina da tavolo MicroMolder o la macchina idraulica Babyplast 10/12 sono buone alternative per la produzione in lotti di piccoli volumi di piccoli volumi.

Flusso di lavoro passo passo per lo stampaggio a iniezione di volumi ridotti

Il flusso di lavoro per lo stampaggio a iniezione di volumi ridotti comprende i seguenti sette passaggi:

1. Progettazione dello stampo

Progetta lo stampo del tuo pezzo nel software CAD di tua scelta. Segui le regole di progettazione comuni per la produzione additiva e la progettazione di stampi a iniezione . Puoi trovare i consigli di progettazione specifici per gli stampi polimerici stampati in 3D nel nostro white paper.

2. Stampa 3D dello stampo

Scegli un materiale per la stampa 3D e inizia la stampa. L’uso della resina rigida 10K con un’altezza dello strato di 50 micron è la scelta ideale per molti modelli di stampi in quanto combina elevata tenacità, rigidità e resistenza termica.

Quando possibile, stampa gli stampi a filo, direttamente sulla piattaforma di stampa e senza supporti, per ridurre la deformazione.

Dopo un lavaggio e una post-polimerizzazione, il tuo stampo stampato in 3D è pronto per essere integrato nel processo di stampaggio a iniezione.

3. Assemblaggio stampi

Prima dell’assemblaggio, puoi decidere di rifinire lo stampo per soddisfare le misure essenziali, sia mediante levigatura manuale, lavorazione desktop o lavorazione CNC.

Si consiglia di posizionare lo stampo stampato all’interno di un telaio metallico standard o di una matrice per unità master per sostenerlo contro le alte pressioni e prolungare la vita dello stampo stampato. Montare con cura lo stampo stampato in 3D all’interno del telaio metallico. Aggiungi perni di espulsione, inserti, parti di azione laterale e altri componenti secondo necessità.

Installa lo stampo assemblato sulla tua macchina per lo stampaggio a iniezione.

4. Fissaggio dello stampo

Immettere i granuli di plastica, configurare le impostazioni necessarie e avviare la produzione. Si consiglia di utilizzare una forza di serraggio inferiore se lo stampo stampato non è protetto da un telaio metallico.

Gli stampi stampati in 3D possono essere iniettati con un’ampia varietà di materiali termoplastici come elastomero termoplastico, polipropilene, polietilene, acrilonitrile butadiene stirene, poliacetale, acrilonitrile stirene acrilato, poliammide, policarbonato o poliuretano termoplastico.

5. iniezione

Potrebbero essere necessarie iniezioni multiple per identificare le condizioni ideali per il processo, poiché entrano in gioco molti fattori, tra cui la geometria delle parti, la plastica scelta, le temperature e le pressioni di iniezione e altri parametri.

Ridurre il più possibile la pressione e la temperatura di iniezione.

Con un unico stampo stampato, gli utenti di 3d-type possono in genere iniettare centinaia di parti con plastiche facili da lavorare come elastomero termoplastico, polipropilene e polietilene, a temperature fino a 250ºC. Con le materie plastiche che richiedono una temperatura di iniezione più elevata, come il poliammide o il policarbonato, lo stampo stampato in 3D potrebbe avere una durata più breve.

6. Raffreddare

Il tempo di raffreddamento di uno stampo stampato in polimero è più lungo rispetto a uno stampo in metallo, perché il trasferimento di calore è più lento nella plastica che nel metallo. Pertanto, non viene spesso suggerito di aggiungere canali di raffreddamento allo stampo stampato.

Invece, il raffreddamento può essere accelerato applicando aria compressa per raffreddare lo stampo o utilizzando più stampi intercambiabili.

7. Spogliarello

Sforma il pezzo manualmente o automaticamente con i perni di espulsione. Applica un distaccante per stampi per termoplastici ad alta viscosità. Gli agenti distaccanti sono prontamente disponibili e gli agenti distaccanti siliconici, come i prodotti di Slide o Sprayon, sono compatibili con le resine 3d-type.

Applicazioni di stampaggio a iniezione a basso volume

Le tre applicazioni principali per lo stampaggio a iniezione di volumi ridotti sono la prototipazione rapida, lo stampaggio a iniezione a basse tirature e lo stampaggio a iniezione su richiesta o personalizzato.

Prototipazione rapida con stampaggio ad iniezione

La prototipazione rapida aiuta le aziende a trasformare le idee in prove di concetto realistiche, a trasformare questi concetti in prototipi ad alta fedeltà che hanno lo stesso aspetto e a funzionare come i prodotti finali e portano i prodotti attraverso una serie di fasi di convalida alla produzione a catena.

In generale, la stampa 3D è il modo più comune per produrre prototipi rapidi. Tuttavia, più avanti nel processo di sviluppo è spesso necessario produrre volumi leggermente maggiori di prototipi identici utilizzando gli stessi materiali e processi di produzione delle parti finali. Questi prototipi possono quindi essere utilizzati per applicazioni come beta test e test nel mondo reale. La combinazione di stampi stampati in 3D con lo stampaggio a iniezione consente ai produttori di sviluppare prototipi funzionali in modo rapido ed efficiente e di accelerare il processo di sviluppo del prodotto.

Ad esempio, la startup francese Holimaker sta sviluppando una macchina per lo stampaggio a iniezione manuale che consente a ingegneri e designer di prodotti di elaborare piccole quantità di parti in plastica alla propria scrivania per la prototipazione, la produzione pilota o anche una serie limitata di parti in plastica per l’uso finale.

L’azienda offre studi di fattibilità ai propri clienti, utilizzando stampi stampati in 3D per una produzione rapida ed economica. Ciò consente ai suoi clienti di progettare prototipi in modo rapido e conveniente e di convalidare le condizioni di produzione finali durante la fase di produzione pilota dell’introduzione di un nuovo prodotto.

Utilizzando lo stesso metodo di produzione, compreso il design dello stampo e i materiali, queste parti possono essere testate nell’uso effettivo e garantire che i progetti siano pronti per essere prodotti su larga scala. I modelli di stampi stampati in 3D possono quindi essere facilmente adattati per l’uso con l’acciaio per utensili durante la produzione di massa.

Holimaker è riuscita a ridurre i tempi di consegna degli stampi a iniezione a 24 ore con stampi stampati in 3D e utilizza stampi a iniezione stampati in 3D per l’80-90% dei suoi progetti attuali.

Stampaggio ad iniezione in piccole serie

Lo stampaggio a iniezione a breve termine offre ai produttori un mezzo per produrre tirature più piccole di parti per uso finale per prodotti che vengono prodotti solo in quantità limitate o per realizzare una prova pilota di un prodotto per testarne le prestazioni sul mercato prima di investire troppo capitale. dentro.

Lo stampaggio a iniezione a basso volume offre l’opportunità di produrre parti per uso finale precise e ripetibili senza gli elevati costi fissi associati allo stampaggio a iniezione tradizionale.

Multiplus è un fornitore di soluzioni di stampaggio a iniezione con sede a Shenzhen che copre l’intero ciclo di produzione di prodotti in plastica dalla progettazione alla produzione, servendo più di 250 clienti all’anno, tra cui alcuni Fortune 500. Alcuni di questi clienti richiedono la produzione in piccoli lotti, che è sempre stata costoso e dispendioso in termini di tempo con lo stampaggio a iniezione a causa della complessità della produzione di utensili rigidi.

Quando la domanda di produzione in piccoli lotti ha iniziato a crescere, Multiplus si è rivolta alla stampa 3D per esplorare diversi materiali, cercando un modo conveniente per produrre stampi in plastica più economici per piccoli ordini e cicli di produzione pilota. La produzione di stampi a iniezione di produzione a basso volume con le stampanti 3d-type ha ridotto i costi, la manodopera e il tempo necessari per il processo rispetto alla lavorazione di stampi in alluminio. Inoltre, la stampa 3D potrebbe essere perfettamente combinata con le loro macchine per lo stampaggio a iniezione industriale Babyplast.

Stampaggio ad iniezione su richiesta o su misura

Lo stampaggio a iniezione personalizzato o lo stampaggio a iniezione rapida su richiesta può essere necessario per produrre parti per uso finale su misura per scopi specifici, come prodotti su misura per gli utenti o applicazioni specifiche in base al tempo. Il volume di produzione limitato e/o il tempo richiesto rendono lo stampaggio a iniezione di utensili pesanti tradizionali né efficiente né fattibile. In questi casi, lo stampaggio a iniezione a basso volume con stampi stampati in 3D è una soluzione ideale per accelerare il processo e produrre parti personalizzate.

L’esempio di Braskem, una delle principali aziende petrolchimiche del settore, evidenzia l’utilità degli stampi stampati in 3D per evadere ordini veloci su richiesta. Durante la prima ondata della pandemia di COVID-19, l’azienda aveva bisogno di produrre migliaia di estensori per maschere per proteggere la sua forza lavoro in tutto il mondo. Braskem ha identificato lo stampaggio a iniezione come il metodo ideale per produrre le parti, ma senza l’aiuto della stampa 3D, avrebbe dovuto esternalizzare un costoso stampo in metallo, quindi sia i tempi che i costi sarebbero stati maggiori.

Il team di Braskem si è rivolto allo stampaggio a iniezione utilizzando una stampante 3D 3d-type LAB H5 per stampare lo stampo per i suoi estensori e la macchina per lo stampaggio a iniezione completamente elettrica Cincinnati Milacron Roboshot da 110 tonnellate per sviluppare gli estensori.

Sfruttando la stampa 3D ed entro una settimana dalla ricezione dell’e-mail dal vicepresidente, il team stava producendo migliaia di estensori e si stava preparando a spedirli agli uffici di tutto il mondo.

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