Stampi per professionisti: Come realizzarli

La comparsa delle muffe nell’età del bronzo ha affinato i processi di lavorazione grezzi praticati dai nostri antenati. Da allora le tecniche di produzione di stampi sono in aumento, poiché i produttori che utilizzano tecniche avanzate come lo stampaggio a iniezione, la termoformatura o la fusione continuano a utilizzare gli stampi per creare la maggior parte delle parti da plastica, silicone, gomma, materiali, ecc. composti e metallo che vedi intorno a te.

Sia i professionisti che i produttori di hobby interessati a sfruttare questi processi devono capire come funziona il processo di creazione degli stampi, come vengono utilizzati e come ottimizzarne l’uso per soddisfare determinati requisiti di prestazione.

Questa guida completa ti fornirà informazioni dettagliate su come iniziare a creare stampi. Tratteremo i dettagli sui vari processi di stampaggio, su come scegliere la tecnica di stampaggio più adatta, sull’attrezzatura che ottimizza il processo e sul ruolo svolto dalla stampa 3D … e in ogni fase forniremo collegamenti a contenuti che discute il materiale in modo approfondito per garantire il successo dei tuoi progetti di stampaggio.

Cosa sono gli stampi e a cosa servono?

Diversi processi di produzione implicano la modellatura di materie prime malleabili utilizzando uno strumento, una struttura o un telaio fisso e pre-progettato, che è quello che conosciamo come lo stampo. Per quanto riguarda la sua struttura, gli stampi hanno forme concave (stampo negativo) o forme convesse (stampo positivo) che vengono progettate in base al disegno finale che il produttore intende realizzare.

Gli stampi sono fondamentali per questi processi di produzione e il loro scopo principale è riprodurre copie uniformi del progetto dato. Alcuni dei materiali utilizzati per la fabbricazione degli stampi sono metalli, plastica, ceramica, legno e schiuma, tra gli altri. Quando viene progettato e sviluppato con strumenti specifici, lo stampo viene integrato nelle apparecchiature di stampaggio e materie prime come i termoplastici vengono versate al suo interno o tese attorno ad esso. Una volta solidificato, lo stampo segna i suoi motivi sul materiale per formare il prodotto finito.

Quindi cosa si può fare con gli stampi? Praticamente qualsiasi cosa, dai prototipi alle parti complesse di uso finale. Le tecniche di stampaggio vengono utilizzate nella produzione per creare parti di automobili, prodotti di consumo, imballaggi, gioielli, prodotti sanitari e altro ancora. Difficile infatti trovare prodotti funzionali che non abbiano un unico componente realizzato con tecniche di stampaggio.

Processi di produzione mediante stampi

La produzione di stampi è fondamentale per molti processi di produzione, poiché lo stampo funge da modello di partenza per creare repliche di molti prodotti prodotti in serie. Alcuni dei processi di produzione che utilizzano stampi sono:

• Lo stampaggio a iniezione è uno dei processi di produzione più diffusi per le parti termoplastiche, in silicone o in gomma. È una tecnologia economica e altamente ripetibile che genera parti di alta qualità per la produzione di grandi serie. Con questo processo, lo stampo sviluppato viene alimentato nella macchina per lo stampaggio a iniezione, quindi nello stampo vengono versati materiali termoplastici riscaldati o altre materie prime. Quando il materiale si è solidificato, la parte finale viene espulsa dalla macchina e il processo viene ripetuto in rapida successione.
• La termoformatura consiste nel riscaldare un foglio di plastica e dargli delle forme specifiche tramite uno stampo. Gli stampi forniscono i modelli che l’apparecchiatura di termoformatura utilizza per sviluppare un pezzo finito. A seconda del processo di termoformatura utilizzato, lo stampo può essere riempito con una materia prima malleabile, pressato o compresso contro la materia prima oppure è anche possibile forzare un materiale caldo a ricoprirlo applicando un vuoto. La termoformatura è il processo più comune per la creazione di imballaggi e contenitori, ma viene anche utilizzata per realizzare parti di uso finale durevoli.
• La colata comporta il riempimento di uno stampo con metallo fuso o altri materiali liquefatti. Il materiale fuso si raffredda o si indurisce all’interno dello stampo per formare il prodotto desiderato. La colata viene spesso utilizzata per realizzare prodotti in metallo, parti in silicone e plastica.
• Lo stampaggio a compressione è un processo di produzione in cui una quantità misurata di materiale di stampaggio, solitamente preriscaldato, viene compressa alla forma desiderata utilizzando due stampi riscaldati. Lo stampaggio a compressione è generalmente considerato un’alternativa allo stampaggio a iniezione per progetti relativamente semplici per cicli di produzione di parti da basso a medio.
• Il soffiaggio è una tecnica simile alla soffiatura del vetro. Le macchine per soffiaggio soffiano aria in una parte a forma di tubo caldo, che di solito è fatta di plastica o vetro ed è attaccata a uno stampo. Quando l’aria viene soffiata al suo interno, la pressione spinge la plastica fuori fino a quando non si adatta alla forma dello stampo. Il soffiaggio viene spesso utilizzato per realizzare prodotti cavi come le bottiglie.
• La laminazione composita comporta il posizionamento di materiali compositi su uno stampo e l’applicazione di metodi come la laminazione a umido, la laminazione prepreg o lo stampaggio a trasferimento di resina per formare parti composite da materiali ad alte prestazioni come fibra di carbonio, fibra di vetro e kevlar.

Tipi di stampi

Esistono molti tipi di stampi che possono essere utilizzati come soluzioni di attrezzaggio per i processi sopra descritti. Ad esempio, nella colata di alluminio, ci sono circa sette tipi di stampi, inclusi stampi per colata in sabbia, stampi in ceramica e stampi a conchiglia. Pertanto, per semplificare la classificazione delle diverse tipologie di stampo, vengono utilizzate le seguenti categorie:

• Gli stampi monopezzo sono le tipologie di stampo più semplici, con superfici uniformi su tutte le parti dell’oggetto da stampare. Con questi stampi in un unico pezzo è possibile riprodurre anche disegni di stampi o oggetti con una superficie piana. Sebbene sia possibile realizzare stampi in un unico pezzo da modelli CAD, questi stampi sono spesso sviluppati da uno stampo principale fisico.
• Gli stampi in due pezzi offrono un approccio alla produzione di stampi in grado di creare progetti più complessi. Uno stampo in due pezzi è definito come uno stampo con due pezzi separati che vengono riuniti in una linea di apertura per produrre il prodotto finale. Ogni parte prodotta riflette i diversi dettagli delle due parti nel progetto del modello o nel modello principale. La realizzazione di uno stampo in due pezzi implica anche lo sviluppo di entrambi i pezzi da un modello master o da un modello CAD.
• Gli stampi multipezzo sono ideali per la progettazione di stampi con geometrie più complesse che richiedono un approccio diverso rispetto al processo di creazione di stampi a uno o due pezzi. Gli stampi in più parti fanno sì che il modello includa aspetti o dettagli diversi o diversi del modello. Pertanto, lo stampo completo deve essere composto da più pezzi che ricreano tutte le diverse caratteristiche del modello.
• Gli stampi multicavità hanno più di una cavità che ha la forma dello stesso pezzo, rendendo possibile la produzione di più pezzi in ogni ciclo produttivo, aumentando la produttività.

Un altro elemento cruciale che aiuta a classificare le diverse tipologie di stampi è l’indice di riutilizzabilità dello stampo sviluppato. L’indice di riutilizzabilità si riferisce a quanti usi il produttore prevede di supportare lo stampo. I tipi di stampo secondo questa classificazione sono i seguenti:

• Stampi monouso o sacrificali: Questi stampi riproducono un unico oggetto e quando vengono utilizzati, lo stampo viene distrutto durante il processo di sformatura. Gli stampi monouso sono generalmente realizzati con sabbia, argilla, silicone, cera o plastica.
• Stampi riutilizzabili o permanenti: come suggerisce il nome, questi stampi possono essere riutilizzati per più cicli, in piccole o grandi serie di produzione. Per la produzione a basso volume, gli stampi riutilizzabili possono essere realizzati in silicone, schiuma, legno, plastica o metalli teneri come l’alluminio (gli stampi realizzati con questi materiali sono talvolta indicati come “stampi morbidi”). Per grandi volumi di produzione che richiedono stampi più durevoli che non si usurano (spesso chiamati “stampi duri”) realizzati principalmente da metalli duri come l’acciaio.

Come scegliere una tecnica di costruzione degli stampi?

Qual è la migliore tecnica di costruzione di stampi per un’applicazione specifica? Dipende da diversi fattori importanti, come il materiale desiderato per la parte finale, il processo di produzione pianificato, la geometria del modello e il volume di produzione.

Ecco un approccio semplificato passo dopo passo per scegliere la tecnica migliore per il tuo progetto di fabbricazione, mostrandola in più fasi:

1. Descrivi i criteri di sviluppo del tuo progetto

Un piano di produzione principale può aiutare a creare una visione chiara e dettagliata di ciò che ci si aspetta da un progetto, la sua sequenza temporale di sviluppo e il budget disponibile. Il tuo piano è creare pezzi personalizzati o produrre in serie centinaia di unità dello stesso articolo? La risposta a questa domanda definirà le opzioni che devi scegliere nei passaggi seguenti. I criteri di sviluppo possono variare da progetto a progetto, ma in genere includono la progettazione della parte, le dimensioni, il materiale utilizzato, la qualità, le tolleranze richieste, il programma/tempo di produzione, il volume di produzione richiesto, i vincoli del prodotto, i costi, ecc.

Nello sviluppo del prodotto, il documento iniziale che risponde a molte di queste domande è spesso il documento sui requisiti del prodotto , mentre la distinta base è l’elenco completo di parti, oggetti, assiemi e altri materiali necessari per creare un prodotto.

2. Scegli il processo di produzione

Il giusto processo di produzione per una determinata parte dipende in gran parte dai criteri di sviluppo. In alcuni casi, possono essere utilizzati più processi di produzione per creare lo stesso design. In generale, dovresti scegliere il processo in grado di produrre la parte in questione con la qualità desiderata e il costo più basso possibile, rispettando il resto dei criteri di sviluppo. La scelta del materiale e il volume di produzione sono probabilmente i fattori più importanti che influenzeranno la tua decisione.

Se produci parti in plastica, puoi leggere la nostra Guida ai processi di produzione per le materie plastiche.

3. Scegli la tecnica di realizzazione degli stampi

Quando si decide il giusto processo di produzione, anche il tipo di stampo per il processo è in gran parte determinato dai criteri di sviluppo. Sebbene i fattori esatti dipendano dal processo di produzione, ecco alcune delle considerazioni più importanti nella scelta di una tecnica di costruzione di stampi:

• Progettazione della parte: cercare di semplificare il più possibile la progettazione e adattarla alle regole di progettazione del processo produttivo in questione, in modo da scegliere la tecnica che offre i costi più bassi. I progetti semplici possono richiedere solo stampi che possono essere creati utilizzando tecniche manuali, mentre la creazione di progetti complessi spesso richiede stampi in più parti e strumenti di produzione digitale come la stampa 3D o la lavorazione CNC.
• Volume di produzione: le serie di produzione ad alto volume richiedono stampi robusti in grado di riprodurre fedelmente i modelli senza usurarsi dopo pochi utilizzi. Tuttavia, la produzione di tali strumenti è costosa e richiede tempo. Se stai realizzando pezzi unici o lotti a basso volume, potrebbe essere più efficiente scegliere stampi più economici che possono essere creati più velocemente, come stampi usa e getta o morbidi che possono essere gettati via quando iniziano a mostrare segni di usura irreparabile.
• Qualità: tolleranze strette richiedono stampi e strumenti più precisi, come strumenti di produzione digitale, e devono essere più robusti per garantire una qualità costante delle parti su più cicli.
• Sequenza temporale: la produzione di stampi in metallo complessi spesso richiede di lasciarli nelle mani di un fornitore di servizi per mesi. Se lavori con tempi più ristretti, prova a cercare alternative che abbreviano i periodi di produzione, come gli utensili stampati in 3D rapidi .
• Materiale: i materiali che hanno un punto di fusione più elevato o sono più abrasivi richiedono stampi più resistenti e in grado di creare il volume desiderato di parti senza degradarsi.

Come realizzare uno stampo per diversi processi produttivi

Questa sezione fornisce una breve panoramica delle tecniche di produzione per diversi processi di produzione. Segui i nostri link per trovare guide complete e tutti i flussi di lavoro passo dopo passo.

Esistono due principali tecniche di costruzione degli stampi: processi di costruzione degli stampi diretti e indiretti. Nella produzione di stampi indiretti, gli stampi vengono sviluppati da un modello o modello fisico principale. Il processo diretto prevede lo sviluppo di uno stampo direttamente dalla progettazione digitale, utilizzando processi di produzione digitale nella stragrande maggioranza dei casi.

Stampi in silicone per colata

La colata di silicone è uno dei processi più popolari che utilizzano gli stampi. Sviluppatori di prodotti, ingegneri, fai-da-te e persino chef utilizzano stampi in silicone per creare pezzi unici o piccoli lotti di parti da vari altri materiali. Il silicone è una buona scelta per realizzare stampi perché può essere utilizzato per creare facilmente disegni personalizzati e gli stampi stessi sono molto resistenti, quindi possono essere usati ripetutamente senza timore di romperli.

A seconda del tuo design, potresti aver bisogno di uno stampo in un pezzo o in due pezzi. Il processo di produzione di questi stampi è simile, ma la creazione di uno stampo in due pezzi richiederà un po’ più di tempo. Usa le istruzioni passo passo nel video o la nostra guida pratica alla realizzazione di stampi in silicone per creare i tuoi stampini.

Stampi ad iniezione

Gli stampi per lo stampaggio a iniezione sono generalmente 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.

Tuttavia, ci sono alternative alla lavorazione di stampi in metallo. Sfruttare la stampa 3D per realizzare stampi a iniezione da utilizzare per la prototipazione e la produzione a basso volume riduce i costi e il tempo necessari rispetto all’utilizzo di stampi in metallo, pur continuando a realizzare parti ripetibili di alta qualità.

Stampi per termoformatura

Gli stampi necessari per il processo di termoformatura possono essere sviluppati attraverso vari processi di produzione, come intaglio a mano dal legno, lavorazione CNC da plastica, schiuma strutturale, fibra di vetro, materiali compositi o metalli; Stampa 3D di polimeri o colata di gesso o metallo.

Molte aziende si stanno rivolgendo alla stampa 3D stereolitografica (SLA) per creare stampi per i processi di termoformatura perché offre tempi di consegna rapidi a un prezzo basso, soprattutto con piccole tirature di produzione, parti personalizzate e design di prototipi. La stampa 3D offre anche una libertà di progettazione senza precedenti per creare stampi complessi e dettagliati.

Stampaggio a compressione

A seconda del materiale o del carico che stai stampando a compressione, hai diverse opzioni per la creazione di stampi, come la pressofusione, la lavorazione CNC o la stampa 3D. La chiave è che i tuoi stampi devono essere in grado di resistere al processo di stampaggio a compressione, quindi se hai intenzione di utilizzare il calore, gli stampi che crei devono essere in grado di resistere a grandi variazioni di temperatura. Gli stampi dovranno anche essere in grado di resistere alla pressione applicata durante la compressione.

Stampi per la colata di metalli

Sebbene tutte le tecniche di fusione dei metalli condividano lo stesso processo principale, esistono alcuni metodi che sono più adatti a determinate applicazioni. Alcuni dei metodi più comuni sono la pressofusione, lo stampaggio a iniezione e la colata in sabbia.

Sia i modelli per la realizzazione di stampi indiretti che gli stampi per la colata diretta di parti metalliche possono essere realizzati con diversi metodi contemporaneamente. Leggi la nostra guida alla fusione dei metalli per i dettagli su ogni processo.

Inizia a lavorare con stampi stampati in 3D

La combinazione di tecniche di produzione tradizionali come lo stampaggio a iniezione, la termoformatura o la colata di silicone con parti stampate in 3D consente ai prodotti di essere immessi sul mercato più rapidamente, con un processo di produzione più efficiente in termini di tempo e costi.

La stampa 3D desktop offre alle aziende un metodo versatile ed economico per lo sviluppo di modelli e stampi master per processi di produzione di stampi sia diretti che indiretti, completamente in loco.