Produzione di parti in plastica senza stampi
La stampante 3D “Figure4” di 3D Systems rende più semplice, veloce ed economico realizzare parti in plastica, permettendo di passare direttamente dal progetto CAD alla produzione con iterazioni rapide, senza necessità di riattrezzaggio e in totale libertà geometrica rispetto ai processi tradizionali. Nonostante i continui miglioramenti in oltre 150 anni di evoluzione, lo stampaggio a iniezione non è ancora cambiato in un aspetto: la necessità di stampi, che lo vincola e limita nella complessità delle forme realizzabili e nei tempi/costi di processo. La straordinaria velocità di lavorazione di questo sistema – a differenza di altre tecnologie di stampa 3D in resina – consente di solidificare parti in materiali ibridi (polimerizzazione multimodale) che offrono resistenza meccanica e ad alte temperature, durata, biocompatibilità, stabilità e proprietà elastomeriche simili a quelle utilizzate in ambito termoplastico. Così si apre la strada alla manifattura additiva di parti funzionali per applicazioni inedite di beni durevoli, in settori come l’automobilistico, aerospaziale, sanitario, componentistica e altri.
Figure4® di 3D SYSTEMS è la più recente soluzione di stampa 3D da produzione di con tecnologia di Stereolitografia in plastica: un sistema semi-automatico per facilitare il lavoro, scalabile per crescere con le esigenze dell’azienda, dotata di materiali di costruzione industriali per servire le opportunità competitive, rapidissima per massima reattività.
Sviluppata su un brevetto di oltre 30 anni fa dello stesso fondatore della stampa 3D Chuck Hull (all’epoca impossibile da realizzare a causa della non sufficiente evoluzione tecnologica) è un’intuizione avveniristica che oggi finalmente diviene realtà. Disponibile in 3 configurazioni – “Stand alone”, “Modular”, “Production” – può essere compatta per laboratori o super produttiva per le fabbriche e persino integrabile in flussi di lavoro downsteam, sempre precisa e ultraveloce per avere in giornata prototipi e pezzi da uso finale.
Tecnologia di nuova generazione
L’eccezionale velocità di costruzione di “Figure4” riduce drasticamente i tempi di permanenza del materiale liquido nella vasca di costruzione, consentendo l’inedito utilizzo di materiali ibridi diversi dai fotopolimeri classici, simili a quelli utilizzati nei processi di stampaggio tradizionali.
I punti di forza della manifattura additiva industriale da produzione:
- Più veloce, più semplice da usare, più precisa.
- Miscele multi-materiale con caratteristiche simili allo stampaggio a iniezione.
- Materiali con proprietà fisico-meccaniche più varie e performanti.
- Texturing digitale per la stabilizzazione delle parti senza post-trattamenti.
E inoltre:
- Software CAD/CAM avanzato per progettazioni organiche complesse, riduzione degli assemblaggi interni ultraleggeri ad alta resistenza.
- Sistemi robotici avanzati abilitano connessioni rapide tra le operazioni modulari nel flusso di lavoro e elevata scalabilità
Materiali adatti alla produzione digitale diretta invece che tradizionale: singoli pezzi o lotti piccoli-medi.
I minori costi derivanti dalla produzione digitale senza stampi, insieme alla possibilità di costruire parti in qualsiasi momento gestendo geometrie complesse, offre vantaggi reali in valore e economicità rispetto allo stampaggio a iniezione tradizionale.
PRO10-blk
Resina ad alta precisine e raffinatezza, con rivoluzionarie proprietà meccaniche termoplastiche e stabilità ambientale. Stampabile con velocità fino a 60 mm/h (con spessore dello strato di 50 µm) e con post-elaborazione semplificata (ciclo di polimerizzazione singolo e pulizia con solvente. Consente di mantenere uniformità nel tempo in termini di proprietà meccaniche, colore, opacità e dimensioni Non necessita di post-polimerizzazione termica secondaria, per produzione semplice ed efficace senza stampi.
HI TEMP 300-amb
Plastica resistente a temperature molto elevate, per applicazioni esposte al calore. Ha un valore di HDT superiore a 300 °C sia a bassa che ad alta pressione (HDT a 0,455 e a 1,82 MPa). Ottimo per il collaudo di componenti per alte temperature in applicazioni quali HVAC, elettrodomestici, involucri di motori, asciugacapelli etc. Nessuna post-polimerizzazione termica secondaria.
EGGSHELL10-amb
Progettato specificatamente per resistere all’iniezione di silicone liquido ad alta temperatura e pressione, con fragilità intenzionale per consentire il facile distacco dopo il raffreddamento dello stampo. Materiale volto a ottimizzare i processi di produzione di attrezzature a perdere per la fusione a perdere di parti di qualsiasi grado di durezza. Il colore ambra permette di visualizzare il silicone iniettato. Presenta inoltre un alto valore di HDT, elevato modulo di trazione e basso allungamento alla rottura, eccellente finitura superficiale che non lascia tracce dello stampo una volta rimosso; ovvero proprietà ottimali per gli stampi da iniezione.
JCAST10-grn
Materiale verde ad alto contrasto, ottimo per il burnout facile e pulito nelle applicazioni di fusione diretta. Questo materiale è rivolto ai professionisti della fusione di gioielli, poiché consente di produrre velocemente modelli master accurati, riproducibili e altamente dettagliati per la fusione. Adatto per una vasta gamma di metalli preziosi I modelli sono sufficientemente stabili per essere spediti Consente di eseguire la fusione diretta senza stampi
MED10-wht / MED10-amb
Materiale bianco rigido e materiale biocompatibile ambra traslucido, rispettivamente. Entrambi i materiali sono adatti per applicazioni mediche generiche che richiedono la sterilizzazione e sono resistenti al calore elevato, pertanto si prestano ottimamente per numerose applicazioni industriali a temperatura elevata. Inoltre, grazie alla trasparenza, il materiale Figure 4™ MED-AMB 10 è una soluzione eccellente per le applicazioni che richiedono la visualizzazione del flusso di fluidi.
•Conforme agli standard ISO 10993-1 per la biocompatibilità
•Resistenza termica superiore a 100 °C
•Sterilizzabile mediante autoclave
Le opportunità della manifattura additiva
I VANTAGGI SPECIFICI DEL PROCESSO DI STAMPA 3D
- Complessità delle parti: le stampanti 3D possono produrre parti con forme complesse o personalizzate senza vincoli e geometrie ottimizzate, altrimenti impossibili da realizzare.
- Ridurre i tempi e i costi di produzione, aumentando flessibilità e capacità produttiva.
- Nessuna quantità minima d’ordine: il flusso di lavoro digitale consente la produzione immediata anche di pezzi singoli o piccole quantità senza costi fissi, rimando sempre sostenibili e competitivi. La produzione in tempo reale delle parti elimina la suddivisione in grandi lotti all’interno dello stesso processo produttivo.
- Risparmio costi: la stampa digitale riduce i costi di manodopera, lavorazione, iterazione e prove.
- Nessuna attesa per modifiche o attrezzaggi: una volta completata la progettazione CAD, la produzione può iniziare immediatamente; nello stampaggio a iniezione tradizionale, in genere servono settimane per ottenere gli stampi ed essere pronti alla produzione. I produttori possono cambiare in fretta forma delle parti per una produzione immediata.
- Integrabilità con flusso di lavoro attuale: la stampa digitale può essere integrata con i processi di altre linee di produzione e utilizzate nelle fasi di produzione iniziale di piccoli lotti (Low Rate Initial Production, LRIP) prima di passare alla produzione di massa con la classica stampa a iniezione
- Scalabilità della capacità produttiva: i sistemi possono essere facilmente adeguati mediante la semplice aggiunta di moduli di stampa.
- Versatilità produttiva: ogni lavoro di stampa 3D può produrre parti con geometrie diverse o multipli della stessa; ogni lotto può essere configurato a piacere, con la massima flessibilità.
- Eliminazione archiviazione fisica: lo stampaggio digitale elimina i problemi di immagazzinaggio, gestione logistica, deterioramento o perdita delle parti.
- Materiali resistenti e di alta qualità: l’ampia gamma di resine di costruzione ha formulazioni ibride, vantano infatti con proprietà chimico- fisiche simili a quelle dei polimeri termoplastici tradizionali utilizzati nello stampa a iniezione.
Nuove opportunità di business
Reattività nell’immissione di parti sul mercato – Riduzione dei costi di progettazione, produzione e manodopera – Gestione semplificata del ciclo di vita dei prodotti (PLM) – Valore aggiunto alle parti (personalizzazione/ottimizzazione).
L’eliminazione degli stampi abilita tempi di consegna più rapidi: lo stampaggio a iniezione richiede tempi di progettazione, realizzazione, modifica e rigidità nel flusso di lavoro mentre la produzione digitale elimina i vicoli dovuti alla preparazione degli stampi. La stampa 3D con Figure 4® azzera le criticità dovute agli angoli di sformo, sottosquadri, inserti laterali e altri problemi connessi ai sistemi tradizionali; la produzione digitale può essere realizzata in poche ore eliminando lavorazioni CNC e prime prove iniziali (tipicamente richieste per impostare temperatura, tempo di permanenza e altri parametri di iniezione). Secondo test di riferimento condotti da 3D Systems, in 11 giorni con una configurazione i stampaggio digitale a otto moduli, si realizzerebbero 10.000 unità di tappi di sfiato, mentre con il processo di stampaggio a iniezione ci si troverebbe ancora nella fase di progettazione; nel periodo necessario a produrre 10.000 unità di tappi di sfiato con il tradizionale stampaggio a iniezione, un produttore che utilizza lo stampaggio digitale può produrre quasi 14.000 unità. Il passaggio diretto e immediato “dal CAD alla produzione” della stampa 3D la rende ideale perla produzione di piccoli lotti o per la produzione ponte, consentendo di lanciare prodotti sul mercato più rapidamente salvo nel caso passare poi alla produzione con stampaggio ad iniezione tradizionale
Il fattore costo
Gli stampi sono ancora necessari in caso di tirature di centinaia di migliaia. Uno stampo del costo di 30 mila euro diviso 1 milione di pezzi incide per 3 centesimi su unità, un valore sostenibilissimo; ma su tirature di poche migliaia di pezzi il costo per pezzo aumenta fino a 100 volte. La produzione digitale senza stampi si inserisce in questo spazio di opportunità, azzerando anche altri oneri come la manodopera e la programmazione; con la stampa 3D si passa direttamente dalla progettazione alla produzione, senza costi di validazioni e test. L’accelerazione del time-to-market è un fattore anche competitivo rispetto alle esigenze del cliente: personalizzazione, ottimizzazione, reattività possono essere valere sul prezzo con più alte marginalità. I vantaggi ricadono su tutto il ciclo di vita del prodotto, per esempio per la reperibilità dei ricambi molto tempo dopo la commercializzazione. Nella stampa 3D l’unico costo di archiviazione è dato dallo spazio del file digitale, mentre le parti possono essere prodotte su richiesta, direttamente dal file CAD esistente.
Il fattore qualità
Il vantaggio della stampa 3D di produrre parti complesse senza costi aggiuntivi, emerge ancora di più nel caso di caratteristiche speciali come la texturizzazione o la personalizzazione. Il confronto della presa d’aria per il settore automobilistico (riportata qui accanto) è un utile esempio: nello stampaggio a iniezione comporta maggiori tempi di progettazione e produzione mentre nella stampa in 3D le varianti sono gratuite, perché basta modificare il file CAD e avviarne immediatamente la produzione; anzi può addirittura costare meno, se si utilizza minore quantità di materiali alleggerendo la parte (a parità di resistenza) grazie a re-design e ottimizzazione topologica. Qui le texturizzazioni superficiali sono state cambiate in tempo reale da effetto “pelle di bufalo” a “carbon- look”; con la produzione digitale, le modifiche sono recepite in pochi minuti per soddisfare le preferenze di un cliente, con lo stampaggio tradizionale richiederebbe un riattrezzaggio.
Conclusione
La produzione digitale diretta ad alta velocità, modulare e scalabile, è un’alternativa immediata e dirompente allo stampaggio ad iniezione tradizionale per piccoli lotti di parti in plastica. La tecnologia 3D Systems offre vantaggi nelle diverse fasi di progettazione, sviluppo, produzione e manutenzione lungo l’intero ciclo di vita del prodotto. I vantaggi competitivi della stampa 3D sono tempi di immissione sul mercato più brevi, risparmio dei costi, valore aggiunto al prodotto e ai processi.
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