Introduzione alla formatura della lamiera dalla prototipazione alla produzione

La produzione metallica è essenziale per tutti i settori della nostra economia. Grazie alla loro stabilità, rigidità e resistenza a lungo termine i componenti metallici sono utilizzati in tipi di applicazioni molto diverse, dagli elettrodomestici all’edilizia, passando per la carrozzeria delle automobili. Le tecniche tradizionali di produzione metallica includono la formatura, la fusione, lo stampaggio, la saldatura e la lavorazione meccanica. 

La formatura della lamiera include diversi processi durante i quali si applicano forze a un pezzo di lamiera per provocare la deformazione plastica del materiale fino ad ottenere la forma desiderata, modificandone la geometria, senza rimuovere materiale. Le lamiere possono essere piegate o allungate per ottenere una grande varietà di forme complesse e questo permette di creare strutture complesse caratterizzate da una grande resistenza, mediante l’utilizzo di una quantità minima di materiali. 

Al giorno d’oggi, la formatura delle lamiere rappresenta la procedura di formatura più conveniente per la produzione di parti in grandi quantitativi. Può essere in gran parte automatizzata all’interno delle fabbriche oppure realizzata manualmente nei laboratori di metallurgia per lotti di parti di piccole dimensioni. Si tratta di una procedura versatile, uniforme e di alta qualità per creare parti in metallo precise con sprechi di materiale minimi. Dalle lattine di alluminio alle scocche metalliche dei componenti hardware, le parti create attraverso la formatura della lamiera sono una parte fondamentale della nostra vita quotidiana. 

In questo articolo, scoprirai le nozioni di base sulla lamiera, i vari procedimenti per la sua formatura e come ridurre i costi associati grazie alla creazione rapida di attrezzature e agli stampi realizzati in 3D. Per una panoramica dettagliata e il metodo passo passo, guarda il nostro webinar o scarica il nostro whitepaper. 

Il termine “lamiera” si riferisce a un pezzo di metallo piatto e sottile, prodotto tramite procedimenti industriali. Si può trattare di lamiere estremamente sottili, anche definite lamine o fogli, fino a uno spessore massimo di 6 mm. I pezzi più spessi di 6 mm sono definite lastre d’acciaio o “acciaio strutturale”. In molte parti del mondo, lo spessore delle lamiere viene normalmente misurato in millimetri, ma gli Stati Uniti usano un’unità di misura non lineare chiamata “gauge” (calibro). Più alto è il numero corrispondente al calibro, più sottile sarà la lamiera. 

La lamiera è largamente usata nella produzione di automobili, aerei, treni, scocche per hardware, strumenti da ufficio, elettrodomestici, computer, componenti di macchinari, confezioni di bevande e nel settore edilizio (canali, grondaie, ecc.). 

In genere, la lamiera viene usata per le applicazioni nelle quali la resistenza è più importante del peso, ad esempio le grandi parti strutturali delle navi, i recipienti a pressione e le turbine.

Molti metalli diversi possono essere usati per produrre lamiera, tra cui alluminio, acciaio, ottone, stagno, rame, nickel, titanio e, a scopo decorativo, anche oro, argento e platino.

Solitamente i fogli di lamiera vengono arrotolati e conservati in bobine che possono essere tagliate e piegate per ottenere un’ampia varietà di forme.

La formatura della lamiera include trattamenti come piegatura, rotazione, tensione e allungamento, che vengono somministrati grazie all’uso di stampi o punzoni. In genere la formatura viene eseguita mediante una pressa all’interno della quale le parti vengono formate tra due stampi.

Il processo di formatura della lamiera è semplice:

1. Un foglio di lamiera di un certo metallo viene tagliato dalla bobina per creare singole basi piane. 

2. La base viene posizionata all’interno della macchina per la formatura, tra due strumenti. 

3. Grazie alla forza somministrata dalla macchina, lo stampo superiore (chiamato anche punzone) spinge la lamiera e la costringe ad aderire allo stampo inferiore corrispondente, piegandola fino ad ottenere l’effetto desiderato.

Lo svantaggio della formatura della lamiera è che si tratta di un’operazione per la quale servono apposite attrezzature. Questa procedura richiede macchinari e strumenti specifici per ciascuna parte che si desidera creare. Come mostrato sopra, lo strumento, chiamato anche forma o stampo, è la parte della macchina per la formatura che determina la piegatura della lamiera. 

In genere i produttori creano i propri strumenti per la formatura in metallo, usando la lavorazione meccanica CNC in-house, oppure esternalizzandola a fornitori di servizi. Queste attrezzature comportano un investimento iniziale importante e allungano i tempi di realizzazione. 

A causa delle continue innovazioni, i settori che usano componenti metallici necessitano parti sempre più complicate e una maggiore agilità di produzione. Per ottenere questo risultato è necessario riconsiderare la tecnica di realizzazione delle attrezzature.

Sebbene le parti di grandi dimensioni, come la carrozzeria delle automobili, richiedano attrezzature imponenti, la maggior parte dei laboratori che lavorano i metalli produce parti più piccole che richiedono forze minori per essere piegate. Sostituire gli strumenti in metallo con parti in plastica stampate in-house per la prototipazione e la produzione di volumi ridotti può accorciare i tempi di sviluppo e abbassare i costi di produzione. 

La stampa 3D in-house permette agli ingegneri di creare prototipi di parti in metallo ed eseguire iterazioni dei diversi design in poche ore, con la possibilità di ottenere geometrie complesse e allo stesso tempo riducendo la propria dipendenza dai fornitori esterni. Le stampanti desktop professionali hanno prezzi accessibili, sono facili da implementare e scalabili, il che ti permette di incrementare la tua produttività in parallelo alla domanda.

All’interno delle fabbriche, i produttori usano già le resine polimeriche per stereolitografia per sostituire dime, fissaggi e pezzi di ricambio in metallo. Nei processi come lo stampaggio a iniezione o la termoformatura, l’uso di stampi di prova in plastica è un modo efficace di testare i design e risolvere i problemi legati al design per la fabbricazione, prima di investire denaro nella produzione di stampi in metallo. Passando dal metallo alla plastica, si ottiene un risparmio considerevole sul costo dei materiali.

Guarda il video per scoprire come Shane Wighton, membro del team ingegneristico di Formlabs, ha formato una parte in lamiera usando strumenti stampati in 3D per convalidare un design. 

La tecnologia di stampa 3D SLA presenta diverse proprietà interessanti per la formatura della lamiera. Le stampanti SLA, grazie all’elevata precisione e alla finitura superficiale liscia che le caratterizzano, sono in grado di produrre strumenti con una registrazione dei dettagli eccellente, il che consente una ripetibilità maggiore. Grazie a un ampio catalogo di materiali con diverse proprietà meccaniche, scegliere una resina adatta all’uso specifico può contribuire a ottimizzare i risultati della formatura. Le resine stereolitografiche sono isotropiche e alquanto stabili sotto pressione rispetto ad altri materiali per la stampa 3D. Le attrezzature in plastica permettono inoltre di eliminare la fase di lucidatura in quanto gli stampi in plastica, al contrario di quelli in metallo, non lasciano segni sulla lamiera. 

Il meccanismo è simile al workflow tradizionale di formatura della lamiera. La differenza risiede nella fase di progettazione e stampa degli strumenti: la parte superiore e inferiore dello stampo. La lamiera piana viene poi posizionata tra le due parti dello stampo e pressata all’interno di una pressa idraulica o di altre attrezzature per la formatura. 

La stampa 3D in-house degli strumenti per la formatura della lamiera garantisce flessibilità a designer e ingegneri in quanto riduce i tempi di realizzazione da diverse settimane a un solo giorno. 

Per la produzione con volumi elevati, la prototipazione degli strumenti in plastica permette di verificare l’esattezza del design prima di investire nella creazione di costosi strumenti in metallo. Per la produzione con volumi ridotti, gli stampi realizzati in 3D permettono di risparmiare centinaia di dollari rispetto all’esternalizzazione della parte. 

Ecco un confronto in termini di costo e tempo di realizzazione per gli stampi necessari alla creazione delle protezioni per la lama in metallo di cui si parla nel nostro whitepaper:

Ripensare il modo in cui vengono prodotte le attrezzature è un ottimo modo per ridurre i costi della produzione metallica. Oltre all’agilità di poter effettuare la prototipazione delle attrezzature più costose, l’uso di stampi in plastica realizzati in 3D può sostituire del tutto queste costose attrezzature in metallo in modo efficiente e a un costo accessibile. Per la formatura della lamiera, gli strumenti stampati in 3D offrono l’opportunità ci creare diverse applicazioni, ad esempio attacchi, parti goffrate, feritoie, griglie, nonché una serie di stampi per una pressa piegatrice. 

Nel nostro whitepaper gratuito abbiamo illustrato come siamo riusciti a produrre una protezione per la lama con l’aiuto di stampi in plastica realizzati in 3D. Avremmo avuto la possibilità di produrre decine di queste parti con un solo set di stampi, trasferendo in-house la produzione con volumi ridotti. Scarica il whitepaper per scoprire i dettagli del caso di studio e il metodo passo passo, oppure guarda il webinar per considerazioni di progettazione specifiche ed esempi di applicazione.