La mascheratura, ovvero la copertura strategica di determinate aree durante processi come la verniciatura, la sabbiatura o la metallizzazione, è solitamente un passaggio dei processi di produzione che richiede molta manodopera e presenta un basso margine di errore. La stampa 3D è un mezzo economico per produrre maschere personalizzate in grado di adattarsi a geometrie complesse e di essere riutilizzate, riducendo così le ore di manodopera all'interno dei workflow di post-elaborazione.
Sia la stereolitografia (SLA) che la sinterizzazione laser selettiva (SLS) sono tecnologie di stampa 3D che possono essere impiegate nella produzione di strumenti di mascheratura e ognuna offre vantaggi unici. In questa guida illustreremo gli aspetti da considerare nella creazione delle maschere, come scegliere la tecnologia di stampa 3D migliore per il tuo workflow, e forniremo esempi di clienti che hanno ottenuto una perfetta finitura delle parti grazie all'utilizzo di maschere stampate in 3D. Per istruzioni dettagliate su come scegliere un metodo di mascheratura e sui risultati di differenti workflow, scarica il nostro whitepaper.
Guida completa agli strumenti di mascheratura stampati in 3D
In questo whitepaper illustriamo come l'utilizzo della stampa 3D per creare strumenti di mascheratura per verniciatura, rivestimento, placcatura o finitura delle parti può ridurre tempi e costi di manodopera e consente di ottenere geometrie e finiture nuove e complesse.
Che cos'è la mascheratura?
La mascheratura è la copertura strategica di determinate aree di una parte alle quali non devono essere applicati processi di rivestimento, verniciatura, metallizzazione o altri metodi di finitura superficiale. I motivi per cui queste aree non devono essere trattate possono essere molteplici: ad esempio, perché serviranno come attacco per un assemblaggio, per motivi di conduttività elettrica o perché devono essere rivestite con un altro materiale o colore. Le maschere sono pertanto supporti di produzione che possono essere personalizzati e realizzati per corrispondere a ciascuna parte finale, ma anche creati una sola volta e usati mentre ogni singola parte viene sottoposta al processo di finitura.
Anche nei settori in cui buona parte del processo di finitura è automatizzato, come il settore automobilistico, la mascheratura viene ancora spesso realizzata manualmente con carta e nastro adesivo. Crediti: mirka.com
Come vengono realizzati gli strumenti di mascheratura?
I workflow tradizionali di mascheratura includono la misurazione e il taglio manuale del nastro adesivo, la lavorazione meccanica di maschere in metallo o plastica, o talvolta il rivestimento dell'intera parte e la successiva lavorazione meccanica o raschiatura del rivestimento dall'area designata. L'applicazione del nastro adesivo, anche se con materiali a basso costo, è un workflow che richiede un considerevole impiego di manodopera. Di conseguenza, i minuti di lavoro aggiuntivi dedicati a ogni singola parte rallentano la linea di produzione. Le maschere realizzate con la lavorazione meccanica possono essere utilizzate più volte, ma sono costose da produrre e il processo comporta delle limitazioni geometriche.
Le maschere sono un'applicazione ideale per la stampa 3D: sono spesso necessarie nella produzione in volumi ridotti e in caso di geometrie molto specifiche, in cui devono ricoprire solo determinate aree al centro o sui bordi o seguendo un pattern specifico su una parte più grande. Le maschere stampate in 3D possono essere prodotte con meno manodopera, offrono una maggiore ripetibilità e semplificano molte operazioni di mascheratura complesse. Inoltre, possono essere usate come prototipi di mascheratura per convalidare i workflow prima di passare a un altro materiale.
Considerazioni sulla stampa 3D delle maschere
Vi sono alcuni fattori da considerare quando si sceglie un materiale per produrre le maschere. Si tratta dei requisiti meccanici e chimici, dell'aderenza delle parti e dei requisiti di produzione.
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Temperatura: è il fattore più limitante, poiché alcuni rivestimenti si polimerizzano a temperature molto elevate in forni o fornaci. La High Temp Resin può resistere fino a 238 °C ed è adatta a molti processi di rivestimento in polvere a temperature più basse.
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Abrasività: alcuni processi di finitura usano materiali abrasivi, come pellet di ceramica o gusci di noce, per cui le maschere devono essere realizzate con materiali in grado di sopportare la specifica forza di abrasione. In questi casi, consigliamo di utilizzare un materiale più duro, come la Rigid 10K Resin per le parti SLA o la Nylon 12 GF Powder per le parti SLS.
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Uso di soluzioni: molti rivestimenti richiedono l'utilizzo di soluzioni basiche o acide. Se il processo comporta l'utilizzo di una soluzione acida o basica, assicurati di confrontare la scheda tecnica con i requisiti chimici.
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Aderenza alla parte: quando si pressa una maschera su una parte, a seconda dell'ambito, sono necessari gradi diversi di rigidità o flessibilità. La stampa 3D consente di provare svariati materiali a basso costo, come la Durable Resin, la Rigid 10K Resin, la Nylon 11 Powder e la Nylon 12 Powder.
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Requisiti di produzione: alcune applicazioni di mascheratura richiedono solo una o due maschere, mentre altre devono adattare il volume delle maschere al volume delle parti. Le stampanti SLA di Formlabs, sia la Form 3+ che la Form 3L, sono ottime scelte per volumi ridotti di maschere (ad esempio, nei processi sottrattivi possono essere realizzate solo in poche unità per volta). Per volumi più elevati è più adatta la stampante SLS Fuse 1+ 30W, che consente di impilare in verticale più parti all'interno del volume di stampa.
Tecnologie SLA e SLS per la mascheratura
SLA: Form 3+ e Form 3L
Le stampanti SLA di Formlabs, l'unità desktop Form 3+ e quella da banco Form 3L, offrono un'ampia scelta di materiali, tempi di produzione rapidi, alta risoluzione e capacità di stampa di grande formato. Un altro vantaggio delle stampanti SLA di Formlabs è rappresentato dalla loro versatilità. Sono infatti disponibili oltre 40 resine, tra cui è possibile selezionare quella più adatta alle proprietà desiderate. Esistono resine morbide e conformi, come la Elastic 50A Resin, adatta a maschere che simulano il silicone, o altre più adatte a maschere rigide, come la Rigid 10K Resin. Per quanto riguarda le considerazioni relative al processo di mascheratura, come la temperatura o la conduttività, il catalogo dei materiali Formlabs include anche materiali specialistici, come l'ESD Resin, per dissipare in modo efficace la scarica elettrostatica.
| Resina | Punto di forza | Temperatura di distorsione termica |
|---|---|---|
| Draft Resin | Velocità di stampa molto elevata. Questa resina è un'ottima scelta per tempi di produzione rapidi, quando la tolleranza non è l'obiettivo principale. | 57 ℃ |
| Durable Resin | Conformità e alta resistenza agli urti. Un materiale valido quando si desidera ottenere aderenze perfette, incastri a pressione o flessibilità/conformità in corrispondenza dei dettagli. | 41 ℃ |
| Tough 1500 Resin | Più rigida della Durable Resin, pur mantenendo la conformità. | 52 ℃ |
| Rigid 10K Resin | Resina molto rigida, ideale per le applicazioni di mascheratura su elementi di raccordo o spigoli vivi. Un'ottima scelta anche per i processi abrasivi. | 218 ℃ |
| High Temp Resin | La High Temp Resin, la resina di Formlabs più resistente alle alte temperature, è ideale per tutti i processi che richiedono una polimerizzazione a temperature elevate. | 238 ℃ |
| Elastic 50A Resin | È il materiale con la durezza più bassa. La Elastic 50A Resin è un'ottima opzione quando la priorità è la conformità. | N/D |
SLS: serie Fuse
Realizzare le maschere con le stampanti SLS della serie Fuse offre diversi vantaggi: la possibilità di produrre in lotti, la resistenza e la robustezza delle polveri SLS, nonché l'assenza di post-elaborazione. L'impilaggio verticale nelle camere di stampa della serie Fuse consente di stampare contemporaneamente decine o centinaia di maschere, perfette per applicazioni come il rivestimento con Cerakote, in cui bracci robotici possono rivestire centinaia di parti in una volta sola.
Le polveri SLS di Formlabs, che comprendono quattro tipi di polvere di nylon e una di TPU, sono ben note in ambito produttivo e possono essere utilizzate per ottenere resistenza e robustezza a lungo termine. In generale, i materiali in nylon hanno buone prestazioni di compatibilità chimica. La struttura semicristallina dei materiali in nylon ne garantisce una buona resistenza a petrolati, acetone e grassi a base di silicone, nonché una minore sensibilità alla formazione di crepe da sollecitazione ambientale.
Scopri di più sulla compatibilità dei solventi del nylon sul sito di CP Lab Safety.
| Polvere | Punto di forza | Temperatura di distorsione termica |
|---|---|---|
| Nylon 12 Powder | Il materiale SLS più economico con un elevato tasso di rigenerazione. Più rigido della Nylon 11 Powder e dotato di una temperatura di distorsione termica sotto sforzo più alta e di una migliore resistenza alla flessione. Se le maschere necessitano di un componente rigido o vuoi ridurre al minimo i costi di produzione, scegli la Nylon 12 Powder. | 171 ℃ |
| Nylon 11 Powder | Un materiale ad alte prestazioni con elevata resistenza agli urti, ottime prestazioni sui particolari sottili e un alto livello di duttilità. La Nylon 11 Powder è la scelta ideale per maschere conformi agli standard della stampa SLS o che richiedono particolari molto precisi. | 182 ℃ |
| Nylon 11 CF Powder | Proprietà del materiale eccezionali. La Nylon 11 CF Powder si presta molto bene alla produzione di maschere rigide con una resistenza agli urti e una temperatura di distorsione termica elevate, soprattutto sotto sforzo. | 188 ℃ |
| TPU 90A Powder | Un materiale SLS elastomerico che consente di ottenere componenti flessibili con un elevato livello di libertà di design. La TPU 90A Powder può essere utilizzata per guarnizioni, tappi e maschere conformi. | 94 ℃ |
Caso di studio: NIC Industries (Cerakote): combinazione di fissaggi e maschere realizzati con la stampa SLS
NIC Industries, l'azienda produttrice di Cerakote, riveste da tempo parti stampate in 3D utilizzando maschere a loro volta stampate in 3D, che si sono dimostrate particolarmente utili durante l'utilizzo dell'apparecchio robotico per l'applicazione di Cerakote a grandi volumi di produzione.
Per una produzione in lotti di campioni, l'azienda ha collaborato con Formlabs per produrre 1000 unità, utilizzando maschere realizzate con la stampa 3D SLS per la mascheratura rapida ed efficiente di determinate superfici. Le maschere sono state realizzate con la stampante SLS Fuse 1+ 30W in Nylon 12 Powder e servivano a coprire la parte interna dell'assemblaggio in due parti del prodotto finale, per evitare l'eccessiva applicazione di vernice a spruzzo e garantire una separazione netta dei colori. Le maschere servono anche a fissare la parte all'assemblaggio dell'applicatore robotico, garantendo un'elevata produttività e un rivestimento uniforme.
Maschera e fissaggio realizzati con la stampa 3D SLS (a sinistra), maschere stampate in 3D fissate per consentire il rivestimento robotico (al centro) e campione in due parti realizzato con la stampa 3D SLS e sottoposto a finitura con Cerakote serie H (a destra).
In un'altra occasione, NIC Industries doveva eseguire la post-elaborazione dell'impugnatura di un arco, ma proteggere il canale interno di una filettatura durante la fase di rivestimento prima dell'assemblaggio finale. Prima dell'applicazione di Cerakote, l'azienda ha progettato e stampato in 3D una maschera per proteggere le superfici interne dell'impugnatura dell'arco. La maschera era simile a un tappo che si inserisce nella filettatura e impedisce il passaggio del materiale di rivestimento nella cavità, garantendo uno scorrimento fluido della vite nell'assemblaggio finale. I tappi si possono rimuovere facilmente, si flettono leggermente per entrare e uscire dalla cavità e sono sufficientemente resistenti da poter essere utilizzati per centinaia di applicazioni di rivestimento.
Maschera in due pezzi stampata in 3D con la Nylon 12 Powder per l'impugnatura di un arco
Impugnatura dell'arco e maschera stampata in 3D assemblati
Le maschere stampate in 3D consentono di ridurre i costi e migliorano l'estetica e le prestazioni
La stampa 3D in-house delle maschere può ridurre i costi di manodopera, migliorare l'aspetto e le prestazioni delle parti finali e semplificare i processi di validazione. Il ricorso alle parti stampate in 3D nelle applicazioni per utilizzo finale è in crescita e i passaggi di rivestimento, tintura e verniciatura sono spesso necessari. Gli strumenti di mascheratura sono necessari sia per le parti stampate in 3D che per molti articoli prodotti con metodi tradizionali. I vantaggi che la stampa 3D offre per una parte (personalizzazione, libertà di design, convenienza della produzione in volumi ridotti) valgono anche per la realizzazione delle maschere. Sfruttando la velocità, l'efficienza e la versatilità dei materiali e delle stampanti SLA e SLS di Formlabs è possibile semplificare la produzione in-house di maschere e ridurre eventuali problemi nella catena di fornitura.
Per sapere quale stampante 3D e quale materiale Formlabs sono più adatti alla tua applicazione per la mascheratura, contatta il nostro team vendite. In alternativa, scarica il nostro whitepaper per scoprire i diversi metodi di mascheratura e vedere i risultati dei test effettuati.
