Stampaggio a iniezione fai da te: come eseguire lo stampaggio a iniezione in-house con stampi prodotti in 3D

Lo stampaggio a iniezione è molto diffuso come processo di fabbricazione; di fatto la maggior parte dei prodotti in plastica oggi esistenti è realizzata con questa tecnica. Pur adattandosi perfettamente alle esigenze della produzione su larga scala, gli stampi in metallo tradizionalmente realizzati con macchine a controllo numerico hanno costi proibitivi e lunghi tempi di consegna per produzioni di piccoli volumi.

Nel caso della prototipazione e della produzione di piccoli volumi (circa 10-100 parti), gli stampi prodotti in 3D consentono di risparmiare tempo e denaro. Permettono un approccio alla produzione più agile, in cui ingegneri e progettisti possono modificare facilmente gli stampi e continuare a eseguire iterazioni dei progetti con tempi di consegna ridotti, e sono decisamente più economici della tradizionale lavorazione meccanica CNC.

Creare stampi su misura usando una stampante 3D stereolitografica (SLA) come la Form 3 è semplice e conveniente, e ti permette di sfruttare i vantaggi sia della stampa 3D che delle tradizionali tecniche di stampaggio.

In questa guida illustreremo lo stampaggio a iniezione fai da te e tutti gli strumenti necessari a utilizzare lo stampaggio a iniezione della plastica in-house con stampi prodotti in 3D.

Che cosa ti serve per lo stampaggio a iniezione fai da te

Impostare lo stampaggio a iniezione fai da te richiede alcuni investimenti. Servono tempo e denaro per acquisire la giusta attrezzatura e imparare a usarla correttamente. Questi costi, però, sono spesso inferiori a quelli di un singolo stampo in metallo, perciò, una volta che avrai avviato l'attività, i successivi risparmi di tempo e denaro compenseranno velocemente gli sforzi iniziali.

Ecco che cosa ti serve per iniziare:

• Una stampante 3D SLA desktop ad alte prestazioni come la Form 3 di Formlabs. La Form 3 è in grado di produrre stampi accurati con particolari ben definiti e una finitura superficiale liscia che garantirà la produzione di parti finali stampate in alta qualità. Oltre allo stampaggio a iniezione fai da te, la stampante 3D SLA è anche utile alla prototipazione e ad altre applicazioni nello sviluppo dei prodotti. 

• Un materiale per la stampa 3D in grado di resistere alle alte temperature e alla pressione esercitata sullo stampo durante il processo di stampaggio a iniezione. Per le stampanti 3D SLA di Formlabs, la High Temp Resin offre una temperatura di distorsione termica di 238 °C a 0,45 MPa, quindi adatta allo stampaggio.

• Una macchina da banco per lo stampaggio a iniezione come la Galomb Model-B100. Sul mercato ci sono molti apparecchi da banco per lo stampaggio a iniezione di diverse fasce di prezzo. Molti di quelli più economici usano un pistone azionato a mano, mentre alcuni di quelli più costosi hanno un sistema a vite o pneumatico.

• Pellet di plastica a tua scelta

• Un software CAD a tua scelta per progettare l'inserto per lo stampo, come Blender, che puoi scaricare gratuitamente.

Prima dell'acquisto, assicurati che l'apparecchio per lo stampo a iniezione soddisfi le tue esigenze di produzione. Per le parti di grandi dimensioni saranno comunque necessari processi industriali. La tecnica di stampaggio a iniezione fai da te è l'ideale per produrre piccole parti in volumi ridotti.

Stampaggio a iniezione fai da te passo dopo passo:

1. Progettazione dello stampo in CAD

Innanzitutto, scegli un software CAD per progettare l'inserto per lo stampo. Noi useremo il software open-source Blender, ma il workflow dovrebbe essere simile a quello di qualsiasi altro software CAD.

Scarica i file di progettazione per l'inserto dello stampo: li userai per creare il tuo progetto di stampaggio a iniezione. I progetti possono essere facilmente adattati alla maggior parte delle macchine per lo stampaggio a iniezione e delle cornici per gli stampi. In alternativa, puoi anche progettare il tuo inserto per lo stampaggio personalizzato con i diagrammi di cavità delle principali cornici degli stampi.

Importa entrambe le metà del nucleo dello stampo e il progetto in 3D che vorresti realizzare con il tuo strumento CAD.

In Blender, usa l'icona con l'occhio nel pannello "scene explorer" (esploratore scena) per disattivare una delle due metà. Una volta che hai preparato l'area di lavoro come preferisci, imposta entrambe le metà dello stampo sull'icona "wire" (rete) sotto il menu Object (Oggetto), come nell'immagine qui sotto.

Ora puoi posizionare lo stampo. Assicurati che l'oggetto si intersechi perfettamente con l'ingresso della plastica fusa durante il processo di stampaggio a iniezione. Per rendere il processo più immediato, usa la modalità ortografica, che può essere attivata con il pulsante "toggle perspective/ortho" (prospettiva/ortografia).

Disattiva la visibilità del nucleo dello stampo su cui stai lavorando e attiva l'altra parte. Ripeti il procedimento per assicurarti che l'oggetto si intersechi perfettamente con l'ingresso dell'altra metà del nucleo dello stampo. Ora che l'oggetto è allineato puoi sottrarre l'area dei due oggetti intersecati usando la funzione "boolean difference" (differenza booleana) in Blender.

Seleziona la prima metà dell'oggetto e scegli l'opzione booleana nel "Modifiers Menu" (Menu dei modificatori). Seleziona l'oggetto che vuoi tagliare e accertati di aver selezionato l'operazione "difference" (differenza). Applica l'operatore e fai lo stesso sull'altro lato. Dovrebbe assomigliare all'immagine qui di seguito. Se non riesci a proseguire, potrebbe esserti utile questo tutorial sull'aggiunta di componenti a incastro a un progetto.

Ora il tuo stampo è pronto per la stampa. Esporta ciascuna metà, assicurandoti di selezionare la casella "Selection Only" (Solo selezione) nel pannello di esportazione di Blender.

2. Stampa in 3D dello stampo

Per realizzare lo stampo è necessario un materiale per la stampa 3D in grado di resistere alle alte temperature e alla pressione esercitata sullo stampo durante il processo di stampaggio a iniezione. 

La High Temp Resin di Formlabs, con una temperatura di distorsione termica di 238 °C a 0,45 MPa, può sopportare senza problemi la temperatura di fusione di molte termoplastiche.

L'impostazione della stampa richiede solo pochi secondi su PreForm, il software di preparazione della stampa per le stampanti 3D di Formlabs. Se il design del tuo stampo richiede strutture di supporto per la stampa, assicurati di orientare le metà dello stampo in PreForm in modo tale che la cavità sia rivolta verso l'alto. Questo renderà più semplice la post-elaborazione e assicurerà una finitura superficiale di alta qualità per le parti ottenute tramite stampaggio.

A seconda della geometria delle parti e delle loro dimensioni, è possibile aumentare l'efficienza della stampa realizzando più stampi alla volta sulla piattaforma di stampa.

3. Realizzare parti di plastica con lo stampaggio

Ora che hai progettato e stampato in 3D il tuo stampo, puoi realizzare le parti con la tua macchina per lo stampaggio a iniezione da banco. 

Puoi scegliere tra un'ampia gamma di materiali quali usare per lo stampaggio. Abbiamo testato i seguenti:

• Polietilene a bassa densità (LDPE)
• Polipropilene (PP)
• Elastomero termoplastico (TPE)
• Acido polilattico (PLA)
• Acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS)
• Polietilene ad alta densità (HDPE)
• Etilene vinil acetato (EVA)
• Polistirene (PS)

Prima di sceglierne uno, tieni conto delle proprietà che desideri attribuire all'oggetto e delle capacità della tua macchina per stampaggio a iniezione.

Quando usi la High Temp Resin per stampare in 3D il tuo stampo, puoi aumentare la temperatura fino a 238 °C se non eserciterai un'eccessiva pressione sullo stampo. Gli stampi realizzati in High Temp Resin non hanno evidenziato alcuna degradazione termica sulla superficie dello stampo per tutte le plastiche testate. 

A questo punto, per produrre le parti in modo rapido ed efficace, basta semplicemente seguire le specifiche istruzioni della tua macchina per stampaggio a iniezione. Essendo un materiale rigido, la High Temp Resin riduce le probabilità che lo stampo si deformi durante la rimozione delle parti, quindi ti consigliamo di usare un agente che faciliti il distacco dello stampo quando rimuovi parti realizzate in plastiche rigide come il polistirene.

Consigli per i designer che vogliono provare lo stampaggio a iniezione fai da te

Al momento di progettare uno stampo, tieni in considerazione gli elementi che contribuiranno al successo della stampa 3D e dello stampaggio a iniezione. 

L'approccio specifico allo stampaggio a iniezione fai da te varierà in base al design e al volume di pezzi che vuoi realizzare, ma questi consigli ti aiuteranno ad aumentare le tue probabilità di successo.

• Per rendere meno visibili le linee di stampa sulla parte finita, realizza lo stampo con uno spessore dello strato minore (50 o 25 micron a strato anziché i 100 adottati di default). Tieni in considerazione che questo aumenta il tempo di stampa.

• Aggiungere un angolo di spoglia compreso fra uno o tre gradi sulle superfici perpendicolari alla direzione di trazione ti consentirà di estrarre la parte più facilmente e minimizzare il degrado dello stampo.

• Le superfici del piano di separazione possono essere levigate con carta abrasiva a grana fine per ridurre le sbavature.

• Per raffreddare le parti più rapidamente e minimizzare le deformazioni, puoi immergerle in acqua.

• I dettagli goffrati o incisi dovrebbero deviare dalla superficie di almeno 1 mm.

• Qualora si progetti una cornice in alluminio, aggiungere 0,125 mm di spessore extra sul retro delle piastre dello stampo per tenere in considerazione le forze di compressione e assicurare una sigillatura completa.

Uso innovativo degli stampi grazie alla stampa 3D

Spesso la stampa 3D e lo stampaggio a iniezione sono viste come due tecniche contrapposte, ma a volte possono essere complementari. Stampando le parti direttamente in 3D o usando stampi realizzati tramite stampa 3D per eseguire lo stampaggio a iniezione finalizzato alla prototipazione e alla produzione in piccoli volumi, puoi sfruttare i vantaggi di entrambe le tecnologie. In questo modo potrai aumentare l'efficienza del processo di fabbricazione in termini di tempo e costi e sarai in grado di lanciare più rapidamente i tuoi prodotti sul mercato.

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