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

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.

Per linee guida dettagliate, consigli di progettazione e casi di studio reali, scarica il nostro whitepaper.

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+ diFormlabs. 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 realizzate tramite stampaggio di alta qualità. Oltre allo stampaggio di plastica 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 Formlabs SLA consigliamo i seguenti materiali:

  • La Rigid 10K Resin è un materiale per uso industriale rinforzato con vetro che rappresenta una soluzione adatta a una gamma più ampia di geometrie e processi di stampaggio a iniezione. Ha una temperatura di distorsione termica di 218 °C a 0,45 MPa e un modulo di elasticità di 10 000 MPa, e queste caratteristiche la rendono robusta, estremamente rigida e stabile dal punto di vista termico.

  • La High Temp Resin offre una temperatura di distorsione termica di 238 °C a 0,45 MPa, quindi adatta allo stampaggio a iniezione. Questo materiale è più fragile, ma consigliato con temperature di iniezione elevate e per ridurre il tempo di raffreddamento.

  • La Grey Pro Resin ha una conduttività termica minore rispetto alla High Temp Resin o alla Rigid Resin, e quindi ha tempi di raffreddamento più lunghi, ma è più morbida e può resistere a centinaia di cicli.

• Una macchina da banco per lo stampaggio a iniezione, come la Galomb Model-B100 o la Holipress. Sul mercato ci sono molte macchine 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.Alcunidei nostri clienti hanno anche consigliato sistemi prodotti da Minijector, Morgan, APSX o Micromolder.Le macchine per stampaggio desktop automatizzate come quelle della linea Babyplast sono valide alternative per la produzione in serie di piccole parti. 

• 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 la macchina per stampaggio 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.

Uno stampo prodotto in 3D con Formlabs e un componente incapsulato realizzato tramite questo

processo di stampaggio a iniezione fai da te.

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 filedi 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. 

In base a quanto abbiamo appreso da test interni e casi di studio con i nostri clienti, suggeriamo di scegliere la resina di stampa 3D in base ai criteri elencati nella tabella qui di seguito. Tre stelle indicano che la resina è molto efficace, una che lo è meno.

Setting up the print only takes a few seconds in PreForm, the print preparation software for Formlabs professional 3D printers. If your mold design requires support structures for printing, make sure to orient the mold halves in PreForm so that the cavity faces up. This will simplify post-processing and ensure a high-quality surface for your molded parts.

Depending on the geometry and the size, multiple molds can be printed at once on a build platform to increase printing efficiency.

3. Stampaggio a iniezione di parti in plastica

Now that you’ve designed and 3D printed your mold, you can mold the parts on your benchtop plastic injection molding machine. 

You have a wide variety of materials to choose from for injection molding. Formlabs and our customers have tested the following materials with 3D printed injection molds:

• LDPE
• PP
• PA
• PE
• TPE
• TPU
• PLA
• ABS
• ASA
• HDPE
• EVA
• PS
• POM

Consider the desired properties of your object and the capabilities of your injection molder before you make your choice. From there, simply follow the bespoke instructions on your injection molder to quickly and efficiently produce your parts.

Depending on the injected material, adhesion of the part to the mold can cause deterioration of the mold during extraction, in particular with flexible 3D printing materials such as TPUs or TPEs. Using a mold release agent is a good solution to help separate the part from the mold. Silicone mold release agents are compatible with Formlabs Grey Pro Resin, High Temp Resin, and Rigid 10K Resin. 

If you have more questions about the workflow, make make sure to check our article FAQ: Injection Molding With 3D Printed Molds.

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

When designing your mold, consider what will 3D print successfully, as well as what will mold successfully. 

The exact approach to DIY injection molding will vary based on your desired design and volume, but these tips and tricks will help increase your success rate.

• To reduce the visibility of print lines on the finished part, print the mold with a smaller layer height (50 or 25 microns per layer instead of the default 100). Note that this increases print time.

• Adding two to five degrees of draft on surfaces perpendicular to the direction of pull will allow the part to be removed more easily and will minimize degradation of the mold.

• You can polish split-plane surfaces with fine-grit sandpaper to reduce flash.

• Consider using a water bath to more rapidly cool your part and reduce warping.

• Embossed and engraved details should be offset from the surface by at least 1 mm.

• If designing for an aluminum mold frame, add .125 mm of extra thickness to the back of the mold plates to account for compression forces and to ensure a complete seal.

For the complete process workflow and other best practices, download our white paper. 

Uso innovativo degli stampi grazie alla stampa 3D

The conversation around 3D printing and injection molding is often oppositional, but it’s not always a question of one versus the other. By directly 3D printing parts or using 3D printed molds for injection molding for prototyping and low-volume production, you can leverage the benefits of both technologies. This will make your manufacturing process more time- and cost-efficient and allow you to bring products to the market faster.

Want to learn more about injection molding with 3D printed molds? Download our white paper for detailed guidelines for using 3D printed molds in the injection molding process and see real-life case studies with Braskem, Holimaker, and Novus Applications.