5 considerazioni di progettazione per accrescere il tasso di successo degli stampi multicavità

Il passaggio da uno stampo con una sola cavità ad uno stampo in grado di fabbricare contemporaneamente due, quattro o otto pezzi può apparire un modo semplice per incrementare i volumi di produzione riducendo al tempo stesso i costi. Ciò è vero in molte circostanze, a patto, però, che ci si impegni ad agire nel modo giusto adottando i dovuti accorgimenti. La progettazione di un pezzo da realizzare con stampi multicavità non consiste semplicemente nel copiare più volte un file CAD per stampi a cavità singola.

I principi fisici che entrano in gioco durante il processo di iniezione di plastica fusa attraverso i coni, i canali di colata e gli accessi dello stampo, dipendono dalle dimensioni e dal grado di complessità dello stampo stesso: ciò può avere un impatto negativo/positivo sull'esito del processo di stampaggio e sulla qualità del pezzo. In secondo luogo, oltre alle variazioni termiche presenti nel corpo di una stampo multicavità, occorre considerare anche che la plastica si ritrova a percorrere distanze più lunghe per arrivare a destinazione ciò fa aumentare il rischio di incorrere in difetti quali cavità riempite solo parzialmente, depressioni o addirittura deformazioni del pezzo a seguito dell'espulsione.

Nel processo di transizione da stampi a cavità singola a stampi multicavità, è importante tenere a mente che i pezzi che risultano perfettamente adeguati all'utilizzo con stampi a cavità singola potrebbero non essere altrettanto compatibili con stampi di diversa tipologia; o ,perlomeno, non prima di aver introdotto alcune modifiche al pezzo, al processo o addirittura al materiale.

Attenzione agli accessi

Uno di questi accorgimenti riguarda gli accessi. A prescindere dal contesto di utilizzo, la parola "accesso" indica un sistema finalizzato a controllare il flusso di traffico. Gli accessi utilizzati nello stampaggio ad iniezione della plastica rivestono esattamente questa funzione. Il fine degli accessi è consentire alla plastica fusa di scorrere all'interno dello stampo nella prima fase del ciclo di iniezione, per poi mantenerla sotto pressione fino alla solidificazione per raffreddamento e quindi all’estrazione del pezzo.

Le tipologie di accessi utilizzati nella realizzazione di stampi sono molteplici, ma Protolabs tende ad impiegarne tre. I puntali caldi o perni sono spesso utilizzati negli stampi a cavità singola per far fronte alle sfide introdotte da geometrie particolarmente complesse e per minimizzare la presenza di residui, ovvero dei piccoli resti di materiale del canale di colata che dovranno poi essere sottoposti a rifilatura a stampaggio ultimato. L'impiego di questa tipologia di accessi negli stampi multicavità è però estremamente rara. In tali circostanze, la norma è rappresentata dagli accessi a linguetta (noti anche come "accessi sul margine"). Questi ultimi non solo consentono un posizionamento più flessibile degli accessi (caratteristica non da sottovalutare quando si tenta di inserire più parti all'interno di un solo stampo), ma il residuo più ampio che ne deriva, è utile per assorbire le sollecitazioni residue del flusso attorno a quella specifica sezione dello stampo.

Il posizionamento degli accessi è un altro aspetto che ci mostra come costose operazioni di riprogettazione del pezzo possano essere evitate nel passaggio agli stampi multicavità. Consideriamo, ad esempio, lo stampo per il tappo di una bottiglia d'acqua di plastica. I requisiti di produzione iniziali potrebbero richiedere il posizionamento dell'accesso in una posizione specifica di uno stampo a cavità singola. Ma, quando arriva il momento di incrementare i volumi di produzione e il responsabile della Supply Chain decide di investire in uno stampo multicavità, la posizione originale potrebbe non essere più realizzabile per via delle modifiche all'orientamento del pezzo necessarie per consentire lo stampaggio multicavità. Discutere dei requisiti di prodotto con i tecnici del servizio clienti Protolabs nelle fasi preliminari del processo di progettazione può aiutare ad evitare problemi di questo tipo.

Inoltre, è bene sottolineare che Protolabs tende a sconsigliare la progettazione autonoma del sistema di accessi e del canale di colata per la creazione di uno stampo multicavità personalizzato. Protolabs può fornire tutta l'assistenza necessaria durante il processo di progettazione del stampo.

Azionamenti laterali e pick-out

Situazioni simili possono verificarsi anche con gli azionamenti laterali. Prendiamo, ad esempio, il progetto di una bobina, costellata da una serie di fori all'interno delle varie flange allo scopo di ridurre la massa. Questa costituisce la condizione di impiego ideale per gli azionamenti laterali, i quali vengono inseriti nello stampo prima dell'ingresso della plastica per limitare il flusso del materiale, per poi ritirarsi al fine di consentire l'espulsione del pezzo. Sebbene gli azionamenti laterali siano efficaci negli stampi con cavità singola, molto probabilmente non risulterebbero altrettanto adeguati alla lavorazione con utensili multi-cavità, proprio per via delle loro caratteristiche di impiego.

Anche gli inserti a posizionamento manuale, o pick-out, meritano una certa attenzione. Consideriamo, ad esempio, l'inserimento di un piccolo blocco in metallo nella cavità dello stampo per introdurre una piccola apertura su un dettaglio interno del pezzo. Tale procedura, piuttosto semplice nello stampaggio a cavità singola, richiede invece tempi elevati nella lavorazione con utensili a otto cavità e dovrebbe quindi essere evitata se il prodotto è destinato a grossi volumi di fabbricazione. In situazioni come questa, Protolabs può aiutarvi a progettare uno stampo più efficiente sin dall'inizio.

Stampi multipli

I clienti di Protolabs impiegano talvolta degli stampi multipli per adempiere a necessità di fabbricazione in volumi ridotti. Questa tipologia di stampo è utilizzata per la fabbricazione di varie parti di assemblaggi multicomponente o per realizzare simultaneamente versioni diverse di uno stesso pezzo. Vi è mai capitato di assemblare il modellino di un aereo in plastica da piccoli (o magari la replica del Caccia TIE di "Guerre Stellari" da adulti)? Se la risposta è sì, sicuramente avrete utilizzato pezzi realizzati con stampi multipli. Se è questo l'approccio che intendete adottare, preparatevi ad affrontare un maggiore investimento in termini di attrezzature e ad una più elevata mole di lavoro.

Le caratteristiche variabili dei pezzi, in termini di dimensioni e geometria, rendono gli stampi multipli una scelta più problematica in fase di progettazione ed è dunque consigliabile ricercare soluzioni di stampaggio alternative (es. l'utilizzo di vari stampi a cavità singola), almeno fino a quando l'aumento dei volumi di produzione non giustifichi una spesa più elevata. Detto questo, Protolabs si è già occupata di numerosi progetti che richiedevano l'impiego di stampi multipli (nei casi in cui la geometria dei pezzi e le caratteristiche degli stampi permettevano un approccio di questo tipo). Non rinunciate senza averci prima dato la possibilità di assistervi!

Flusso del materiale

I materiali caratterizzati da un flusso scorrevole, come la gomma siliconica liquida (LSR), sono generalmente adatti all'impiego in applicazioni multicavità. Poiché il silicone ha un flusso estremamente scorrevole, i problemi introdotti dagli stampi multicavità e dagli stampi multipli risultano sensibilmente attenuati. Per i progetti che richiedono livelli eccellenti di resistenza e stabilità dimensionale, buone prestazioni a temperature estreme, resistenza chimica e biocompatibilità, la gomma siliconica liquida costituisce quindi una valida alternativa.

Altre indicazioni utili

Oltre agli elementi di progettazione specifici agli stampi multicavità, è utile tenere a mente anche altri aspetti più generali applicabili allo stampaggio ad iniezione; questi includono angolo di spoglia, spessore della parete, scelta del materiale e finitura di superficie. Le probabilità di successo aumentano se la progettazione dei modelli viene eseguita nell'osservanza di tali variabili, specie laddove si preveda di impiegare stampi multicavità. Il nostro suggerimento di progettazione” su come servirsi dello stampaggio a iniezione per la fabbricazione in volumi ridotti, esamina nel dettaglio i requisiti di progettazione che entrano in gioco nello stampaggio ad iniezione della plastica.

In conclusione, la progettazione dei pezzi stampati ad iniezione deve avere come obiettivo la riduzione dei costi di fabbricazione per potersi dire efficiente. Questo è un requisito imprescindibile, che si decida di fabbricare 5.000 pezzi o 5.000.000. Alcuni progettisti e produttori cercano di accorciare il ciclo di sviluppo degli stampi passando frettolosamente alla fabbricazione con stampi multicavità, saltando l'importantissima fase di prototipazione. Protolabs sconsiglia di adottare un tale approccio; . Il nostro consiglio non nasce dal desiderio di vendere qualche stampo in più, ma perché crediamo che il collaudo di pezzi con stampi a cavità singola sia una tecnica eccellente per attestare l'efficacia del modello, migliorare la qualità del pezzo e realizzare anche un certo risparmio economico nel lungo periodo. Talvolta, i clienti preferiscono collaudare numerose versioni del medesimo pezzo realizzato simultaneamente con stampi a cavità singola, prima di selezionare quello vincente e passare alla fabbricazione con stampo multicavità. Ciò consente di accorciare i tempi di introduzione sul mercato, poiché aiuta a prevenire spiacevoli imprevisti lungo il processo di sviluppo.

I nostri consulenti del servizio clienti sono disponibili a discutere nel dettaglio tutte le considerazioni sugli stampi multicavità appena citate, al fine di aiutarvi a compiere una scelta informata.