Utilizzo della stampa 3D per maschere, dispositivi di fissaggio e altri attrezzaggi complessi
La produzione additiva è un eccellente complemento o un'alternativa alla lavorazione quando occorrono attrezzaggi dalla forma irregolare, complessi o di dimensioni ridotte.
Non è un caso che la maggior parte delle aziende manifatturiere utilizzi maschere e dispositivi di fissaggio. Infatti, in questo modo aumentano l'accuratezza, la precisione, l'affidabilità e l'intercambiabilità dei pezzi finiti. Le maschere e i dispositivi di fissaggio vengono lavorati da sempre con macchine a controllo numerico, ma la stampa 3D di livello industriale (produzione additiva) sta diventando sempre più popolare per questo tipo di applicazioni. La chiave della questione è scegliere la tecnologia più adatta a una particolare applicazione.
La regola generale è: Se può essere lavorato con CNC a 3 assi, questa dovrà essere l'opzione preferita. I dispositivi di fissaggio ottenuti mediante lavorazione generalmente presentano un livello di finitura di superficie superiore, materiali più resistenti e una maggiore precisione. Inoltre, i lotti più piccoli hanno costi e tempi di consegna più o meno equivalenti a quelli della stampa 3D.
Tuttavia, per gli attrezzaggi dalla forma irregolare o complessa, la stampa 3D può essere un eccellente complemento o un'alternativa alla lavorazione, soprattutto per quelli di dimensioni ridotte. Le parti difficili (o impossibili) da ottenere mediante lavorazione possono talvolta essere realizzate con la stampa 3D, che rappresenta anche un'ottima soluzione per contenere i costi quando se ne producono quantità maggiori.
Protolabs offre cinque diverse tecnologie di stampa 3D, a riprova dell'approccio tecnologicamente aperto dell'azienda nei confronti della produzione. Esaminiamo queste opzioni per individuare la soluzione migliore per ogni applicazione specifica per maschere/dispositivi di fissaggio.
| PERCHÉ STAMPARE IN 3D MASCHERE E DISPOSITIVI DI FISSAGGIO? |
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La stereolitografia (SLA) è una scelta popolare per le maschere e i dispositivi di fissaggio
SLA è una buona opzione per la costruzione di maschere e dispositivi più piccoli e complessi, grazie all'eccellente finitura superficiale che è possibile ottenere sui componenti finali. Il materiale ha una resistenza e una durata limitate; tuttavia, la placcatura metallica di SLA è una buona soluzione utilizzata comunemente da coloro che preferiscono la tecnologia SLA a costi competitivi. Le considerazioni di progettazione per SLA includono, per parti bene progettate, in direzione X / Y ± 0,05 mm più un ulteriore ± 0,001 mm / mm; in direzione Z ± 0,13 mm più un ulteriore ± 0,001 mm / mm.
La sinterizzazione laser selettiva (SLS) è adatta agli attrezzi di grandi dimensioni, laddove la Multi Jet Fusion sta guadagnando terreno
La SLS è utilizzata in particolare per maschere e dispositivi di fissaggio di grandi dimensioni e rappresenta una scelta competitiva dal punto di vista dei costi. Gli attrezzaggi ottenuti mediante SLS sono robusti e accurati, molto più resistenti e duraturi di quelli realizzati con la tecnologia SLA. Inoltre, la SLS offre un volume di costruzione maggiore, anche se i pezzi avranno una finitura più ruvida e mancheranno di accuratezza dei dettagli. Va notato che, se la ruvidità della superficie è un problema, può essere notevolmente ridotta da alcune ulteriori fasi di post-lavorazione, come il Vapour Smoothing.
La progettazione per SLS deve prevedere spessori di parete e raggi coerenti sugli angoli interni ed esterni, per evitare la deformazione del materiale e mantenere l'accuratezza dimensionale. Le tolleranze previste su pezzi progettati in modo adeguato sono pari a +/- 0,2 mm, più +0,002 mm/mm. Per maggiori informazioni, consultate le linee guida di progettazione per SLS.
La MJF sta diventando sempre più popolare per la produzione di maschere e dispositivi di fissaggio. La MJF produce velocemente prototipi funzionali in nylon e parti di produzione di uso finale in un solo giorno. I pezzi finali presentano finiture di superficie di qualità, una risoluzione accurata dei dettagli e proprietà meccaniche più costanti rispetto a processi come la SLS (anche se la SLS garantisce una maggiore precisione degli elementi di piccole dimensioni). I pezzi prodotti con la tecnologia MJF tendono a essere più piccoli di quelli che è possibile ottenere con la SLS, posto che i pezzi di dimensioni superiori a 200 mm sono soggetti a deformazioni.
Quando si progetta per la MJF, occorre prevedere spessori di parete e raggi coerenti sugli angoli interni ed esterni per evitare la deformazione del materiale e mantenere l'accuratezza dimensionale. Su pezzi ben progettati, di solito si raggiungono tolleranze pari a ±0,25 mm (Ultrasint™ TPU-01: ±0,30 mm) più ±0,002 mm/mm. Le tolleranze possono comunque variare a seconda della geometria del pezzo.
Sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS) per una maggiore durata
Le maschere e i dispositivi di fissaggio prodotti tramite DMLS saranno estremamente resistenti (con una densità quasi totale), ma bisogna tenere presente che le superfici tendono a essere ruvide e i tempi di consegna più lunghi perché i requisiti di post-lavorazione includono trattamenti secondari per alcune applicazioni.
Ci sono anche diverse considerazioni da fare per la progettazione per DMLS. È meglio aggiungere altro materiale quando si passa gradualmente a sezioni trasversali più grandi: Le parti che richiedono supporti minimi migliorano la qualità dei pezzi. In generale, evitate di progettare un elemento autoportante inferiore a 45 gradi.
Grandi sporgenze possono portare a una riduzione dei dettagli del pezzo o a un collasso in fase di costruzione. Inoltre, i canali con forma a goccia o a diamante sono superiori ai canali circolari e ai fori, perché consentono di ottenere una finitura di superficie più uniforme e di massimizzare il diametro del canale. Un ponte è qualsiasi superficie piana, rivolta verso il basso, sostenuta da due o più elementi. La distanza minima ammissibile in assenza di supporto è di 2 mm.
In genere, su pezzi ben progettati, con una direzione di costruzione definita, si prevedono e si ottengono tolleranze da +/-0,1 mm a +/-0,2 mm + 0,005 mm/mm.
Considerazioni finali sullo stampaggio in 3D di maschere e dispositivi di fissaggio
È meglio produrre maschere e dispositivi più rigidi e resistenti, quindi i progetti devono tenere conto del principio secondo cui le parti stampate in 3D sono in genere più resistenti nel piano di disegno X e Y rispetto alla direzione di costruzione Z. Ricordate che le tolleranze possono variare a seconda della geometria del pezzo e, ancora una volta, se può essere lavorato con una macchina CNC a 3 assi, questa dovrà essere l'opzione preferita.
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