Utensili per piegatura stampati in 3D
Sempre più spesso le officine si trovano davanti ad una spinosa situazione, dove si combinano fattori contrastanti e difficili da far quadrare:
- pezzi di forma complessa: i prodotti di oggi sono spesso ingegnerizzati con sagome speciali al fine di contenere i pesi, le saldature, e le lavorazioni successive
- lotti estremamente limitati: la manifattura diventa sempre più personalizzata, seguendo la logica del magazzino zero
- consegna: vengono richiesti tempi molto ridotti. Da un lato è in linea con le filosofie di ottimizzazione della produzione, ma dall’altro è sintomo di una scarsa pianificazione. Ciononostante, chi garantisce consegne rapide spesso ha un grande vantaggio competitivo.
- margini ridotti: la piegatura viene ancora considerata un processo a basso valore aggiunto, e quindi il prezzo che possiamo richiedere al committente è ridotto all’osso.
- estetica: in caso di prodotti come arredi e oggetti di design, la superficie dev’essere impeccabile. Segni di piega e graffi devono essere rimossi con lunghe lavorazioni successive.
In caso di profili speciali, come possiamo mettere d’accordo tutti questi fattori? Una soluzione arriva dalla stampa 3D, un processo innovativo che sta già rivoluzionando molti settori dell’industria. La stampa 3D è in grado di produrre oggetti di forma complessa, in poco tempo e con costi estremamente contenuti.
In questo articolo faremo riferimento ai tre principali metodi di stampa di materie plastiche: Fused Filament Fabrication (FFF), Stereolitography Apparatus (SLA) e Digital Light Processing (DLP).
Il primo processo parte da un filamento di materia plastica che viene riscaldato in un estrusore montato su un carrello motorizzato. L’estrusore deposita la plastica fusa in strati sovrapposti fino ad ottenere l’oggetto finito.
DLP ed SLA invece si basano su una resina liquida che indurisce sotto l’effetto della luce. Il primo proietta un raggio laser che fa polimerizzare la resina punto dopo punto, mentre il secondo utilizza una sorta di videoproiettore per far solidificare uno strato completo in un solo passaggio. Mentre la FFF è molto usata sia a livello hobbistico che professionale, DLP ed SLA sono tipicamente destinate ad impieghi di alta precisione come gioielleria ed odontotecnica.
Per quanto riguarda i filamenti, sono disponibili vari tipi di materiali per ogni necessità. I principali sono:
- PLA: una bioplastica ottenuta dall’amido. Si stampa facilmente, è atossica, ha buone caratteristiche meccaniche ma si deforma con il calore e non resiste bene agli agenti atmosferici.
- ABS: derivata dal petrolio, è molto utilizzata per stampaggio ad estrusione. Ottime caratteristiche meccaniche, ma difficile da stampare. Genera piccole quantità di fumi sgradevoli durante la stampa.
- PET/PET-G: il materiale utilizzato per le bottiglie d’acqua, eventualmente addizionato con glicole (G) per migliorare la stampabilità. Buone caratteristiche meccaniche ed estetiche, resistente agli agenti atmosferici, ma la stampa richiede attenzioni particolari per ottenere un buon risultato
- Nylon: ottime caratteristiche meccaniche, costo superiore agli altri materiali, assorbe l’umidità quindi non è adatto a tutti gli impieghi.
- TPU: filamento gommoso utilizzato per oggetti flessibili o elastici
- Policarbonato: molto resistente, flessibile e trasparente, ma molto difficle da stampare a causa delle alte temperature richieste.
Maurizio Pesce from Milan, Italia – 3D Printing Materials, CC BY 2.0, Link
I filamenti sono disponibili in una grande varietà di colori ed effetti, come traslucido, trasparente, metallico, fosforescente. Il PLA è disponibile anche con l’inclusione di fibre di legno per un effetto simile all’MDF, o caricato con fibra di carbonio per una maggiore resistenza.
Vediamo ora quali vantaggi può comportare l’utilizzo di utensili per piegatura stampati in 3D.
- qualsiasi forma: la stampa 3D consente di realizzare oggetti con forme impossibili da ottenere con la manifattura sottrattiva, come la fresatura. Il volume interno solitamente non viene riempito al 100%: con l’utilizzo di speciali pattern possiamo alleggerire il pezzo mantenendo una resistenza quasi uguale a quella che avremmo con un oggetto pieno. Grazie a questa alveolatura a nido d’ape possiamo ridurre il costo del materiale utilizzato e del tempo di produzione.
- costi ridotti: i materiali utilizzati hanno un costo relativamente basso. Inoltre il processo di stampa, dopo l’avviamento, è totalmente automatico e non richiede nessun intervento dell’operatore. Pertanto i costi di manodopera sono quasi esclusivamente limitati alla progettazione. La generazione del file Gcode avviene attraverso CAM dedicati denominati slicer. Le stampanti 3D hanno consumi molto ridotti, dell’ordine di qualche decina di W.
- tempi brevi: un utensile può essere progettato e stampato in poche ore. In caso di errori, possiamo modificare il progetto e stampare un nuovo pezzo con estrema facilità.
- nessun segno di piega: essendo materiale plastico, gli utensili per pressa piegatrice stampati in 3D non lasciano graffi sulla lamiera. Per questo motivo sono adatti anche ad acciaio inossidabile, alluminio, e preverniciato.
- adattabili a utensili esistenti: con la stampa 3D possiamo realizzare anche componenti da utilizzare insieme a punzoni o matrici tradizionali in metallo. Ad esempio, possiamo realizzare tondi per pieghe raggiate da fissare a punzoni o portapunzoni già in nostro possesso. Allo stesso modo possiamo realizzare inserti antigraffio per matrici, al posto di quelli in nylon disponibili a commercio.
- resistenti alla corrosione: gli utensili in materiale plastico non arrugginiscono e non vengono danneggiati dalla maggior parte degli oli e dei grassi.
Come qualsiasi altra tecnologia, la stampa 3D di utensili per piegatura non è una panacea. Alcune limitazioni ne restringono l’uso a determinate applicazioni.
- tolleranze più ampie: trattandosi di materiale plastico stampato a caldo, il ritiro del materiale non è costante con tutte le geometrie. Anche le inevitabili tolleranze nelle mescole possono generare comportamenti variabili durante la stampa. La precisione che possiamo ottenere è comunque solitamente attorno al decimo di millimetro.
- tonnellaggi inferiori: il carico massimo applicabile ai punzoni e alle matrici stampati in 3D è di circa 10-20 tonnellate al metro, a seconda della forma degli utensili e del materiale impiegato. È quindi possibile piegare lamiere di spessore fino a 1-2 mm. Non si tratta quindi di un fattore così limitante, visto che il loro utilizzo è principalmente destinato a pezzi di basso spessore.
- usura maggiore: la resistenza superficiale della plastica è ovviamente inferiore a quella del metallo. Tuttavia, le lamiere in acciaio inossidabile, preverniciato, e alluminio hanno una finitura solitamente molto liscia, che riduce lo sfregamento. Inoltre l’applicazione più adatta degli utensili per pressa piegatrice stampati in 3D è per piccole serie: non avendo un uso intensivo e prolungato il consumo degli utensili non diventa rilevante.
I componenti realizzati in stampa 3D trovano moltissimi altri impieghi in un’azienda. Ad esempio, possiamo produrre oggetti come:
- controsagome da fissare ai riferimenti posteriori di una pressa piegatrice per avere un appoggio corretto di pezzi con forme irregolari
- dime di profili specifici, o dei calibri passa-non passa per controllare velocemente le tolleranze dei pezzi piegati
- gripper e pinze per robot
- utensili e attrezzature per usi speciali, dove comprare un attrezzo ad hoc non sarebbe economicamente vantaggioso o dove i tempi di fornitura sono eccessivi.