Quando conviene utilizzare la stampa 3D in meccanica
In ambito meccanico la produzione additiva viene utilizzata soprattutto per realizzare: • staffe e supporti; • carter e protezioni; • dime di montaggio e foratura; • maschere di posizionamento; • supporti per collaudo; • ricambi non più disponibili; • componenti personalizzati; • prototipi destinati a prove di montaggio; • piccole serie soggette a modifiche frequenti. Il vantaggio è particolarmente evidente quando servono uno, dieci o poche centinaia di pezzi. In queste quantità, il costo di uno stampo o di un’attrezzatura dedicata può incidere molto più del componente stesso. Con la stampa 3D, invece, è possibile partire direttamente dal modello digitale. Se il progetto viene modificato, non è necessario rifare uno stampo: si aggiorna il file e si produce la nuova versione. Questo non significa che la stampa 3D sia sempre la soluzione più economica. Quando il componente deve essere prodotto in migliaia di esemplari identici, lo stampaggio o altre tecnologie tradizionali possono garantire un costo unitario nettamente inferiore. La scelta corretta dipende quindi da quantità, geometria, materiale, precisione richiesta e utilizzo finale. Per il quadro del service: stampa 3D.
Dal prototipo al componente funzionale
Un prototipo destinato a verificare ingombri e accoppiamenti non ha gli stessi requisiti di un componente che deve sopportare carichi, temperatura o vibrazioni. Nel primo caso può essere sufficiente un materiale economico e facilmente lavorabile. L’obiettivo è controllare le dimensioni, verificare il montaggio e individuare eventuali modifiche prima di produrre il pezzo definitivo. Quando il componente deve essere utilizzato realmente, occorre invece considerare: • direzione e intensità dei carichi; • temperatura di esercizio; • esposizione a oli, solventi o agenti atmosferici; • numero di cicli; • deformazioni ammissibili; • precisione degli accoppiamenti; • comportamento nel tempo. Per staffe, dime, carter e componenti tecnici di dimensioni medio-grandi utilizziamo spesso la stampa 3D FDM, che permette di lavorare con materiali differenti mantenendo tempi e costi contenuti. Quando servono proprietà più uniformi, una buona resistenza meccanica e maggiore ripetibilità tra i pezzi, possiamo valutare la stampa 3D MJF in nylon PA12. È una soluzione particolarmente interessante per piccoli lotti, componenti funzionali e geometrie che risulterebbero complesse da produrre con altre tecnologie. Per guarnizioni, protezioni, elementi di presa o componenti che devono assorbire urti e vibrazioni utilizziamo invece materiali flessibili come il TPU. In questo caso non basta chiedere genericamente una “gomma”: la durezza Shore, lo spessore e la geometria determinano in modo sostanziale il comportamento del pezzo.
Progettare il componente per la produzione additiva
Uno degli errori più frequenti consiste nel prendere un componente progettato per essere fresato o tornito e stamparlo senza modificarne la geometria. Il pezzo può anche funzionare, ma in questo modo si sfruttano soltanto in parte i vantaggi della produzione additiva. Un componente riprogettato per la stampa 3D può integrare più parti in un’unica geometria, ridurre il numero di viti e assemblaggi, alleggerire le zone non sollecitate oppure incorporare passaggi e canali difficili da ottenere con lavorazioni tradizionali. Nella stampa FDM è inoltre fondamentale stabilire correttamente l’orientamento del modello. Il componente non presenta infatti la stessa resistenza in tutte le direzioni: le zone di adesione tra gli strati possono diventare il punto debole se il pezzo viene orientato senza considerare il carico reale. Per questo la scelta del materiale non dovrebbe essere il primo passaggio. Prima occorre capire come verrà utilizzato il componente, dove verrà sollecitato e quali superfici devono mantenere maggiore precisione. Solo a quel punto è possibile scegliere processo, materiale e orientamento di stampa.
Ricambi fuori produzione e componenti senza disegno
Uno degli impieghi più utili della stampa 3D in meccanica riguarda la riproduzione di ricambi non più disponibili. Quando una macchina è ferma, il valore del componente non coincide con il suo costo materiale. Il problema reale è il tempo durante il quale l’impianto non può lavorare. Se il disegno originale non è disponibile, possiamo partire dal componente esistente attraverso rilievo manuale o scansione 3D. Il modello acquisito viene ricostruito, corretto e adattato al processo produttivo scelto. Prima di realizzare il pezzo definitivo possiamo produrre una versione di prova per verificare: • ingombri; • interassi; • accoppiamenti; • libertà di movimento; • interferenze con altri componenti. Dopo la verifica, il file rimane disponibile per eventuali ristampe future. Il ricambio fisico può quindi essere sostituito da un archivio digitale, evitando di mantenere a magazzino grandi quantità di componenti utilizzati raramente. Questo è il principio alla base del nostro servizio di riproduzione di componenti fuori commercio e delle applicazioni descritte nell’approfondimento sui ricambi realizzati con la stampa 3D.
Dime e attrezzature per l’officina
Non tutti i componenti devono entrare nel prodotto finale. In molti casi la stampa 3D produce il maggior risparmio proprio sulle attrezzature utilizzate durante il lavoro. Dime di foratura, riferimenti di montaggio, maschere di posizionamento, supporti per strumenti e protezioni vengono spesso realizzati in quantità molto basse. Possono inoltre richiedere diverse correzioni prima di raggiungere la configurazione definitiva. Produrli con la stampa 3D permette di testarli direttamente in officina e aggiornarli sulla base dell’esperienza degli operatori. Se cambia il componente da lavorare, si modifica il modello digitale senza dover ricostruire completamente l’attrezzatura. Quando il progetto viene stabilizzato, lo stesso file può essere utilizzato per una produzione in piccola serie, mantenendo uniformità tra le diverse copie.
Quando un polimero può sostituire il metallo
Non tutti i componenti metallici sono realizzati in metallo perché sottoposti a carichi elevati. A volte la scelta dipende semplicemente dalla tecnologia con cui il pezzo è sempre stato prodotto o dalla disponibilità del fornitore. Carter, distanziali, supporti secondari, protezioni e componenti non strutturali possono spesso essere realizzati con polimeri tecnici. Questo permette di ridurre il peso, evitare danni alle superfici con cui il pezzo entra in contatto e semplificare la produzione di geometrie personalizzate. La sostituzione non deve però essere automatica. Temperatura continua elevata, carichi concentrati, usura, scorrimenti metallo-metallo e determinati agenti chimici possono rendere necessario mantenere un componente metallico. In questi casi possiamo valutare la stampa 3D in metallo, considerando fin dall’inizio eventuali post-lavorazioni, tolleranze e superfici da riprendere meccanicamente. L’obiettivo non è sostituire il metallo a ogni costo, ma utilizzare il materiale realmente necessario all’applicazione.
Limiti della stampa 3D in meccanica
La stampa 3D non è sempre conveniente. Può non essere la scelta corretta quando sono richiesti: • grandi volumi di componenti identici; • tolleranze molto strette su numerose superfici; • finiture che richiederebbero lunghe post-lavorazioni; • certificazioni o tracciabilità specifiche; • comportamento strutturale perfettamente isotropo; • resistenza continua a temperature molto elevate; • costi unitari estremamente bassi. Anche fenomeni come anisotropia, deformazione sotto carico, ritiro e usura devono essere valutati prima della produzione, non scoperti durante il collaudo. Quando un’altra tecnologia è più adatta, è preferibile stabilirlo subito. Un componente stampabile non è necessariamente un componente che conviene stampare.
Come valutare un componente
Per effettuare una prima valutazione sono sufficienti alcune informazioni: • funzione del pezzo; • quantità richiesta; • dimensioni; • carichi previsti; • temperatura di esercizio; • eventuale contatto con sostanze chimiche; • precisione necessaria; • file 3D, disegno tecnico oppure fotografie quotate. Se il modello digitale non esiste, possiamo ricostruirlo attraverso modellazione 3D o scansione del componente originale. Se disponi già di un file STL, puoi effettuare un primo controllo gratuito attraverso il nostro strumento di analisi e riparazione della mesh. Da queste informazioni possiamo stabilire se la stampa 3D è realmente conveniente, quale tecnologia utilizzare e quali eventuali modifiche apportare al progetto. Puoi inviare il materiale attraverso il modulo di preventivo online.