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Perchè gli stampi a iniezione sono costosi?

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Spesso chi si approccia per la prima volta al mondo dello stampaggio a iniezione fa fatica a capire perché la realizzazione di uno stampo sia caratterizzata da costi piuttosto elevati.

Quando i nostri potenziali clienti ci pongono questa domanda, è utile favorire una riflessione all’interlocutore, rispondendo  con un’altra domanda:

“Se doveste organizzare un viaggio in solitaria on the road fra le dune del deserto del Sahara o nella fredda e selvatica Alaska, scegliereste di affidarvi ad una Smart (con tutto il rispetto per questa vettura) oppure optereste per una Jeep4x4, dotata di tecnologia dalle alte prestazioni, robusta e con pneumatici specifici?”

Ecco, forse in questo modo si inizia un po’ a comprendere perché uno stampo a iniezione è più costoso, rispetto ad altre tecnologie.

Se ci pensate bene questi stampi sono strumenti che devono resistere per infinite volte a materiale plastico fuso, che vi viene iniettato ad una pressione estremamente elevata, che varia da 600 a oltre 1.800 bar.

Questa pressione moltiplicata per l’area del pezzo che si sta stampando, dà origine a enormi forze che cercano di aprire lo stampo. Se ciò accadesse, il processo di stampaggio ad iniezione fallirebbe, perché la plastica fusa non avrebbe la possibilità di depositarsi  nelle cavità dello stampo, di raffreddarsi e solidificare al suo interno. Per tale ragione, le presse ad iniezione esercitano sugli stampi  una forza di serraggio  (da 2.000 a 3.000 bar) necessaria a mantenere lo stampo chiuso durante la fase di raffreddamento del pezzo.

Uno  stampo ad iniezione  deve essere costruito in modo tale da resistere ad entrambe le forze che vengono ripetutamente esercitate su di esso: la pressione di iniezione e la forza di serraggio.

Inizia, così, ad essere chiaro che gli stampi sono dei sistemi meccanici molto complessi e che richiedono:

Ora andiamo a vedere insieme questi  vari aspetti che vi abbiamo elencato.

 

I Materiali dello stampo a iniezione

I materiali utilizzati per la realizzazione degli stampi ad iniezione vanno dall’alluminio all’acciaio temprato.

L’alluminio viene utilizzato tendenzialmente per prototipi semplici e a basse produzioni. Questo perché la resistenza relativamente bassa dell’alluminio rende la sua lavorazione per la fabbricazione dello stampo più rapida, ma allo stesso tempo ne limita il ciclo di vita. Gli stampi in alluminio sono in genere destinati a produrre da poche migliaia a poche centinaia di migliaia di pezzi con caratteristiche relativamente semplici.

L’acciaio pre-temprato si affianca a produzioni moderate e quindi a stampi più complessi. Gli stampi in acciaio pre-temprato sono molto più resistenti e durevoli, ma comunque abbastanza morbidi da essere lavorati con processi di lavorazione convenzionali, come la fresatura e la tornitura. Gli stampi in acciaio pre-temprato sono in genere destinati a produrre da cento a cinquecento migliaia di pezzi. Possono avere una vasta gamma di caratteristiche (carrelli, geometrie complesse, ..) , che non rendono possibile l’utilizzo di uno stampo in alluminio, perché queste complessità finirebbero con il romperlo.

Gli stampi in acciaio temprato sono  stampi ad alta produzione e a lunga durata, perciò sono anche più costosi perché la fabbricazione dei loro componenti prevede in parte l’impiego di trattamenti termici che donano al materiale una maggiore durezza. Gli stampi in acciaio temprato sono destinati a produrre un milione o più di particolari. La loro durezza permette di resistere all’usura, che è parte del processo di stampaggio ad iniezione  e all’abrasione del materiale plastico (in particolare dei termoplastici rinforzati).

Se volete approfondire ulteriormente questo argomento potete scaricare il nostro pdf sulla “Classificazione degli stampi” nella nostra pagina Download.

 

La Tecnologia dello stampo a iniezione

Gli stampi ad iniezione con una sola impronta offrono costi di attrezzaggio più bassi e la massima precisione, a fronte però di costi unitari più alti.

Gli stampi multi-impronta vengono utilizzati per aumentare la capacità produttiva e ridurre i costi unitari.

Infine, gli stampi con più impronte diverse fra loro offrono un costo più basso per la realizzazione dello stampo e per lo stampaggio dei pezzi.Tuttavia, presentano altri problemi legati alla necessità di ottimizzare il ciclo di stampaggio combinando correttamente tempi, ciclo e pressioni di iniezione, al fine di stampare correttamente tutti i diversi elementi dello stampo.

 

La Progettazione dello stampo a iniezione

La progettazione degli stampi a iniezione inizia con una check list di specifiche delle parti, che include:

  • Estetica: colore, trasparenza, lucentezza, opacità, ecc.;
  • Materiale: forza, tenacia, durezza, resistenza chimica e ambientale;
  • Interazione fra le parti che si devono incastrare: accoppiamenti e tolleranze ;
  • Obiettivi della domanda e del costo unitario.

Da questo processo  derivano precise decisioni, relative alle caratteristiche che dovrà avere lo stampo e che influiranno sulla sua progettazione:

  • Materiale: alluminio, acciaio pre-temprato o temprato;
  • Numero di impronte;
  • Considerazioni sul flusso del materiale;
  • Linee di giunzione ed eventuali carrelli;
  • Finitura: lucida, texture, testo e grafica incorporati, ecc.;
  • Precisione e tolleranze dimensionali;
  • Passaggi di raffreddamento ;
  • Sistema di espulsione;
  • Progettazione di guide o sistemi senza guide.

Il passo successivo è la progettazione vera e propria dello stampo.  In questa fase, progettisti altamente qualificati utilizzano complessi e costosi programmi software per:

  • Modellare in 3D prodotti e componenti dello stampo;
  • Analizzare i flussi del materiale nello stampo, determinando così la posizione dei canali di iniezione, degli estrattori dei pezzi e dei canali di raffreddamento;
  • Progettare i percorsi  utensili CNC;
  • Redigere la distinta base precisa e puntuale di tutti i componenti ed i materiali necessari alla costruzione dello stampo;

 

La costruzione dello stampo a iniezione

Una volta completato il progetto, inizia la costruzione dello stampo, chevede stampisti altamente qualificati adoperarsi in diversi passaggi impegnativi. Un errore può causare ingenti spese di riparazione su una parte di stampo che magari ha già subito lavorazioni nell’arco di diverse settimane ed è quasi terminato.

I principali processi impiegati nella realizzazione degli stampi includono:

  • Fresatura e tornitura;
  • Trattamenti termici;
  • Molatura e levigatura;
  • Elettroerosione;
  • Lucidatura e testurizzazione.

Quando tutte le parti che compongono lo stampo sono state completate, il passaggio successivo consiste nel montare, assemblare e testare lo stampo. Tutto le parti devono combaciare con estrema precisione per ottenere un risultato estetico soddisfacente durante la fase di stampaggio e affinché lo stampo stesso non si consumi rapidamente o si rompa.

Lo stampo deve essere in grado di gestire l’iniezione ad alta pressione della plastica fusa, ma allo stesso tempo, deve essere dotato di sfiati per far sì che l’aria possa fuoriuscire evitando di causare bruciature sui pezzi.

Inoltre, è vero che in fase progettuale sono state fatte previsioni sul comportamento del materiale plastico una volta stampato, tuttavia potrebbero esserci delle variazioni nel risultato effettivo. Per questa ragione lo stampo deve essere testato, in modo da assicurarsi che funzioni correttamente e che i prodotti stampati rispondano alle specifiche di progetto concordate inizialmente.

 

Conclusione

Come avete potuto comprendere, la progettazione e la costruzione degli stampi ad iniezione è un processo che richiede tempo e prevede l’utilizzo di macchinari e software ad elevato livello tecnologico. Inoltre, occorrono risorse altamente specializzate capaci di progettare e costruire gli stampi, si tratta di un lavoro impegnativo in termini di conoscenze, abilità ed elevata attenzione ai dettagli.

Tutto questo risulterà sempre costoso, a meno che non si decida ampliare la prospettiva e considerare questa spesa in relazione al suo risultato: una insuperabile sofisticatezza nel design e nell’estetica del prodotto stampato a iniezione (e la sua assoluta ripetibilità in serie) in associazione a bassi costi di produzione.

 

Per qualsiasi informazione e curiosità, non esitate a contattarci.