Le stampanti 3D sono un nuovo tipo di apparecchiature di lavorazione in grado di produrre varie forme e le loro applicazioni sono diventate sempre più diffuse negli ultimi anni. Ma presenta anche inconvenienti e situazioni in cui non è adatto alla lavorazione. In quali situazioni le stampanti 3D possono svolgere il loro ruolo e in quali situazioni è più adatta la lavorazione tradizionale? Di seguito sono riportate le caratteristiche delle stampanti 3D e le loro differenze rispetto alla lavorazione di taglio.
Cos’è la stampa 3D?
Una stampante 3D è un dispositivo che taglia i dati 3D in fette sottili per formare forme bidimensionali, quindi impila le forme bidimensionali per formare un modello tridimensionale identico alla forma dei dati 3D. A differenza della lavorazione di taglio che rimuove materiali, della lavorazione della plastica che modella i materiali formati e della lavorazione di deformazione, la produzione additiva, nota anche come produzione additiva, è considerata dal punto di vista della lavorazione con materiali aggiunti. Le caratteristiche di lavorazione delle stampanti 3D si manifestano come "modellazione" e "stratificazione", che sono principalmente suddivise nelle seguenti categorie in base ai metodi di modellazione e ai tipi di materiali di modellazione.
Classificazione basata sul metodo di stratificazione
Fused Deposition Modeling (FDM): si tratta di un metodo di stratificazione che spruzza materiale hot melt da un ugello, che va da modelli relativamente economici per uso personale a uso commerciale, con un'ampia gamma di linee di prodotti. Il materiale da modellare è principalmente la resina, ma esistono anche materiali per fasi metalliche. Ad esempio, in alcuni prodotti numerici termoplastici, per lo stampaggio possono essere utilizzati gli stessi materiali effettivamente utilizzati nello stampaggio ad iniezione.
Metodo di stampaggio UV: è un metodo per irradiare i raggi ultravioletti sulla resina liquida per indurirla e depositare materiali. L'irradiazione UV può essere ottenuta utilizzando, tra gli altri, proiettori UV e laser. Fondamentalmente utilizzato solo per modellare materiali in resina. I materiali utilizzati sono materiali specializzati. Il metodo di stampaggio strato per strato di sinterizzazione della polvere utilizza il laser o altri metodi per irradiare uno strato sottile di materiale in polvere e riscaldarlo per dissolvere e solidificare il materiale in polvere. Quindi stendervi sopra uno strato sottile di polvere di materiale ed eseguire nuovamente l'irradiazione laser. Questo metodo di stratificazione è chiamato modellazione a strati con sinterizzazione di polveri. Generalmente, i materiali e gli additivi vengono miscelati per l'uso e la funzione degli additivi è quella di sciogliere e legare insieme i materiali. Anche i materiali applicabili per questo metodo sono specializzati.
Secondo la classificazione del materiale
Materiale in resina
Materiali metallici
Le stampanti 3D possono elaborare materiali in resina e metallo. A causa dei diversi materiali che possono essere lavorati dai diversi modelli di apparecchiature, è necessario utilizzare diversi modelli di apparecchiature a seconda dello scopo della progettazione.
Le stampanti 3D spesso danno alle persone l'impressione di poter elaborare e produrre facilmente qualsiasi forma, ma in realtà la modellazione e l'elaborazione di alta qualità richiedono metodi ed esperienza accumulata. Questo tipo di attrezzatura non può produrre tutto a piacimento. Inoltre, a volte anche la post-elaborazione dopo lo stampaggio richiede più tempo, ad esempio la rimozione delle parti di stampaggio di bloccaggio utilizzate per stabilizzare la forma. Molte aziende forniscono questo tipo di servizio professionale e dovremmo dare priorità a questo approccio per ottenerlo.
La differenza tra stampa 3D e lavorazione di taglio
La differenza più grande tra la stampa 3D e il taglio è il metodo di lavorazione, a cui si aggiungono molte altre differenze.
Differenze nei metodi di elaborazione
Stampante 3D: produzione additiva che aggiunge materiali per ottenere la forma desiderata.
Lavorazione di taglio: rimozione di parti non necessarie da materiali simili a blocchi e lavorazione per distinguere la forma che può essere lavorata.
Stampante 3D: impilata sulla base di forme di sezione trasversale 2D, può elaborare fori cavi, pendenti, curvi, ecc. D'altra parte, carne spessa, grumi non cavi, ecc. non sono adatti per questo tipo di metodo a causa alla necessità di più materiali.
Lavorazione di taglio: non è possibile lavorare fori cavi o curvati internamente. Inoltre, per la lavorazione di fori sporgenti e trasversali, è necessario bloccare e fissare il pezzo più volte durante il processo di lavorazione, quindi il grado di libertà della forma lavorabile non è molto elevato. D'altro canto, questo metodo taglia forme da materiali a blocchi, facilitando la produzione di elementi con pareti spesse.
Differenze nei dati necessari al trattamento
Stampante 3D: sono necessari non solo i dati di progettazione 3D, ma anche i dati di stampa 3D. Inoltre, a seconda della forma, potrebbe essere necessario progettare supporti, che potrebbero richiedere software specializzati o dati 3D come STL, STEP, IGS come dati intermedi. La creazione dei dati per questo potrebbe richiedere molto tempo.
Elaborazione del taglio: utilizzando macchine utensili per il taglio è possibile utilizzare disegni 2D. Negli ultimi anni, la "lavorazione automatica" NC è diventata gradualmente mainstream, per la quale è ampiamente utilizzato il programma applicativo (CAM) per la creazione automatica di programmi NC. Oltre ai comuni formati dati 2D come DXF, è possibile creare programmi NC riconoscendo anche formati dati 3D come STEP e IGS, soprattutto per forme complesse. Da questo, possiamo facilmente creare dati per raggiungere gli obiettivi di elaborazione.
La differenza tra i materiali lavorabili
Le stampanti 3D generalmente richiedono materiali specializzati. Pertanto, oltre alle limitazioni sui materiali opzionali, i materiali specializzati presentano anche degli svantaggi come il fatto che sono più costosi dei materiali generali.
Lavorazione di taglio: non solo può lavorare i metalli, ma anche vari altri materiali come la plastica.
Esempi più adatti alla stampa 3D rispetto alla lavorazione di taglio
Ogni metodo di lavorazione ha i suoi vantaggi e svantaggi. Di seguito sono riportati alcuni casi in cui la stampa 3D è più adatta rispetto alla lavorazione di taglio.
Conferma creativa 3D: se è necessario confermare l'aspetto del prodotto durante la fase di pianificazione del prodotto, questo metodo può essere utilizzato in modo efficace. Rispetto alle specifiche, ai disegni e alle illustrazioni, può fornire un'esperienza più chiara e intuitiva poiché può essere visualizzato davanti agli occhi come un oggetto fisico.
Struttura cava e fori curvi internamente: questo metodo è molto adatto se si desidera ottenere una struttura cava per ridurre il peso o se si desidera ottenere una forma complessa di fori curvi all'interno del prodotto. Soprattutto quando si creano fori curvi internamente, poiché il taglio implica la lavorazione di fori da due direzioni e la loro intersezione, è possibile creare solo un foro dritto con un angolo R. Ma le stampanti 3D possono realizzare fori curvi e curvi complessi.
Produzione di prodotti di prova: soprattutto per i prodotti in plastica, per effettuare una produzione di prova è necessario realizzare stampi di prova durante la lavorazione di taglio. Tuttavia, poiché le stampanti 3D non necessitano di stampi, la produzione di prova può essere effettuata a basso costo. Un altro metodo consiste nel produrre lo stampo utilizzato per lo stampaggio a iniezione o lo stampaggio, anziché il prototipo stesso.
Modelli di costruzione e costruzione: le stampanti 3D sono adatte per creare strutture curve complesse. Inoltre è esperta anche nella lavorazione di forme cave, rendendola più adatta allo styling di modelli architettonici. Nel processo di taglio è difficile ottenere una forma cava, quindi deve essere divisa in più parti per la produzione e l'assemblaggio. All’estero, il fenomeno dell’utilizzo della stampa 3D per produrre gli edifici stessi è in graduale aumento, ma sussistono ancora questioni come i costi dei materiali e la precisione delle combinazioni dei componenti.
Produzione multipla e in piccoli lotti: il vantaggio delle stampanti 3D è che non richiedono stampi e possono produrre liberamente. Pertanto, le stampanti 3D sono adatte a vari tipi di produzione su piccola scala, come la riproduzione di protesi e prodotti già fuori stampa, nonché gli impianti utilizzati sulle linee di produzione. Può anche essere utilizzato per elaborare prodotti che soddisfano le diverse esigenze dei clienti, come parti automobilistiche personalizzate. E finché ci sono dati, la stessa cosa può essere fatta immediatamente, eliminando il rischio di scorte invendute e in eccesso.
Distinguere efficacemente tra stampa 3D e lavorazione di taglio
La sfida più grande della stampa 3D è la bassa precisione di lavorazione. Per poter essere utilizzato in combinazione con altre parti, la lavorazione è essenziale. La forma delle parti che sono combinate con precisione con altre parti, come ad esempio le viti, non è adatta. La velocità di elaborazione della stampa 3D è più lenta del taglio e anche i costi operativi, compresi i materiali, sono elevati, rendendola inadatta alla produzione su larga scala. Pertanto, ad eccezione di alcune tipologie di produzione in piccoli lotti, viene generalmente utilizzato per la lavorazione e la produzione di stampi utilizzati in campioni, prototipi o prove. Negli ultimi anni si sono verificati casi anche nel settore automobilistico e aeronautico in cui i prodotti realizzati con le stampanti 3D vengono installati direttamente come prodotti finali, ma non hanno ancora raggiunto il livello di sostituzione delle tradizionali apparecchiature di lavorazione. Anche come prototipo, ci sono ancora problemi di precisione e ruvidità superficiale, nonché la difficoltà che i materiali metallici vengano deformati termicamente.
Pertanto, l’approccio ideale è quello di utilizzare la stampa 3D in alcune applicazioni limitate (come la produzione di prova) e adottare la lavorazione di taglio durante precise fasi di produzione di prova e di produzione di massa. Inoltre, nelle situazioni in cui è richiesta una valutazione delle prestazioni allo stesso livello dei prodotti prodotti in serie, le stampanti 3D potrebbero non essere in grado di utilizzare gli stessi materiali dei prodotti prodotti in serie. A questo punto è necessario utilizzare attrezzature da taglio per realizzarlo.
A differenza dei processi di taglio che rimuovono materiali, le stampanti 3D sono apparecchiature di lavorazione che aggiungono materiali per ottenere la forma desiderata per la produzione additiva. Impila e sovrapponi le forme 2D delle sezioni di dati 3D nella forma desiderata. La stampa 3D può essere suddivisa in modellazione a deposizione di fusione (FDM), modellazione a raggi ultravioletti, modellazione a strati con sinterizzazione di polveri, ecc. in base al metodo di stratificazione e può essere divisa in resina e metallo a seconda dei materiali utilizzati. Sebbene sia anche possibile elaborare forme che non possono essere ottenute mediante taglio, come sporgenze, fori trasversali e fori curvi interni, la precisione della stampa 3D è attualmente inferiore rispetto al taglio, richiedendo materiali specializzati e tempi di lavorazione più lunghi. Pertanto, rispetto alla produzione di massa, le stampanti 3D sono più adatte per scopi particolarmente limitati durante i processi di produzione e pianificazione di prova.