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Guide Laura

Le nostre guide sono pensate per avere un'idea delle possibilità offerte dalle soluzioni tecniche e dai materiali che siamo in grado di proporvi.

Attualmente sono disponibili guide alla scelta dei materiali e delle finiture, sia per la produzione di prototipi che di pre-serie. Abbiamo poi delle guide sulle tecnologie per la produzione di prototipi o piccole serie, ovvero la stampa 3D, la fresatura CNC e il vacuum casting. Infine, abbiamo pensato a delle guide specifiche per applicazioni particolari, come i modelli trasparenti o i pezzi di ricambio.

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I materiali per stampa 3D e pre-serie

I materiali per stampa 3D e pre-serie Nicola Felice

Lo sviluppo della manifattura additiva ha messo a disposizione di progettisti ed utilizzatori una varietà di materiali nella quale è spesso difficile orientarsi.
Proviamo a fare un po' di chiarezza con l'aiuto di questo schema, che mette a fuoco i materiali più utilizzati nelle varie tecnologie di stampa 3D: i polimeri fotosensibili nella stereolitografia e nella stampa multigetto, la polvere di nylon nella sinterizzazione e nella fusione multigetto, il termoplastico tradizionale nell'estrusione a filo.

Scheda riassuntiva sui materiali per la stampa 3D
Schema riassuntivo dei materiali di stampa 3D

La tabella seguente sintetizza le caratteristiche dei materiali più utilizzati per i prototipi in stampa 3D, focalizzandosi su pro e contro dei diversi matereali. Il colore verde indica buone caratteristiche della proprietà indicata, il colore grigio indica che il materiale non è molto adatto o non possiede la caratteristica indicata, il colore giallo rappresenta una situazione intermedia (accettabile, non eccelso). Ovviamente la tabella non è esaustiva di tutti i materiali, ma ha lo scopo di orientare la scelta, in funzione delle specifiche ritenute più stringenti.

Tabella riassuntiva sui materiali per la stampa 3D
Confronto tra alcuni materiali di stampa 3D

Passando dalla stampa 3D al vacuum casting, ci si trova di fronte nuovamente ad un vasto range di materiali, con cui possono essere prodotte delle piccole serie funzionali. Il questo caso la soluzione costruttiva è la stessa per tutti, ovvero la colata sottovuoto di poliuretano bicomponente in stampo siliconico. L'ampio range di formulazioni disponibili per i poliuretani rende possibile soddisfare le più svariate esigenze, che abbiamo cercato di riassumere in questo schema.

Schema riassuntiva sui materiali per pre-serie
Schema riassuntivo dei materiali per pre-serie

La tabella successiva riassume le caratteristiche dei materiali disponibili per le pre-serie in vacuum casting, evidenziando pregi e difetti dei vari materiali, con la legenda di colori già illustrata in precedenza.

Tabella riassuntiva sui materiali per pre-serie
Confronto tra alcuni materiali usati per le pre-serie

Le schede tecniche dettagliate dei materiali citati in queste tabelle sono disponibili nella sezione datasheets del nostro sito.


Per una comoda consultazione su altri media, questa guida è disponibile anche in formato PDF:

Finiture per stereolitografia

Finiture per stereolitografia Laura

Questa guida descrive i vari modi in cui possono essere rifiniti i prototipi realizzati in stereolitografia: dalla finitura base, alla verniciatura RAL. Solitamente la finitura viene realizzata solo sul lato estetico, salvo diversi accordi e con eccezione dell'effetto trasparente che richiede finitura su entrambi i lati.

FB - Finitura basic

Finitura basic

Questo tipo di finitura è la finitura base definita dalla macchina, senza ulteriori trattamenti se non quelli strettamente necessari per separare l'oggetto dai supporti. La qualità della superficie dipende fortemente dal posizionamento in macchina che può evidenziare o nascondere le stratificazioni del processo. E’ la finitura più economica.

FS - Finitura standard

Finitura standard

E' la finitura più comune, consiste nella carteggitura e sabbiatura del pezzo, che assume un aspetto traslucido bianco.

FT - Finitura trasparente

Finitura trasparente

Con il materiale Watershed 1122XC è possibile ottenere una finitura trasparente, simile al vetro. Questo è possibile carteggiando, lucidando e verniciando il pezzo su entrami i lati, compatibilmente con la geometria del pezzo stesso.

FM - Finitura metallizzata

Finitura metallizzata

In questo caso il prototipo, dopo essere stato lucidato, viene sottoposto a metallizzazione sottovuoto. La superficie finale è lucida e ha un potere altamente riflettente, ma può presentare lievi screpolatura, che possono evidenziarsi anche nel tempo, dovute alle diverse dilatazioni che caratterizzano la resina ed il metallo. È una finitura che richiede più tempo rispetto alle altre (solitamente 3-4 giorni lavorativi in più).

FP - Finitura painted

Finitura colorata

Questo tipo di finitura viene verniciando il modello con una tinta a scelta, lucida o opaca. Con questa modalità si possono ottenere anche finiture simil-metallo opache.

Finiture per pre-serie

Finiture per pre-serie Laura

Con gli stampi in silicone si possono ottenere una buona varietà di finiture, che troviamo di seguito descritte. Tutti gli effetti descritti (eccetto quelli metallizzati) possono applicarsi ad una base pigmentata con tinta RAL a scelta, oppure su una base trasparente (incolore o colorata). Salvo diversi accordi, la finitura viene realizzata solo sul lato estetico; fanno eccezione i pezzi trasparenti, che vengono comunque rifiniti su entrambi i lati.

FLL - Finitura liscia lucida

Finitura lucida

Questo tipo di finitura viene ottenuta lucidando al massimo possibile il prototipo master. I pezzi così ottenuti hanno una finitura lucida e, se il materiale è trasparente, l'effetto è simile al vetro. Attenzione: questa finitura è laboriosa da ottenere e rende molto evidenti anche i minimi difetti e graffi.

FLO - Finitura liscia opaca

Finitura opaca

Questa finitura, caratterizzata da una superficie liscia ma non lucida, è una delle finiture più usate e versatili, facilmente ottenibile su quasi tutte le geometrie. Se il materiale di colata è trasparente, l'effetto è tipo vetro lievemente acidato.

FGL - Finitura goffrata leggera

Finitura goffrata leggera

La superficie FGL presenta una lieve goffratura, che può avere scopo estetico, ma può anche servire a nascondere eventuali irregolarità che possono presentarsi nei prototipi più complessi. Anche questa è una finitura molto usata e versatile. Su materiale trasparente, l'effetto è tipo vetro sabbiato.

FGG - Finitura goffrata grossa

Finitura goffrata grossa

In questa finitura la goffratura è ancora più evidente. In certi casi, la ruvidità della superficie può rendere difficoltosa la correzione dei difetti e può anche ridurre la durata dello stampo.

 

FST - Finitura strutturata

Finitura strutturata

Finitura molto particolare, caratterizzata da una ruvidezza elevata, che simula un materiale di tipo fibroso. Riduce notevolmente la durata dello stampo.

 

FML - Finitura metallizzata lucida

Finitura metallizzata lucida

Questo tipo di finitura viene ottenuta tramite vaporizzazione di metallo sottovuoto. Il rivestimento è di pochi micron e quindi ha caratteristiche estetiche e non strutturali. Il processo di metallizzazione sottovuoto comporta un aumento dei tempi di produzione.

FMS - Finitura metallizzata satinata

Finitura metallizzata satinata

Questo tipo di finitura viene ottenuta verniciando i particolari con una vernice metallizzante opaca. I tempi di realizzazione e i costi sono inferiori, ma non è possibile ottenere l'effetto lucido.

Modelli trasparenti

Modelli trasparenti Nicola Felice

La stampa 3D e la produzione in piccola serie di modelli trasparenti

Questa guida vuole aiutare a comprendere come si possono ottenere dei modelli trasparenti dalla stampa 3D e dalle pre-serie in vacuum casting e, partendo dalla definizione del concetto di trasparenza, fornisce delle indicazioni sulle possibilità ed i limiti di queste due soluzioni.

Prototipo di un modello trasparente

Cos'è la trasparenza?

Quando diciamo "trasparente" siamo tutti abbastanza sicuri di quello che intendiamo, ma ci sono degli aspetti del concetto di trasparenza che vale la pena di approfondire, per comprendere meglio cosa ci si può aspettare quando si vuole ottenere un prototipo trasparente dalla stampa 3D.
La trasparenza è la capacità di un corpo di permettere il passaggio della luce e quindi la visione di oggetti situati al di là di esso.
Questa capacità è determinata da due fattori:

  1. dal materiale di cui è costituito l'oggetto, ovvero dal suo indice di rifrazione: per esempio, avendo convenzionalmente fissato a 1 l'indice di rifrazione del vuoto, l'aria risulta avere indice 1.00029, l'acqua: 1.33, il vetro circa 1.5, il diamante: 2.4;
  2. dalla superficie dell'oggetto: se la superficiè è ruvida, l'angolo di incidenza effettivo della luce non è quello che si vede macroscopicamente ma varia da punto a punto in quanto i vari raggi luminosi incidono sulle faccette microscopiche della rugosità, caratterizzate ognuna da una propria normale, con un effetto complessivo di riflessione e diffusione ovvero di alterazione del percorso dei raggi luminosi, che riduce la trasparenza effettiva.
Tabella degli indici di rifrazione di alcuni materiali

Ne consegue che, per ottenere un prototipo trasparente è necessario:

  1. utilizzare un materiale con un buon indice di rifrazione, ovvero un materiale in se trasparente;
  2. avere una superficie il più possibile lucida e priva di discontinuità geometriche macroscopiche o microscopiche.

Come ottenere modelli trasparenti?

Nel caso dei prototipi, i due percorsi possibili per ottenere un risultato di questo genere sono la stereolitografia ed il vacuum casting.

Nel caso della stereolitografia bisogna utilizzare un materiale trasparente come per esempio il Somos Watershed 11122XC e poi procedere alla finitura della superficie del prodotto fino a renderla liscia e lucida. Nella maggior parte dei casi si vernicia poi l'oggetto con vernice trasparente per esaltarne l'effetto finale.
Il secondo percorso che si può seguire per ottenere dei prototipi trasparenti è quello di colare dei poliuretani trasparenti all'interno di uno stampo in silicone. In questo caso, per assicurare la trasparenza dell'oggetto stampato, è necessario che il master utilizzato per produrre lo stampo, solitamente prodotto in stereolitografia, sia perfettamente lucido e riflettente, ovvero con le caratteristiche superficiali, e quindi le problematiche, descritte nel paragrafo precedente.
 

Confronto tra prototipazione rapida e repliche siliconiche

In generale, vale la pena seguire la prima strada quando si vuole realizzare un singolo prototipo e si vogliono contenere i costi, ha senso invece seguire la seconda strada se si vuole fare una piccola serie di modelli e si cercano materiali più prestanti (sia dal punto di vista meccanico che estetico).

Trasparenza tecnica o trasparenza estetica?

In entrambe le soluzioni sopra descritte, i trattamente necessari a lucidare i modelli comportano dei costi e, cosa ancora più importante, non sempre sono possibili. In generale, per poter lucidare e verniciare un oggetto, è necessario che tutte le sue superfici, interne ed esterne, siano accessibili agli utensili di finitura (di solito manuali) ed alla vernice che viene aerografata. Se ciò non è possibile, la trasparenza dell'oggetto sarà in qualche modo ridotta. Questo problema però, in molti casi è meno limitante di quello che può apparire. Per comprendere meglio la situazione conviene fare riferimento alla distinzione che si fa, nella pratica, tra trasparente estetico e trasparente tecnico.

Confronto tra trasparenza tecnica e trasparenza estetica

La trasparenza estetica è quella "tipo vetro" che possiamo pretendere per esempio da una lampada o dalla vetrina di un frigorifero: ovvero una trasparenza che ci permette non solo di vedere attraverso senza alcuna attenuazione o deformazione, ma anche di apprezzare la finitura liscia e lucida della superficie.
La trasparenza tecnica è invece quella che possiamo chiedere ad un raccordo in cui vogliamo far passare un liquido, o ad una scatola che dovrà contenere una scheda elettronica: in questo caso, è importante poter vedere attraverso la superficie, ma l'estetica della stessa è molto meno importante perchè eventuali difetti non sono rilevanti o si confondono facilmente con gli altri oggetti che che costituiscono l'assieme. In questo caso, anche se non si riescono a lucidare e verniciare perfettamente tutte le superfici, spesso l'effetto finale di trasparenza è del tutto accettabile anche perchè è importante tenere presente che qualsiasi discontinuità geometrica (spigoli, nervature, fori, torrette, etc.) comporta di per sè una riduzione della trasparenza.
Quando si vuole realizzare un prototipo trasparente è quindi importante stabilire quali sono le reali esigenze perchè il cosiddetto "trasparente tecnico", oltre ad essere più facile da ottenere, è molto meno impegnativo dal punto di vista dei costi.


Per una comoda consultazione su altri media, questa guida è disponibile anche in formato PDF:

Volete saperne di più?
Se avete dei dubbi, sull'opportunità di scegliare la soluzione stereolitografia anzichè stampi in silicone, oppure volete comprendere meglio se avete bisogno di una trasparenza estetica o tecnica, non esitatate a contattarci!

Fresatura CNC vs Stampa 3D

Fresatura CNC vs Stampa 3D Nicola Felice

In questa guida proviamo ad illustrare caratteristiche, vantaggi e svantaggi, sia dal punto di vista tecnico che economico, delle due soluzioni oggi più usate per tradurre in realtà un progetto o un’idea.

Fresatura o stampa 3D: cosa conviene usare?
Fresatura o stampa 3D: cosa conviene usare?

Fresatura CNC

In termini generali, la fresatura è una lavorazione in cui, partendo da un solido, che può avere la forma di blocco, lastra, barra, si procede all’asportazione di materiale tramite un utensile tagliente.

Questo concetto generale trova traduzione in un’ampissima varietà di macchine, che si differenziano per dimensioni, solidità, precisione, principio di funzionamento. In particolare, alcune macchine funzionano muovendo l’utensile nella direzione del taglio, mentre il pezzo rimane fissato, altre movimentano il pezzo, mentre la struttura che porta l’utensile rimane fissa. Inoltre, a seconda delle caratteristiche della macchina, questi movimenti possono essere caratterizzati da 3 oppure 4 oppure 5 gradi di libertà, determinando così la complessità delle geometrie che si possono realizzare.

Alla fresatura viene poi spesso associata la tornitura che opera anch’essa per asportazione di materiale tramite utensile tagliente, ma la cui applicazione è limitata alla realizzazione di particolari assialsimmetrici.

Stampa 3D

La stampa 3D è una soluzione produttiva decisamente più recente, che ha iniziato il suo sviluppo durante gli ultimi decenni del 1900 ed è oggi consolidata ed entrata nell’uso comune.

Il principio di funzionamento è opposto alla fresatura e consta nell’addizione di materiale che avviene strato dopo strato, sulla base della geometria bidimensionale ricavata dalla successione di sezioni del modello CAD 3D. Il materiale può trovarsi sia allo stato solido, che liquido, che sottoforma di polvere; a seconda della tipologia di materiale, la soluzione tecnica adottata per produrre l’oggetto solido dà luogo ad un’ampia varietà di tecnologie e macchine, quali la sinterizzazione, la stereolitografia, l’estrusione di filamento, la laminazione, la stampa a getto.

Fattori da valutare

Pur nella grandissima varietà di macchinari e soluzioni tecnologiche oggi disponibili sia nella fresatura che nella stampa 3D, che rende difficile stabilire in generale, quale soluzione sia quella ottimale per il problema specifico, è comunque possibile individuare delle linee guida per muoversi meglio nel processo di scelta. Vediamo assieme alcuni parametri da tenere in considerazione.

Forma

La caratteristica saliente di tutte le soluzioni di stampa 3d è quella di procedere strato per strato, superando in questo modo moltissimi problemi di sottosquadro legati alla realizzazione di geometrie complesse tramite un utensile solido che deve muoversi sul pezzo o all’interno del pezzo. Forme geometriche complicate sono quindi sicuramente realizzabili con maggiore facilità tramite stampa 3d.

Volume

Proprio a causa dell’opposto principio di funzionamento in termini di sottrazione o addizione di materiale, è evidente che la fresatura risulterà più economica per pezzi molto voluminosi, che avranno cioè poco materiale da rimuovere (i.e. simili a blocchi pieni), mentre la stampa 3d risulterà più efficiente per pezzi di volume limitato a parità di ingombro (i.e. simili a scatole vuote).

Dimensione

In entrami i settori esistono macchinari in grado di operare su dimensioni molto variabili, quindi la dimensione non è solitamente determinante nella scelta. È da tenere presente comunque che, quando si tratta di dimensioni molto grandi oppure molto piccole, spesso la grande tradizione del settore della fresatura è in grado di offrire soluzioni più efficienti in questi ambiti di applicazione estremi.

Precisione

In generale, si può affermare che la fresatura ad elevata precisione è sicuramente più precisa di una stampa 3D anche molto dettagliata. Ciò non toglie una certa macchina di stampa 3D possa eseguire un pezzo garantendo una ripetibilità e precisione superiore ad una certa macchina fresatrice. Bisogna poi tenere presente che in alcune lavorazioni caratterizzate per esempio da sottosquadri, alcune geometrie non sono realizzabili tramite fresatura, ed in questi casi, il confronto è decisamente a favore della stampa 3D. Inoltre, il dettaglio minimo realizzabile tramite fresatura è dato dal diametro dell’utensile che rimuove il truciolo, mentre nel caso della stampa 3d il limite è dato dal diametro dell’elemento che riporta il materiale (che può essere un estrusore, un laser, l’ugello di una stampante, etc.); è quindi verosimile che nel caso della fresatura i limiti dimensionali inferiori siano più critici per i dettagli negativi, mentre per la stampa 3d saranno più critici i particolari positivi.

Materiale

Oggi è possibile fresare praticamente qualsiasi materiale di interesse tecnico, mentre invece i materiali disponibili con la stampa 3d sono più limitati anche se la disponibilità aumenta costantemente ed ha già coperto quasi tutti i materiali più rilevanti nel settore della plastica e del metallo. È fondamentale inoltre tenere in considerazioni il fatto che le caratteristiche funzionali di un materiale non sono determinate solo dalla sua composizione chimica, ma anche dalla sua struttura interna che è determinata dalla tecnologia di produzione. Per esempio, le caratteristiche di resistenza meccanica che ci si può attendere da una leva realizzata tramite fresatura di un blocco di nylon, sono assolutamente superiori a quelle ottenibili tramite estrusione a filamento dello stesso materiale e, solitamente le caratteristiche dei pezzi fresati sono isotropiche, mentre invece la stampa 3d è un processo anisotropo che darà quindi luogo a particolari che possono avere caratteristiche anche molto diverse in direzioni diverse. Quindi, quando si ritiene che le caratteristiche del materiale siano fondamentali per l’applicazione cercata, spesso la scelta deve cadere sulla fresatura.

Quantità

In realtà, né la stampa 3d né la fresatura sono soluzioni molto adatte per produrre serie di grande tiratura, dove trovano migliore applicazione tecniche di formatura e stampaggio. Per tirature medie, in generale si può affermare che per pezzi piccoli di solito prevale il fattore complessità geometrica e quindi ha senso orientarsi verso la stampa 3d, mentre per pezzi grandi prevale il fattore volume e risulta quindi più economica la fresatura. Se si tratta invece di pezzi singoli o con tiratura di pochissimi pezzi, conviene tenere in considerazione il fattore pre-processo che, in generale è più costoso e time-consuming con la fresatura, in quanto richiede l’elaborazione di un programma CAM per la generazione di un percorso utensile e un lavoro di attezzaggio/settaggio della macchina, che può incidere significativamente nei costi, soprattutto per realizzare singoli o pochissimi pezzi.

Tempi

In generale la stampa 3D è più veloce della fresatura, sia nel processo in sé, sia nel lavoro che viene richiesto a corredo in quanto la generazione del percorso utensile e l’attrezzaggio macchina nella stampa 3D sono processi standardizzati e rapidi.

Costi

Vista la varietà di soluzioni disponibili in entrambi i processi, è difficile affermare a priori quale sia quello economicamente più conveniente. In generale, conviene tenere presente che gli ambiti in cui funziona meglio la stampa 3d sono quelli caratterizzati da geometrie complesse e basso rapporto volume/ingombro, ed in questi settori sarà verosimile ottenere costi inferiori usando la stampa 3d, mentre sarà probabilmente più economico produrre in fresatura particolari semplici e caratterizzati da elevato rapporto volume/ingombro.

Conclusioni

Volendo individuare delle linee guida generali, si può affermare che la stampa 3d è più rapida della fresatura e funziona meglio per pezzi sottili e geometricamente complessi, mentre la fresatura è più efficace per pezzi semplici e tozzi ed ha una maggiore flessibilità nella scelta dei materiali.

Tabella riassuntiva del confronto tra fresatura e stampa 3D
Tabella riassuntiva del confronto tra fresatura e stampa 3D

Quando si considerano altri fattori, come dimensioni, precisione, quantità e costi, la scelta è più complessa, vanno analizzate le interazioni tra diversi fattori e vanno confrontate le caratteristiche specifiche delle diverse tecnologie produttive disponibili nei due ambiti.


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