{"id":14049,"date":"2024-07-11T00:01:38","date_gmt":"2024-07-10T22:01:38","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/it\/?p=14049"},"modified":"2024-07-10T18:37:04","modified_gmt":"2024-07-10T16:37:04","slug":"stampaggio-a-iniezione-vs-additive-manufacturing-quale-scegliere-110720249","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/it\/stampaggio-a-iniezione-vs-additive-manufacturing-quale-scegliere-110720249\/","title":{"rendered":"Additive manufacturing vs Stampaggio a iniezione: quale processo scegliere?"},"content":{"rendered":"

Nel mondo della produzione moderna esistono molteplici tecnologie di produzione che soddisfano esigenze diverse. In questa occasione, intraprenderemo un’analisi comparativa di due tecnologie che si distinguono per l’elevata capacit\u00e0 produttiva, lo stampaggio a iniezione e l’additive manufacturing. Entrambi i processi presentano vantaggi rispetto all’altro e possono diventare complementari. Per cercare di comprenderli meglio, ne esploreremo i principi fondamentali, le caratteristiche distintive, le applicazioni, i produttori e i costi. Nel corso di questa analisi, scopriremo in quali modi le due tecnologie sono diverse, confrontandole in quanto metodi di produzione.<\/p>\n

Prima di addentrarci in ciascuna delle tecnologie, \u00e8 utile collocarle nel tempo per conoscerne l’origine. Lo stampaggio a iniezione affonda le sue radici negli anni Sessanta dell’Ottocento con l’invenzione di John Wesley Hyatt della celluloide, un materiale plastico. In seguito, Hyatt e suo fratello Isaiah avrebbero brevettato il primo sistema di stampaggio a iniezione, che consisteva in un pistone per forzare la celluloide fusa in uno stampo. Nel corso del XX secolo, la tecnologia ha continuato a evolversi, grazie a invenzioni come la pressa a iniezione a vite rotante di James Watson Hendry nel 1946, che rimane ad oggi il sistema di stampaggio a iniezione standard.<\/p>\n

L’additive manufacturing ha invece le sue origini negli anni Ottanta. I primi sistemi di stampa 3D si basavano sulla tecnica della stereolitografia<\/a>, sviluppata da Chuck Hull e brevettata commercialmente nel 1986. Nei decenni successivi, la produzione additiva \u00e8 cresciuta con lo sviluppo di nuovi processi che hanno ampliato le opzioni dei materiali e applicazioni. Oggi la produzione additiva<\/a> ha guadagnato terreno ed \u00e8 diventata molto interessante per numerosi settori.<\/p>\n

Processo di produzione<\/h3>\n

Come funziona\u00a0l’additive manufacturing?<\/h4>\n

L’additive manufacturing (anche abbreviato, AM) \u00e8 un processo di produzione che crea oggetti aggiungendo materiale strato per strato, sulla base di un progetto digitale. Questo metodo offre grande flessibilit\u00e0 e precisione, consentendo la creazione di geometrie complesse che sarebbero difficili o impossibili da realizzare con i metodi di produzione tradizionali, tra cui lo stampaggio a iniezione.\u2028Come sappiamo, la manifattura additiva comprende diverse famiglie di tecnologie che si differenziano per i materiali che possono essere utilizzati, le fonti di energia e il modo in cui il materiale viene aggiunto. Se dovessimo classificarle in modo generale, potremmo dire che esistono tre processi principali: quelli basati sulla deposizione di materiale, quelli basati sulla fotopolimerizzazione e quelli basati sull’utilizzo di un legante e di polveri. Da ogni famiglia si distinguono varianti che richiedono attrezzature uniche, che non utilizzano gli stessi materiali e i risultati sono chiaramente diversi. Tuttavia, in ognuna delle tecnologie ci sono delle fasi definite per arrivare al pezzo finale.<\/p>\n

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Nella produzione additiva il processo inizia con la creazione di un progetto 3D utilizzando un software di progettazione assistita da computer (CAD<\/a>); una volta completato, il progetto viene convertito in un file digitale. Il modello digitale viene esportato in un formato compatibile con la stampante 3D, ad esempio STL, OBJ o 3MF,<\/a> quindi il file viene caricato nel software di slicing, che converte il modello in strati orizzontali e genera il codice G. Questo codice conterr\u00e0 le istruzioni che la stampante 3D dovr\u00e0 seguire. La produzione vera e propria dipende dalla tecnologia di stampa utilizzata.\u2028Una volta completata la stampa, l’oggetto pu\u00f2 richiedere o meno un post-processing, che pu\u00f2 consistere nella rimozione dei supporti, nella levigatura, nella polimerizzazione nel caso delle resine o nei trattamenti termici quando si lavora con metalli o polimeri.<\/p>\n

Come funziona lo stampaggio a iniezione?<\/h4>\n

Come suggerisce il nome, il processo di stampaggio a iniezione prevede l’iniezione di materiale fuso in uno stampo, dove si raffredda e si solidifica per formare il pezzo finale. Il processo inizia con la selezione e la preparazione del materiale, che pu\u00f2 essere sotto forma di pellet, polvere o preforme. Sebbene i materiali pi\u00f9 comuni siano le materie plastiche, in questo processo possono essere utilizzati anche metalli o vetro. Approfondiremo in seguito i materiali compatibili con questa tecnologia. Una volta che il materiale \u00e8 pronto, viene posto in una tramoggia (alimentatore del materiale), proprio come nei sistemi di estrusione del materiale nella produzione additiva, e da qui viene convogliato in un cilindro.<\/p>\n

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Composizione di una macchina per stampaggio a iniezione (crediti: 3ERP)<\/p><\/div>\n

All’interno del cilindro si trova una vite ad alta temperatura che ruota e spinge il materiale riscaldandolo. Il calore fonde il materiale rendendolo viscoso e fluido. Vale la pena notare che la temperatura in questa fase pu\u00f2 raggiungere i 200 \u00baC. Una volta fuso il materiale, la vite si sposta in avanti, spingendolo ad alta pressione attraverso un sistema di ugelli, simile a un estrusore, nella cavit\u00e0 dello stampo. Il tempo di iniezione pu\u00f2 essere molto breve, di solito tra 0,1 e 2 secondi. Una volta iniettata nello stampo, la plastica inizia a raffreddarsi e a solidificarsi quasi immediatamente, grazie alla bassa temperatura dello stampo. Inoltre, lo stampo \u00e8 dotato di prese d’aria che contribuiscono a mantenere una temperatura costante e ad accelerare il processo di raffreddamento.<\/p>\n

Quando il materiale si \u00e8 solidificato, l’unit\u00e0 di bloccaggio, che pu\u00f2 essere una pressa idraulica o elettrica, rilascia la pressione provocando l’apertura dello stampo e il rilascio del pezzo. Infine, lo stampo si chiude e il ciclo di iniezione viene ripetuto per produrre il pezzo successivo. \u00c8 importante notare che, sebbene esistano diversi tipi di stampi, questi sono costituiti dalla stessa struttura di base per soddisfare la meccanica descritta sopra. Il post-processing dei pezzi stampati a iniezione consiste nell’eliminazione delle sbavature, nella verniciatura, nel trattamento superficiale o nell’assemblaggio.<\/p>\n

Materiali<\/h3>\n

Sia la produzione additiva che lo stampaggio a iniezione utilizzano un’ampia gamma di materiali adatti a varie applicazioni e settori. Nella stampa 3D FDM, ad esempio, predominano i materiali termoplastici come PETG, PLA e ABS, grazie alla loro facilit\u00e0 di fusione ed estrusione, che li rende ideali per la stampa 3D ricreativa e industriale. Tuttavia, la produzione additiva non si limita a questi materiali. Utilizza anche termoindurenti, elastomeri e resine ingegneristiche come il nylon e il policarbonato, comunemente impiegati nella SLS (sinterizzazione laser selettiva), nella fotopolimerizzazione, nel binder jetting e in altre tecnologie di stampa 3D avanzate. Inoltre, la produzione additiva \u00e8 in grado di lavorare i metalli (come titanio e alluminio<\/a>) e ceramiche, offrendo un ampio spettro di applicazioni. Nonostante questa ampia gamma di materiali, i filamenti devono spesso essere certificati per garantire qualit\u00e0 e prestazioni, soprattutto in settori regolamentati come quello aerospaziale e automobilistico. Se da un lato questo processo di certificazione pu\u00f2 aumentare i tempi e i costi, dall’altro l’uso dei pellet nell’AM pu\u00f2 annullare questo processo, in quanto gi\u00e0 utilizzati in tecnologie pi\u00f9 tradizionali come lo stampaggio a iniezione.<\/p>\n

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Il materiale principale per lo stampaggio a iniezione \u00e8 ancora la plastica<\/p><\/div>\n

Come l’additive manufacturing, anche lo stampaggio a iniezione \u00e8 in grado di accogliere un’ampia gamma di materiali, che condividono in gran parte la stessa utilizzabilit\u00e0 (termoplastici, termoindurenti, elastomeri, metalli e resine ingegneristiche come il nylon e il policarbonato). Questa versatilit\u00e0 consente di produrre componenti automobilistici durevoli, impianti in silicone per uso medico e altre parti ad alte prestazioni. La capacit\u00e0 di lavorare materiali densi rende lo stampaggio a iniezione estremamente vantaggioso per la produzione di pezzi che richiedono un’elevata integrit\u00e0 strutturale e precisione dimensionale.<\/p>\n

Post-processing<\/h3>\n

La finitura e il post- processing<\/a> sono essenziali per migliorare le propriet\u00e0 funzionali ed estetiche dei pezzi prodotti mediante AM e stampaggio a iniezione. Nell’AM, il raggiungimento di una finitura superficiale liscia spesso richiede tecniche di post-lavorazione come la levigatura, la lucidatura o i trattamenti chimici, a causa delle texture ruvide e delle linee di strato visibili che risultano dal processo di stampa. Per molte tecnologie di stampa 3D, in particolare FDM, SLA, DLP e material jetting, la rimozione dei supporti \u00e8 un’altra fase critica del post-processing, soprattutto per i progetti con geometrie complesse o sporgenze. Nel complesso, queste tecniche sono cruciali per affinare la texture superficiale, migliorare la durata dei pezzi e garantire la precisione dimensionale, fondamentale per le applicazioni che richiedono un’estetica o una superficie funzionale di alta qualit\u00e0. Tuttavia, ogni tecnica di post-processing dipende fortemente dalla tecnologia di stampa 3D utilizzata inizialmente.<\/p>\n

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Le parti stampate in 3D con resina richiedono un post-processing per rimuovere i supporti e la resina in eccesso.<\/p><\/div>\n

Nello stampaggio a iniezione, il post-processing \u00e8 generalmente molto meno esteso rispetto all’AM, grazie alla finitura di alta qualit\u00e0 che gli stampi possono trasferire ai pezzi. Tuttavia, a volte sono necessarie diverse fasi per garantire che il prodotto finale soddisfi le specifiche desiderate. Una delle fasi di post-lavorazione pi\u00f9 comuni \u00e8 la rimozione del flash, ovvero del materiale in eccesso che pu\u00f2 fuoriuscire dalla cavit\u00e0 dello stampo durante il processo di iniezione. Come per la rimozione delle strutture di supporto nella stampa 3D, la rimozione delle scorie viene generalmente eseguita con strumenti di taglio o di rifilatura, anche se nella produzione di grandi volumi si ricorre spesso a sistemi automatizzati per accelerare questo processo.<\/p>\n

Applicazioni<\/h3>\n

Entrambi i processi sono ampiamente utilizzati nel settore industriale, ciascuno dei quali sfrutta punti di forza unici per rispondere a sfide, esigenze e opportunit\u00e0 produttive specifiche. La produzione additiva eccelle nei settori che richiedono personalizzazione e geometrie complesse, come quello medicale<\/a>, aerospaziale<\/a>, automobilistico<\/a> e dei beni di consumo. L’agilit\u00e0 della produzione additiva nella prototipazione e nella personalizzazione \u00e8 facilmente riscontrabile nel settore medico, dove impianti e protesi personalizzati vengono adattati all’anatomia individuale del paziente, migliorando i risultati del trattamento e il comfort del paziente.<\/p>\n

Allo stesso modo, l’uso della produzione additiva ha acquisito un notevole slancio nel settore aerospaziale, con applicazioni specifiche che stanno emergendo nei missili ipersonici, nei motori a razzo e nelle stampanti 3D autonome per aumentare l’autonomia nelle missioni spaziali. Gli ingegneri aerospaziali sfruttano la capacit\u00e0 della stampa 3D di produrre parti leggere ma resistenti con design intricati, in quanto questi componenti contribuiscono in modo significativo a migliorare le prestazioni, riducendo il peso complessivo o ottimizzando geometrie complesse che i metodi di produzione tradizionali faticano a raggiungere.<\/p>\n

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La stampa 3D per produrre parti dal design complesso.<\/p><\/div>\n

Inoltre, anche le case automobilistiche ricorrono sempre pi\u00f9 ai vantaggi della produzione additiva, utilizzando la tecnologia per la prototipazione rapida, per il processo iterativo di progettazione, per produrre utensili e parti leggere. Ci\u00f2 consente di modificare i pezzi in modo rapido e conveniente e di migliorare la personalizzazione. Sebbene vi sia una notevole sovrapposizione tra i settori che utilizzano questa tecnologia, lo stampaggio a iniezione, d’altra parte, svolge un ruolo distinto nei settori che richiedono una produzione in grandi volumi e una qualit\u00e0 dei pezzi precisa e costante. Come la produzione additiva, \u00e8 prevalente nell’industria automobilistica, dei beni di consumo e dei dispositivi medici, ma per ragioni fondamentalmente diverse.<\/p>\n

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Piezas fabricadas mediante Moldeo por Inyecci\u00f3n de metal (MIM)<\/p><\/div>\n

Lo stampaggio a iniezione \u00e8 favorito dalla capacit\u00e0 di produrre in modo efficiente pezzi standardizzati con un’eccellente finitura superficiale e precisione dimensionale. In particolare, il settore automobilistico utilizza lo stampaggio a iniezione per produrre elevati volumi di componenti come paraurti, maniglie delle porte, cruscotti e pannelli esterni della carrozzeria, garantendo uniformit\u00e0 e conformit\u00e0 ai rigorosi standard industriali. Nei beni di consumo, lo stampaggio a iniezione \u00e8 fondamentale per la produzione in scala di imballaggi in plastica, contenitori, involucri elettronici e giocattoli, mantenendo la coerenza del prodotto e consentendo la produzione di massa. Analogamente alla stampa 3D, anche il settore medicale trae notevoli vantaggi dallo stampaggio a iniezione, in particolare nella produzione di dispositivi medici come siringhe, cateteri e strumenti chirurgici. Anche lo stampaggio a iniezione \u00e8 particolarmente vantaggioso in questo caso, in quanto consente agli operatori sanitari di utilizzare dispositivi che soddisfano i rigorosi requisiti normativi in materia di biocompatibilit\u00e0 e precisione dimensionale.<\/p>\n

Benefici e limiti<\/h3>\n

Lo stampaggio a iniezione \u00e8 apprezzato per l’efficienza e l’economicit\u00e0 nella produzione di grandi volumi. Il vantaggio principale dello stampaggio a iniezione \u00e8 la capacit\u00e0 di produrre grandi quantit\u00e0 di pezzi identici con uno scarto minimo di materiale. Una volta creati gli stampi, il processo di produzione \u00e8 rapido e ogni ciclo produce un pezzo completamente formato, il che lo rende ideale per la produzione di massa nei settori dei beni di consumo e dell’elettronica. Questa efficienza si traduce in un significativo risparmio sui costi unitari man mano che la produzione aumenta, rendendo conveniente per molte aziende la spesa iniziale per la messa a punto. In tal senso, lo stampaggio a iniezione \u00e8 pi\u00f9 conveniente dell’additive manufacturing.<\/p>\n

\"Impresi\u00f3n

Il vantaggio principale dello stampaggio a iniezione \u00e8 la produzione di grandi volumi di pezzi identici.<\/p><\/div>\n

Tuttavia, lo stampaggio a iniezione deve affrontare sfide significative, soprattutto per quanto riguarda i tempi di messa a punto e l’investimento iniziale. La progettazione e la fabbricazione degli stampi possono richiedere settimane o addirittura mesi, a seconda della complessit\u00e0 del pezzo da produrre. Questi tempi lunghi rendono lo stampaggio a iniezione meno flessibile per le modifiche rapide del progetto rispetto alla stampa 3D. Gli elevati costi iniziali associati alla creazione di stampi, all’acquisto di macchine e all’acquisizione di materiali possono limitare l’ingresso nel mercato di molte piccole imprese e startup.<\/p>\n

Anche i vincoli di progettazione giocano un ruolo cruciale, in quanto geometrie intricate e caratteristiche interne possono essere difficili da stampare senza compromettere l’integrit\u00e0 del pezzo o aumentare significativamente i costi o i tempi di produzione per progettare un nuovo stampo. Inoltre, le materozze, il punto in cui il materiale fuso entra nello stampo, devono essere progettate e calibrate con precisione per garantire che il materiale fluisca uniformemente nello stampo, evitando deformazioni e raffreddamenti prematuri. Nonostante questi ostacoli, una volta superato l’investimento iniziale nella costruzione dello stampo, il prezzo per pezzo diminuisce significativamente con l’aumento della produzione.<\/p>\n

Dall’altro lato, la produzione additiva richiede tempi di allestimento minimi rispetto allo stampaggio a iniezione, rendendola incredibilmente utile per la prototipazione rapida e la produzione on-demand. Questa rapidit\u00e0 di messa a punto \u00e8 particolarmente vantaggiosa per le aziende che operano in settori frenetici come l’aerospaziale e l’automobilistico, che beneficiano di iterazioni rapide e tempi di consegna ridotti, consentendo notevoli risparmi sui costi. Quando sono necessarie modifiche al progetto, come nel caso della prototipazione rapida, la stampa 3D consente aggiustamenti rapidi ed economici.<\/p>\n

Inoltre, la produzione additiva presenta un netto vantaggio rispetto allo stampaggio a iniezione in termini di sostenibilit\u00e0, in quanto riduce drasticamente gli scarti di materiale nella maggior parte dei casi. La natura additiva del processo fa s\u00ec che il materiale venga depositato solo quando necessario, riducendo al minimo gli scarti dovuti, nello stampaggio, a materozze non allineate o a materiale in avanzo.<\/p>\n

\"Additive

Crediti: Materialise<\/p><\/div>\n

Tuttavia, questo non significa che la stampa 3D sia priva di limiti. Sebbene la configurazione iniziale sia veloce, la velocit\u00e0 di produzione effettiva della stampa 3D \u00e8 spesso molto pi\u00f9 lenta rispetto allo stampaggio a iniezione per la produzione di grandi volumi. Inoltre, nonostante i continui progressi del settore, la finitura superficiale delle parti stampate in 3D richiede spesso un ampio post-processing per ottenere la levigatezza o la qualit\u00e0 estetica desiderata, un limite che non si riscontra in genere con lo stampaggio a iniezione (anche se alcune tecnologie, come il getto di materiale, ad esempio, non sono soggette a questa limitazione). Ci\u00f2 comporta un aggravio di tempo e di costi nel processo di produzione, soprattutto per i pezzi che richiedono una finitura di alta qualit\u00e0. Inoltre, il prezzo di ingresso della stampa 3D pu\u00f2 variare in modo significativo a seconda del settore in cui viene utilizzata, determinando se si tratta di un’opzione a basso o alto costo. Sebbene la produzione additiva rappresenti un’opzione di produzione affidabile e generalmente accessibile, con una flessibilit\u00e0 di progettazione senza pari, non \u00e8 la scelta pi\u00f9 economica per la produzione di massa di componenti semplici e uniformi.<\/p>\n

Tempi di produzione<\/h3>\n

Sebbene non sia possibile indicare con esattezza i tempi di ciascuna fase, esistono fattori determinanti. Ad esempio, nel caso dello stampaggio a iniezione, la preparazione dello stampo pu\u00f2 richiedere molto tempo, in quanto comprende la progettazione, la fabbricazione e la lavorazione dello stampo. Questo perch\u00e9 la progettazione dello stampo non solo considera la struttura del pezzo, ma anche l’intero meccanismo che circonda lo stampo, il sistema di raffreddamento, gli sfiati, il canale di iniezione, ecc. Nel caso dei pezzi da stampare in 3D, il tempo di progettazione si concentra esclusivamente sul pezzo e, naturalmente, sui supporti. In entrambi i casi, il tempo di progettazione varia a seconda della complessit\u00e0 dei pezzi e delle modifiche da apportare per ottenere il risultato desiderato.<\/p>\n

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Esempio di stampo per la produzione di bottiglie di plastica<\/p><\/div>\n

Per quanto riguarda i tempi di produzione, nell’additive manufacturing il tempo dipende dalla geometria del pezzo, dalla risoluzione di stampa, dal materiale utilizzato e dalla tecnologia. I pezzi piccoli e semplici, ad esempio, richiedono pochi minuti per essere stampati, mentre i componenti di grandi dimensioni possono richiedere ore o addirittura giorni. Lo stampaggio a iniezione, invece, guadagna in velocit\u00e0 di produzione, in quanto le macchine sono calibrate per iniettare il materiale in modo cos\u00ec preciso e ripetitivo che un grande volume di pezzi pu\u00f2 essere prodotto in pochi secondi.<\/p>\n

Costi<\/h3>\n

Un altro aspetto fondamentale \u00e8 il costo di produzione. L’investimento iniziale per le attrezzature di stampaggio a iniezione industriale pu\u00f2 variare da 50.000 a oltre 200.000 dollari, a seconda delle dimensioni, della capacit\u00e0 e delle caratteristiche tecniche della macchina. Con l’avvento delle stampanti 3D desktop, anche il settore dello stampaggio a iniezione ha iniziato a proporre soluzioni per la produzione su scala ridotta seguendo questa tecnologia. Sebbene le stampanti 3D industriali possano avvicinarsi ai prezzi delle macchine per lo stampaggio a iniezione, una delle principali differenze tra i due processi \u00e8 che nella produzione additiva non si investe in stampi. Gli stampi sono infatti uno dei componenti pi\u00f9 costosi, soprattutto quando sono molto complessi. Gli stampi possono costare fino a 100.000 dollari.<\/p>\n

Un altro investimento \u00e8 il software. Entrambi i processi richiedono un software per la progettazione e il monitoraggio del processo. Poich\u00e9 l’investimento per entrambi i processi \u00e8 unico, esistono calcolatori online che servono come punto di riferimento per i calcoli di produzione, oltre a servizi di quotazione professionali. Esempi di calcolatori per lo stampaggio a iniezione sono Hubs, ICOMold o CustomPart; per la produzione additiva troviamo soluzioni come AMOTool o ShatterBox. In entrambi i casi, \u00e8 importante tenere presente che ci sono anche i costi di installazione, il time to market, gli investimenti, la manutenzione, la manodopera e i materiali.<\/p>\n

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Lo stampaggio a iniezione \u00e8 ideale per grandi quantit\u00e0 di parti identiche<\/p><\/div>\n

Sebbene l’additive manufacturing sia ancora considerato la scelta ideale per i progetti a basso volume, le parti personalizzate e la prototipazione rapida, questa situazione sembra destinata a cambiare nei prossimi anni. I segnali? Un rapporto di Protolabs sulle tendenze del mercato, pubblicato di recente, ha evidenziato che un numero sempre maggiore di professionisti si rivolge alla produzione additiva per creare pezzi in grandi volumi che in precedenza venivano creati con tecnologie come lo stampaggio a iniezione.<\/p>\n

\"Additive<\/p>\n

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Nel mondo della produzione moderna esistono molteplici tecnologie di produzione che soddisfano esigenze diverse. In questa occasione, intraprenderemo un’analisi comparativa di due tecnologie che si distinguono per l’elevata capacit\u00e0 produttiva, lo stampaggio a iniezione e l’additive manufacturing. Entrambi i processi…<\/p>\n","protected":false},"author":6086,"featured_media":14051,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"content-type":"","footnotes":""},"categories":[16,20],"tags":[],"class_list":["post-14049","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-materiali-3d","category-news"],"acf":[],"yoast_head":"\nAdditive manufacturing e Stampaggio a iniezione: quale scegliere? – 3Dnatives<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"Quale processo produttivo scegliere tra additive manufacturing e stampaggio a iniezione? 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