Prefazione:

In quest'era in rapido cambiamento, con il progresso della scienza e della tecnologia, ciò non si riflette solo nel ritmo più rapido della vita delle persone, ma anche nei cambiamenti nell'industria manifatturiera. L’emergere di muffe rapide è in risposta ai cambiamenti di quest’epoca.

Utensileria rapida serve principalmente i processi di sviluppo e produzione del prodotto in due modi principali: 1) prototipazione per testare la funzionalità o la fattibilità del prodotto e dei suoi processi produttivi e 2) consentendo la produzione in piccoli lotti.

• Utensili per prototipi: La prototipazione ci aiuta a valutare l'aspetto, la funzionalità e altri aspetti del prodotto.^, Ci sono vari industriali prototipazione rapida processi, come stampa 3D, lavorazione CNC e altro ancora. Questi metodi sono rapidi ed economici, ma hanno anche i loro limiti. Ad esempio, i materiali utilizzati nella stampa 3D potrebbero differire dalla progettazione e dalla produzione effettiva. Le superfici curve possono essere difficili da produrre con la lavorazione CNC e la progettazione delle parti in plastica per lo stampaggio a iniezione è diversa dalle parti progettate per la produzione CNC. Utensileria rapida, che è essenzialmente a stampaggio ad iniezione a basso volume processo, può superare queste sfide. Permette di testare l'impatto di diversi materiali sul prodotto. Inoltre, poiché si tratta di stampaggio a iniezione, non è necessario modificare il design delle parti a causa delle caratteristiche di lavorazione CNC. Inoltre, consente di testare potenziali problemi durante il processo di stampaggio a iniezione.

• Produzione in piccoli lotti: Alcuni prodotti potrebbero non richiedere un volume di produzione totale elevato. Una parte significativa del costo elevato degli stampi tradizionali è dovuta alla garanzia di una maggiore durata dello stampo. L'attrezzaggio rapido consente la produzione in piccoli lotti costi di stampo meno costosi, e il termine d'esecuzione della realizzazione di stampi è a minore, tempi di commercializzazione più rapidi. Un altro scenario è quando un prodotto necessita di produzione in piccoli lotti per i test di mercato dopo la prototipazione per valutare l’accettazione del mercato o identificare potenziali errori prima della produzione su larga scala. Questo è anche chiamato produzione di ponti. In questi casi, quando il volume di produzione totale è incerto, l’utilizzo di attrezzature rapide rappresenta un approccio più conveniente.

Processo di attrezzaggio rapido: come è più economico e veloce?

Diamo prima uno sguardo al processo di produzione degli utensili, quindi confrontiamolo con il processo^, di attrezzaggio rapido. Poi troveremo il segreto per cui è più economico e veloce.

Il processo di produzione degli strumenti

Progettazione di stampi

Una volta che il produttore dello stampo ottiene il progetto CAD del prodotto, viene realizzato il progetto dello stampo. In base al progetto dello stampo vengono quindi ordinati una base dello stampo standard, il materiale della cavità dello stampo per il nucleo dello stampo e altri accessori (perni di espulsione, molle, ecc.). Normalmente ci vuole circa una settimana per avere tutto il materiale pronto.

Cavità dello stampo e nucleo dello stampo

Il passo successivo è realizzare le cavità e l'anima dello stampo. A seconda del design effettivo del prodotto e della durezza del materiale centrale dello stampo, viene applicata la lavorazione CNC o il processo EDM. In questa fase vengono realizzate anche altre strutture dello stampo, come i canali di raffreddamento.

Trattamento termico

Applicare un trattamento termico per migliorare la durezza e la resistenza dei componenti dello stampo, migliorandone la durata e la resistenza all'usura.

Assemblaggio stampo

UN. Assemblare i componenti dello stampo, assicurandosi che si adattino insieme in modo preciso e sicuro. B. Incorpora i componenti necessari come perni guida, perni di espulsione e viti per un corretto funzionamento.

Preparazione della superficie dello stampo

Applicare la texture scelta sulla superficie dello stampo utilizzando varie tecniche:

• Acquaforte chimica: Utilizzare prodotti chimici per incidere la struttura sulla superficie dello stampo. ^,Questo metodo può ottenere dettagli fini e modelli complessi.

• Elettroformatura: Deposita uno strato di texture galvanizzando un metallo sulla superficie dello stampo, creando il motivo di texture desiderato. ^,

• Testurizzazione laser: Utilizza i laser per incidere la texture desiderata direttamente sulla superficie dello stampo, garantendo precisione e flessibilità nella progettazione della texture.

• Attrezzaggio manuale: Gli artigiani possono utilizzare strumenti manuali per scolpire la trama sulla superficie dello stampo per disegni più complessi.

• Lucidatura dello stampo: Dopo aver applicato la texture, lucidare accuratamente la superficie dello stampo per eliminare eventuali spigoli o imperfezioni, garantendo una texture liscia e uniforme.

Trattamento superficiale (opzionale)

Applicare trattamenti superficiali aggiuntivi come rivestimenti o finiture per migliorare la durata e la longevità dello stampo strutturato.

Montaggio e collaudo dello stampo

a. Montare lo stampo nella macchina per lo stampaggio a iniezione ed eseguire i test iniziali per garantire il corretto allineamento e funzionalità.

b. Apportare le modifiche necessarie per ottimizzare le prestazioni dello stampo, come la regolazione del sistema di raffreddamento e la garanzia della corretta espulsione delle parti stampate.

Processo di produzione degli utensili

Il processo di attrezzaggio rapido

Il processo di produzione dell'attrezzatura rapida differisce dall'attrezzatura di produzione in molti modi importanti. Una distinzione fondamentale è legata all’uso degli stampi:

1. Utilizzo della base dello stampo:

• Nell'attrezzaggio rapido, vengono comunemente utilizzate basi di stampo esistenti o riciclate, spesso denominate basi di stampo "di seconda mano". Queste basi dello stampo potrebbero essere state utilizzate in stampi precedenti e vengono riproposte per il nuovo strumento.

• Il vantaggio di utilizzare basi di stampo riciclate risiede nel loro rapporto costo-efficacia, poiché sono generalmente meno costose delle basi di stampo appena ordinate.

• Inoltre, l'utilizzo di basi di stampo riciclate può far risparmiare tempo durante il processo di attrezzaggio perché alcuni elementi strutturali sulla base di stampo potrebbero già essere preesistenti e non richiedono tempo di lavorazione aggiuntivo.

Questo approccio che prevede l'utilizzo di basi di stampo riciclate è uno dei principali modi in cui l'attrezzaggio rapido differisce dall'approccio più tradizionale dell'attrezzatura di produzione.

2. Selezione del materiale per il nucleo dello stampo e la cavità dello stampo:

• Nelle attrezzature di produzione, i materiali del nucleo dello stampo e della cavità dello stampo vengono generalmente scelti per resistere all'usura e alla corrosione associate alla produzione in grandi volumi (tipicamente circa 300,000 cicli di iniezione). Questi stampi utilizzano spesso acciai per stampi temprati o relativamente duri.

• D'altro canto, il rapid tooling adatta la selezione del materiale in base alla durata dell'utensile richiesta, optando spesso per materiali più morbidi come acciaio non temprato o alluminio.

• L'utilizzo di materiali più morbidi nell'attrezzamento rapido presenta due vantaggi:

  • In primo luogo, i materiali più morbidi sono più economici rispetto agli acciai per stampi temprati.

  • In secondo luogo, i materiali morbidi sono più facili da lavorare, con conseguente risparmio di tempo durante le successive fasi di lavorazione e formatura.

• Questa differenza nella scelta dei materiali per il nucleo e la cavità dello stampo è un'altra distinzione significativa tra l'utensileria rapida e l'attrezzatura di produzione tradizionale.

3. Tecniche di lavorazione per cavità e nucleo dello stampo:

• Negli utensili di produzione, l'uso di materiali relativamente duri per le cavità e le anime degli stampi può rendere a volte impegnativa la lavorazione CNC. Di conseguenza, spesso si preferisce la lavorazione con elettroerosione (EDM). L'elettroerosione prevede l'uso di scariche elettriche per modellare il materiale. È particolarmente utile per funzionalità complesse o complesse.

• D'altra parte, l'utensileria rapida utilizza materiali più morbidi, rendendoli più adatti alla lavorazione CNC. L'elettroerosione è generalmente riservata a caratteristiche come angoli interni acuti o superfici complesse difficili da lavorare utilizzando il CNC. L'elettroerosione prevede la creazione di un elettrodo mediante CNC e quindi l'utilizzo di questo elettrodo per il processo di scarica elettrica, modellando gradualmente la cavità con incrementi piccoli fino a 10 micrometri. Ciò rende l’elettroerosione un processo che richiede più tempo rispetto alla lavorazione CNC.

• Generalmente, le caratteristiche che possono essere lavorate in poche ore con il CNC possono richiedere diversi giorni quando si utilizza l'EDM.

4. Progettazione dello stampo:

• Quando si progetta lo stampo, si valuta se la produzione prevista è per la produzione su larga scala o su piccola scala. Vengono scelte diverse strutture e funzionalità per ottimizzare costi ed efficienza per ogni scenario.

• Ad esempio, nella progettazione di stampi per la produzione in grandi volumi, vengono spesso incorporate caratteristiche come sollevatori o slitte, che sono efficienti per la produzione di massa. Queste funzionalità aiutano in processi come stampaggio ad iniezione sottosquadro.

• D'altro canto, per gli stampi destinati alla produzione in piccoli volumi, l'economicità è una priorità. Pertanto, soluzioni più semplici ed economiche, come gli inserti manuali, sono preferite rispetto a meccanismi complessi come guide o sollevatori. Questi inserti manuali possono essere economicamente più vantaggiosi per cicli di produzione più piccoli.

• La filosofia di progettazione di base del Rapid Tooling è quella di bilanciare un aumento del tempo del ciclo di stampaggio a iniezione con una riduzione dei tempi e dei costi di produzione degli stampi.

A causa delle differenze delineate tra i processi di attrezzaggio rapido e di attrezzaggio di produzione, il costo dell'attrezzaggio rapido può essere ridotto a circa la metà di quello dell'attrezzaggio di produzione e il ciclo di produzione dura tipicamente solo circa un terzo del tempo richiesto per l'attrezzaggio di produzione.

processo di attrezzaggio rapido

Differenza tra utensili rapidi e utensili di produzione

	Utensili rapidi	Utensili convenzionali
Velocità	7 ~ 15 giorni	4 ~ 8 settimane
Costo degli utensili	bassi costi generali	spese generali considerevoli.
Volume di produzione ideale	1000 ~ 30,000 parti, a seconda del processo e del materiale degli utensili	~30 + parti, varia in base al processo di produzione
Applicazioni	Test di validazione del prodotto Utensili per ponti Produzione a breve termine, su richiesta o personalizzata	Produzione di massa

Attrezzaggio rapido vs prototipazione rapida

La prototipazione rapida avviene quando creiamo rapidamente il prodotto reale per testarlo e vedere come appare e funziona. Ci aiuta a migliorare il design e a comprendere meglio il prodotto.

L'attrezzaggio rapido riguarda la realizzazione rapida di stampi o strumenti, necessari per la produzione in serie del prodotto. Questi stampi sono come modelli che modellano il prodotto in grandi quantità. È un modo rapido ed economico per realizzare molti prodotti una volta finalizzato il progetto.

In termini semplici, la prototipazione rapida riguarda il prodotto reale, mentre il rapid tooling riguarda la creazione rapida degli strumenti per realizzare molti di questi prodotti.

La prototipazione rapida coinvolge processi come la stampa 3D, la fusione sotto vuoto e la lavorazione CNC. D'altro canto, l'attrezzaggio rapido è simile al processo di attrezzaggio di produzione, ma è più rapido ed economico.

Vantaggi e svantaggi del Rapid Tooling

L'attrezzaggio rapido, come metodo per produrre rapidamente stampi o strumenti necessari per la prototipazione o la produzione di ponti, offre numerosi vantaggi e presenta alcuni inconvenienti da considerare^,.

vantaggi:

1. Velocità ed efficienza: L'attrezzaggio rapido riduce significativamente il tempo necessario per creare stampi rispetto ai metodi di attrezzaggio tradizionali. Ciò porta a uno sviluppo del prodotto più rapido e a un time-to-market più rapido.

2. Efficacia dei costi: Nonostante i costi di installazione iniziali, l’attrezzaggio rapido è conveniente a lungo termine, soprattutto per grandi quantità di produzione. Riduce al minimo i costi di produzione complessivi accelerando il processo di produzione.

3. Flessibilità di progettazione: Consente modifiche e miglioramenti del progetto anche dopo l'avvio del processo di attrezzaggio, migliorando la flessibilità del progetto e l'adattabilità al cambiamento dei requisiti.

4. Selezione del materiale: L'utensileria rapida consente l'uso di un'ampia gamma di materiali, compresi materiali di produzione, offrendo una rappresentazione più accurata delle proprietà del prodotto finale.

5. Personalizzazione e Prototipazione: L'attrezzaggio rapido consente la personalizzazione e la prototipazione di stampi per prodotti specifici, soddisfacendo diversi progetti e requisiti di prodotto.

svantaggi:

1. Vita utensile limitata: Rispetto agli utensili tradizionali, gli stampi prodotti tramite utensili rapidi possono avere una durata più breve a causa dell'uso di materiali più morbidi, con un impatto sulla produzione a lungo termine.

2. Vincoli materiali: La scelta dei materiali dello stampo negli utensili rapidi è limitata rispetto agli utensili tradizionali, il che potrebbe influire sulla robustezza e sulla durata dello strumento.

3. Complessità e caratteristiche: Progettazioni di stampi altamente complesse e caratteristiche complesse possono rappresentare sfide nell'attrezzaggio rapido, richiedendo tempo e impegno aggiuntivi.

4. Tolleranza e precisione: Ottenere tolleranze estremamente strette e un'elevata precisione, spesso essenziali per alcuni settori, può essere più impegnativo con gli utensili rapidi rispetto agli utensili tradizionali.

5. Limitazioni di volume: L'attrezzaggio rapido potrebbe non essere conveniente o efficiente per volumi di produzione molto elevati rispetto ai tradizionali metodi di attrezzaggio di produzione.

È possibile creare nuclei e cavità dello stampo utilizzando la stampa 3D in metallo?

La stampa 3D in metallo, nota anche come produzione additiva, si è evoluta al punto in cui è effettivamente possibile creare nuclei e cavità di stampi utilizzando questa tecnologia innovativa. Il processo prevede la costruzione di parti metalliche tridimensionali strato dopo strato, consentendo geometrie complesse e complesse che sarebbero difficili con i metodi di produzione tradizionali.

Vantaggi della stampa 3D in metallo per nuclei e cavità di stampi:

1. Geometrie complesse: La stampa 3D in metallo consente la fabbricazione di stampi con caratteristiche interne intricate e geometrie complesse, che possono essere cruciali per la creazione di prodotti specializzati o unici.

2. Prototipazione rapida e iterazione: La stampa 3D consente la prototipazione rapida di stampi, facilitando iterazioni di progettazione, aggiustamenti e miglioramenti più rapidi basati su test e valutazioni.

3. Progettazione su misura: La tecnologia consente la personalizzazione e l'adattamento dei progetti di stampi ai requisiti specifici del prodotto, fornendo un elevato livello di libertà e adattabilità di progettazione.

4. Spreco di materiale ridotto: La produzione additiva è un processo efficiente che riduce al minimo lo spreco di materiale rispetto ai tradizionali metodi di produzione sottrattiva, contribuendo all’efficienza in termini di costi e alla sostenibilità.

Considerazioni e limitazioni:

1. Finitura superficiale: Potrebbero essere necessarie fasi di post-elaborazione come la lavorazione meccanica o la lucidatura per ottenere la finitura superficiale desiderata per le cavità e le anime dello stampo, poiché la qualità della superficie della stampa 3D potrebbe non sempre soddisfare le specifiche richieste.

2. Proprietà dei materiali: Le proprietà dei materiali dei metalli stampati in 3D possono variare da quelle dei metalli prodotti convenzionalmente. Comprendere queste differenze e il loro impatto sulle prestazioni dello stampo è essenziale.

3. Costo: La stampa 3D in metallo può essere più costosa rispetto alle tradizionali tecniche di produzione di stampi, soprattutto per stampi più grandi o se si considerano i costi dei materiali e delle attrezzature.

4. Vincoli di dimensione: La dimensione degli stampi che possono essere creati utilizzando la stampa 3D è limitata dalle attrezzature e dalla tecnologia di stampa disponibili, limitando potenzialmente la scala di produzione.

In conclusione, abbiamo esplorato come l'attrezzamento rapido sia un modo rapido ed economico per realizzare strumenti per la produzione. È fondamentale nel mercato frenetico di oggi.