Manifattura Additiva Vs Manifattura tradizionale: costi e vantaggi della tecnologia di stampa 3D
Quali sono i benefici della stampa 3D rispetto alla manifattura tradizionale?
L'innovazione è alla base di ogni nuova idea nel mercato. Nel processo di sviluppo del prodotto, ogni azienda ha bisogno di comprendere le necessità di ogni nuovo design ed i confini che dovrebbero essere fissati quando si procede con la valutazione. Una volta che il concept è pronto, il passo successivo è la valutazione delle opzioni di produzione sul mercato, per identificare il miglior fornitore per i nuovi prodotti. Come scegliere la migliore tecnologia per produrre le tue parti? Quali sono le tecnologie per polimeri e compositi ad alte prestazioni?
Prima di esaminare le diverse tecnologie di produzione tradizionale, identifichiamo le differenze tra la produzione tradizionale e la stampa 3D. La tabella di seguito mostra le principali differenze tra le due famiglie di tecnologie.
Cosa rende la stampa 3D superiore rispetto alla manifattura tradizionale?
La stampa 3D è il metodo di manifattura ideale per la produzione rapida di parti quando è richiesta una o più delle seguenti condizioni:
- Produzione di piccoli lotti;
- Tempi di consegna brevi;
- Località remote;
- Geometrie complesse o design personalizzati: nella produzione tradizionale i costi aumentano in proporzione alla complessità;
- Riduzione delle parti in stock, magazzino digitale.
La stampa 3D è la tecnologia di produzione per aziende innovative: aiuta a ridurre il time to market accelerando la fase di prototipazione e riduce i costi legati alla fase di sviluppo del prodotto.
Il nostro team di ingegneri qui in Roboze ti aiuteranno a valutare la migliore opzione per la tua applicazione in base ai tuoi bisogni specifici.
Come identificare il processo di produzione più idoneo per il tuo prodotto?
L’identificazione della tecnologia di produzione idonea, da implementare per la progettazione di un prodotto, deve considerare diversi fattori:
- Numero di parti da produrre;
- Velocità di produzione e tempi di consegna;
- Requisiti meccanici e prestazioni del materiale e della famiglia di materiali;
- Finitura superficiale necessaria;
- Tolleranze richieste;
- Complessità delle geometrie;
- Forme personalizzate;
- Costo (costo del lavoro e materiale di scarto).
Cos’è la manifattura tradizionale?
La manifattura standard, spesso chiamata manifattura tradizionale, solitamente si riferisce alle tecnologie sottrattive che rimuovono il materiale da un blocco, al fine di ottenere una forma specifica.
Tipologie di processo di manifattura tradizionale: lavorazione meccanica, stampaggio, formatura, giunzione
Esistono quattro famiglie principali di tecnologie di produzione tradizionali per la lavorazione di polimeri e compositi:
- lavorazione meccanica: il metodo di produzione più comune per i metalli, ed è comune anche per volumi medio-bassi di materiali plastici. Fornisce la forma desiderata con un'ottima accuratezza e precisione, ma tende a generare del materiale in eccesso con la creazione di trucioli di scarto. Tra le lavorazioni più comuni vi sono:
- tornitura
- foratura
- fresatura
- taglio laser
Recentemente, con l'avvento della lavorazione CNC a 5 assi, l'efficienza di questa tecnologia sottrattiva è notevolmente migliorata. Nonostante ciò, i costi di investimento per una macchina CNC a 5 assi sono molto elevati, quindi la maggior parte delle aziende è dotata di macchine CNC a 3 assi o trapani e frese manuali.
- stampaggio: tecnica molto diffusa nella produzione di parti in polimero termoplastico. È estremamente utile per la produzione in serie di componenti, ma richiede l'utilizzo di uno stampo progettato su misura. Tra le principali tecnologie di stampaggio per la produzione in serie di materie plastiche, ci sono lo stampaggio ad iniezione, a compressione e quello rotazionale. In genere, circa l'80% degli articoli in plastica di utilizzo quotidiano sono prodotti mediante stampaggio a iniezione di plastica.
- formatura: tecnologia che pressa lastre termoplastiche su stampi personalizzati. Con questa tecnologia è possibile produrre solo parti a pareti sottili e con corpo cavo, il che la rende la tecnologia preferita per prototipi e parti nell'industria dell'imballaggio. La tecnologia di formatura più comune per i polimeri è la termoformatura. La creazione della parte finale avviene mediante l'allungamento di un foglio termoplastico riscaldato sulla superficie di uno stampo, mentre la pressione del vuoto spinge il foglio verso il basso fino a raggiungere la sua forma finale.
- giunzione: in alcuni casi definita come saldatura, consente di costruire forme complesse da componenti più semplici. Sebbene il loro costo sia piuttosto contenuto, la procedura di giunzione implica spesso il lavoro manuale di un operatore, rendendola idonea per una quantità di pezzi medio-bassa.
Ogni processo produttivo presenta vantaggi e svantaggi. Quando le aziende hanno bisogno di produrre parti internamente, si affidano generalmente a metodi di produzione tradizionali. Negli ultimi decenni, la produzione additiva, ampiamente nota come stampa 3D, è stata inclusa nell'elenco delle possibili tecnologie di produzione, aprendo le porte a nuovi vantaggi ottenibili.
Cos’è la manifattura additiva?
La manifattura additiva, più comunemente conosciuta come stampa 3D, è la tecnologia di produzione che aggiunge materiale, strato su strato, per ottenere una specifica forma. Esistono diverse tecnologie di Manifattura Additiva, tra cui l’FFF.
La FFF (Fused Filament Fabrication) è la tecnologia di manifattura additiva più comune, anche conosciuta come fused deposition modeling (modellazione a deposizione fusa)
La FFF è la tecnologia di stampa 3D che estrude filamenti di materiali termoplastici o compositi al fine di creare una parte, strato dopo strato. La FFF può essere utilizzata con un ampio range di termoplastici standard come ABS e PLA, e i molti altri filamenti.
Roboze è il leader nella tecnologia FFF per polimeri e compositi ad alte temperature (consulta Tecnologia FFF con polimeri PAEK)
Per stampare filamenti termoplastici è necessario avere una temperatura di estrusione superiore al punto di fusione (Tm) del materiale e una temperatura ambiente compresa tra la temperatura di transizione vetrosa (Tg) e il punto di fusione.
Vantaggi della tecnologia FFF:
- Tempi di consegna brevi;
- Ideale per prototipi rapidi e funzionali;
- Basso spreco di materiale (solo raft e strutture di supporto);
- Personalizzazione di massa;
- Possibilità di ridurre il numero di parti che formano un assemblaggio, creando pezzi unici integrati grazie alla libertà di progettazione.;
- Magazzino digitale;
- Produzione localizzata;
- Elevata resistenza delle parti;
- La generazione del processo richiede sforzi minimi con conseguente riduzione dei costi di manodopera;
- Riduzione degli step della catena di approvvigionamento;
- Eliminazione dei costi di magazzino e trasporto;
- Possibilità di orientare le fibre secondo la direzione di estrusione, nel caso di compositi.
Svantaggi della tecnologia FFF:
- Non vantaggioso per la produzione di massa ma ideale per piccoli lotti;
- Classe di tolleranza fine non raggiungibile senza iterazioni di compensazione;
- Rimozione di supporti per materiali ad alta resistenza chimica: le strutture di supporto influiscono sull'interfaccia con la parte, c’è spreco di materiale e richiedono tempo di post-elaborazione;
- Non tutti i termoplastici sono stampabili: solo recentemente sono stati introdotti polimeri e compositi ad alte performance.
La stampa 3D può essere combinata con la manifattura tradizionale?
A seconda del tipo di materiali, le parti stampate in 3D possono essere combinate con tecnologie tradizionali per ottenere superfici molto lisce, per soddisfare tolleranze molto basse o per assemblare più parti di grandi dimensioni. Finiture di alta qualità possono essere ottenute attraverso processi di lucidatura meccanica e chimica. La saldatura è un'ottima opzione per unire due o più parti.
Contatta il nostro team Roboze per valutare se la stampa 3D è la soluzione ai tuoi problemi di produzione.