La stampa 3D non è più da tempo soltanto un modo rapido per realizzare un prototipo da presentare in riunione. Nella produzione conviene spesso anche per pezzi finiti, attrezzature, coperture, supporti, strumenti di misura o piccole serie di prodotti. Questo non significa però che debba sempre sostituire la fresatura e lo stampaggio a iniezione. La domanda giusta è: quanti pezzi vi servono, quanto spesso cambierà il componente, quale carico dovrà sopportare e quanto costa aspettare?

Per i componenti di produzione, quindi, la tecnologia non si sceglie in base alle impressioni, ma ai costi complessivi e al rischio. La stampa 3D può essere la scelta più economica e veloce per la produzione di pezzi singoli e piccole serie. Lo stampaggio a iniezione vince nelle serie elevate e stabili. La fresatura CNC mantiene un ruolo importante quando servono un pezzo metallico preciso, superfici funzionali molto lisce o proprietà del materiale che la stampa non è in grado di offrire.

Regola rapida: non considerate solo il prezzo per pezzo

Nello stampaggio a iniezione il prezzo di un singolo pezzo stampato è spesso basso, ma lo stampo richiede molto denaro e tempo. Nella fresatura CNC si pagano la programmazione, la preparazione, il fissaggio, il tempo macchina e lo scarto del materiale grezzo. Con la stampa 3D, di solito, non servono stampi né attrezzature complesse, ma il prezzo per pezzo non diminuisce con i volumi in modo altrettanto marcato rispetto allo stampaggio a iniezione.

Nel confronto, quindi, includete:

• progettazione e modifiche del modello CAD,
• stampo, attrezzature di fissaggio o programmazione CAM,
• costo del materiale e del tempo macchina,
• finitura manuale, filettature, inserti, incollaggio o trattamento superficiale,
• controllo delle dimensioni e percentuale di scarti,
• valore del tempo perso aspettando i pezzi,
• rischio che il progetto cambi dopo la prima serie.

Se si parla di una serie pilota, di un pezzo di ricambio o di un'attrezzatura di produzione, spesso l'attesa e le modifiche sono proprio gli elementi più costosi. In una situazione del genere la stampa 3D può essere conveniente anche se il singolo pezzo costa più del futuro pezzo stampato a iniezione.

Quando conviene la stampa 3D nella produzione

La stampa 3D ha il massimo senso quando serve flessibilità. Tipicamente si tratta di serie da pochi pezzi a qualche centinaio, e per alcuni componenti anche di poche migliaia. Non conta soltanto il numero di pezzi, ma anche la stabilità del progetto. Se sapete che il componente verrà ancora modificato dopo i test, lo stampo vi vincolerebbe inutilmente a una versione sbagliata.

Buoni casi d'uso per la stampa 3D:

• coperture per l'elettronica per una serie di verifica o personalizzata,
• supporti per sensori, cablaggi, finecorsa e telecamere,
• dime per foratura, montaggio e controllo,
• ganasce morbide, battute, distanziali e impugnature ergonomiche,
• pezzi di ricambio per macchine non più normalmente in commercio,
• componenti varianti, in cui ogni cliente ha dimensioni o logo diversi,
• forme complesse con canali interni, alleggerimenti o funzioni integrate.

Esempio: vi servono 40 supporti per montare una barriera fotoelettrica su una linea di confezionamento. Il progetto verrà messo a punto in base alla posizione effettiva della macchina e il lotto successivo potrebbe avere un'angolazione diversa. Qui la stampa 3D fa risparmiare tempo e frustrazione. Stampate il pezzo, lo provate, modificate il foro o la battuta e il giorno dopo avete una nuova versione.

Quando scegliere la fresatura CNC

La fresatura è la scelta migliore se il componente deve lavorare a contatto con il metallo, deve avere tolleranze ristrette su superfici precise, sopportare temperature elevate o essere esposto a lungo a forte usura. La CNC vince anche per semplici forme prismatiche in alluminio, acciaio inossidabile o plastiche tecniche, dove la lavorazione è rapida e ripetibile.

Esempi tipici per la fresatura:

• trave in alluminio con superfici di appoggio precise,
• flangia metallica con alloggiamento preciso per il cuscinetto,
• stampo, utensile di pressatura o attrezzatura sottoposta a carichi prolungati,
• componente che deve essere fissato ripetutamente con una tolleranza ridotta,
• blocco in plastica di POM, PEI o altro materiale difficile da stampare.

La stampa 3D e la fresatura, però, non devono necessariamente escludersi a vicenda. Spesso funziona una combinazione: realizzate la prima attrezzatura con la stampa, verificate l'ergonomia e l'accessibilità dell'utensile, e solo in seguito fate produrre la versione finale in metallo. Oppure stampate coperture, tappi e battute economici, così la macchina CNC rimane libera per i componenti che hanno davvero bisogno di precisione.

Quando scegliere lo stampaggio a iniezione delle materie plastiche

Lo stampaggio a iniezione conviene soprattutto quando il componente è già definitivo, verrà prodotto a lungo e in grandi quantità. Lo stampo è costoso, ma ripartendone il costo su migliaia o decine di migliaia di pezzi, il prezzo di ogni pezzo stampato può diventare molto basso. Lo stampaggio a iniezione offre inoltre una superficie uniforme, cicli produttivi brevi e un'ampia scelta di plastiche industriali.

Prendete in considerazione lo stampaggio a iniezione se:

• produrete migliaia o decine di migliaia di pezzi identici,
• la geometria è stabile e le modifiche sono improbabili,
• richiedete l'aspetto di un normale prodotto in plastica di serie,
• il componente deve soddisfare norme già verificate per il materiale stampato a iniezione,
• il prezzo per pezzo è più importante della rapidità della prima consegna.

Al contrario, per i primi 50, 200 o 500 pezzi lo stampo può rappresentare un impegno eccessivo. Se dopo il lancio del prodotto scoprite che i clienti vogliono un foro diverso, una clip più spessa o un connettore spostato, modificare lo stampo è costoso. Con la stampa 3D modificate il modello e il lotto successivo può essere diverso.

Come calcolare il punto di pareggio

Un semplice calcolo aiuta a mettere da parte le emozioni. Calcolate i costi complessivi per ogni tecnologia:

celkem = fixní náklady + počet kusů * cena za kus + dokončení + riziko změn

Esempio illustrativo: una copertura stampata in 3D costa 120 Kč al pezzo. Una copertura stampata a iniezione costerebbe 20 Kč al pezzo, ma lo stampo costa 80 000 Kč. La differenza nel prezzo per pezzo è di 100 Kč, quindi il punto di pareggio netto è di 800 pezzi. Sotto gli 800 pezzi la stampa è più economica, oltre gli 800 pezzi lo stampo inizia a essere conveniente.

Nella realtà bisogna aggiungere anche tempo e rischio. Se lo stampo richiede sei settimane e la prima serie potrebbe rivelare un errore di progettazione, il punto di pareggio reale si sposta più avanti. Se il progetto è stabile al cento per cento e vi servono 10 000 pezzi, lo stampaggio a iniezione sarà quasi certamente più adatto.

Per la CNC il calcolo è simile. Se il pezzo è semplice e la macchina lo produce in pochi minuti, la fresatura può vincere anche in una serie ridotta. Se la forma è organica, presenta cavità, nervature, reticoli alleggeriti o molte varianti, la stampa 3D parte avvantaggiata.

Il materiale è importante quanto la tecnologia

Per la produzione non basta dire che il componente sarà stampato. È necessario scegliere tecnologia e materiale in base all'ambiente di utilizzo.

La stampa FDM è accessibile, rapida e ottima per attrezzature, coperture, supporti e componenti funzionali in plastica. Il PETG è un buon materiale universale per l'officina, l'ASA è adatto all'esterno grazie alla resistenza ai raggi UV, il nylon è indicato per componenti tenaci e i compositi con fibra di carbonio aumentano la rigidità. Per i componenti sottoposti a carichi, però, considerate la direzione degli strati. Il pezzo è spesso più debole nella direzione in cui gli strati possono separarsi.

La stampa SLA è precisa e liscia, quindi è adatta a modelli dettagliati, dime, strumenti di misura o componenti con una superficie ricca di dettagli. Per carichi d'urto e temperature elevate è necessario scegliere la resina corretta e verificarla nell'uso reale.

SLS o MJF sono adatte a serie professionali di componenti in plastica e nylon, quando non si desiderano supporti e serve un comportamento meccanico più uniforme rispetto al normale FDM. Per un e-commerce o un'azienda manifatturiera, spesso sono soluzioni sensate per centinaia di piccoli componenti tecnici.

Principi di progettazione per la stampa 3D industriale

Un componente progettato per la fresatura non è necessariamente adatto alla stampa. Nella stampa 3D utilizzate nervature invece di materiale pieno, arrotondate gli angoli acuti, aumentate le superfici di appoggio e inserite inserti filettati metallici nei punti in cui si avviterà frequentemente. Progettate i fori per le viti lasciando un certo margine e, per le superfici critiche, preferite una ripassatura o una calibrazione dopo la stampa.

Prima della serie realizzate un lotto di verifica. Misurate le dimensioni, provate il montaggio, lasciate il componente in funzione per un giorno nell'ambiente reale e solo dopo stampate quantità maggiori. Per le attrezzature di produzione, indicate la versione direttamente sul pezzo. Quando tra sei mesi qualcuno vi chiederà quale dima funzionava meglio, non dovrete tirare a indovinare.

Una decisione pratica in cinque domande

Prima di affidare la produzione, consultate questo breve elenco:

1. Di quanti pezzi ho bisogno ora e quanti ne serviranno durante l'intero ciclo di vita del prodotto?
2. Il progetto è già definitivo o cambierà dopo i test?
3. Il componente deve essere metallico, lavorato con precisione o molto resistente alla temperatura?
4. È più costoso aspettare lo stampo o pagare un prezzo maggiore per pezzo?
5. La stampa offre qualcosa in più, come peso ridotto, forma complessa, modifica rapida o personalizzazione?

Se le risposte indicano una piccola serie, modifiche rapide e un componente funzionale in plastica, la stampa 3D è un'opzione molto valida. Se indicano un prodotto stabile in grandi quantità, lo stampaggio a iniezione sarà probabilmente più economico. Se contano metallo, precisione e carichi prolungati, prendete in considerazione la CNC.

Riepilogo

La stampa 3D conviene nella produzione soprattutto quando lo stampo o l'attrezzatura di lavorazione sarebbero troppo lenti, costosi o vincolanti. Offre il massimo valore per componenti in piccole serie, attrezzature, varianti personalizzate, pezzi di ricambio e progetti ancora in fase di messa a punto. La fresatura e lo stampaggio a iniezione rimangono la scelta migliore per i componenti metallici precisi e per le grandi serie stabili.

Non considerate la stampa 3D come un sostituto più economico di ogni altra tecnologia. Consideratela uno strumento di produzione che permette di verificare, modificare e produrre più rapidamente esattamente il numero di pezzi necessario in quel momento. Nella produzione moderna spesso non vince la tecnologia con il prezzo per pezzo più basso, ma quella più adatta alla fase del prodotto e al rischio reale di modifiche.