Utensili per piegatura in stampa 3D? Si può fare!

La stampa 3D è il processo produttivo più innovativo che sta già rivoluzionando molti settori dell’industria. Il mondo della lavorazione della lamiera non poteva quindi esimersi dall’approfondire e sperimentare le potenzialità di quella che in molti definiscono come la macchina utensile del terzo tipo. In particolare, gli utensili per presse piegatrici sono oggetto di alcune interessanti e importanti sperimentazioni; vediamo insieme pregi e difetti.

di Martino Barbon

Sempre più spesso le officine si trovano davanti a una spinosa situazione, dove si combinano fattori contrastanti e difficili da far quadrare:
• pezzi di forma complessa: i prodotti di oggi sono spesso ingegnerizzati con sagome speciali al fine di contenere i pesi, le saldature, e le lavorazioni successive;
• lotti estremamente limitati: la manifattura diventa sempre più personalizzata, seguendo la logica del magazzino zero;
• consegna: vengono richiesti tempi molto ridotti. Da un lato è in linea con le filosofie di ottimizzazione della produzione, ma dall’altro è sintomo di una scarsa pianificazione. Ciononostante, chi garantisce consegne rapide spesso ha un grande vantaggio competitivo;
• margini ridotti: la piegatura viene ancora considerata un processo a basso valore aggiunto, e quindi il prezzo che possiamo richiedere al committente è ridotto all’osso;
• estetica: in caso di prodotti come arredi e oggetti di design, la superficie dev’essere impeccabile. Segni di piega e graffi devono essere rimossi con lunghe lavorazioni successive.
Nel caso di profili speciali, come possiamo mettere d’accordo tutti questi fattori? Una soluzione arriva dalla stampa 3D, un processo innovativo che sta già rivoluzionando molti settori dell’industria.

La stampa 3D per produrre oggetti di forma complessa
La stampa 3D è in grado di produrre oggetti di forma complessa, in poco tempo e con costi estremamente contenuti. In questo articolo faremo riferimento ai tre principali metodi di stampa di materie plastiche: Fused Filament Fabrication (FFF), Stereolitography Apparatus (SLA) e Digital Light Processing (DLP). Il primo processo parte da un filamento di materia plastica che viene riscaldato in un estrusore montato su un carrello motorizzato. L’estrusore deposita la plastica fusa in strati sovrapposti fino a ottenere l’oggetto finito.
DLP e SLA invece si basano su una resina liquida che indurisce sotto l’effetto della luce. Il primo proietta un raggio laser che fa polimerizzare la resina punto dopo punto, mentre il secondo utilizza una sorta di videoproiettore per far solidificare uno strato completo in un solo passaggio. Mentre la FFF è molto usata sia a livello hobbistico che professionale, DLP e SLA sono tipicamente destinate a impieghi di alta precisione come gioielleria e odontotecnica.
Per quanto riguarda i filamenti, sono disponibili vari tipi di materiali per ogni necessità. I principali sono:
• PLA: una bioplastica ottenuta dall’amido. Si stampa facilmente, è atossica, ha buone caratteristiche meccaniche ma si deforma con il calore e non resiste bene agli agenti atmosferici.
• ABS: derivata dal petrolio, è molto utilizzata per stampaggio a estrusione. Ottime caratteristiche meccaniche, ma difficile da stampare. Genera piccole quantità di fumi sgradevoli durante la stampa.
• PET/PET-G: il materiale utilizzato per le bottiglie d’acqua, eventualmente addizionato con glicole (G) per migliorare la stampabilità. Buone caratteristiche meccaniche ed estetiche, resistente agli agenti atmosferici, ma la stampa richiede attenzioni particolari per ottenere un buon risultato
• Nylon: ottime caratteristiche meccaniche, costo superiore agli altri materiali, assorbe l’umidità quindi non è adatto a tutti gli impieghi.
• TPU: filamento gommoso utilizzato per oggetti flessibili o elastici
• Policarbonato: molto resistente, flessibile e trasparente, ma molto difficile da stampare a causa delle alte temperature richieste.
I filamenti sono disponibili in una grande varietà di colori ed effetti, come traslucido, trasparente, metallico, fosforescente. Il PLA è disponibile anche con l’inclusione di fibre di legno per un effetto simile all’MDF, o caricato con fibra di carbonio per una maggiore resistenza.

Tutti i vantaggi degli utensili in stampa 3D
Vediamo ora quali vantaggi può comportare l’utilizzo di utensili per piegatura stampati in 3D. Partiamo dalla forma poiché la stampa 3D consente di realizzare oggetti con forme impossibili da ottenere con la manifattura sottrattiva, come la fresatura. Il volume interno solitamente non viene riempito al 100%: con l’utilizzo di speciali pattern possiamo alleggerire il pezzo mantenendo una resistenza quasi uguale a quella che avremmo con un oggetto pieno. Grazie a questa alveolatura a nido d’ape è possibile ridurre il costo del materiale utilizzato e del tempo di produzione.
Già, i costi ridotti: i materiali utilizzati hanno un costo relativamente basso. Inoltre il processo di stampa, dopo l’avviamento, è totalmente automatico e non richiede nessun intervento dell’operatore. Pertanto i costi di manodopera sono quasi esclusivamente limitati alla progettazione. La generazione del file Gcode avviene attraverso CAM dedicati denominati slicer. Le stampanti 3D hanno consumi molto ridotti, dell’ordine di qualche decina di W. Un utensile può inoltre essere progettato e stampato in poche ore. In caso di errori, possiamo modificare il progetto e stampare un nuovo pezzo con estrema facilità.
Un altro vantaggio riguarda la qualità estetica dei particolari piegati che tipicamente non presentano segni della piega: essendo materiale plastico, gli utensili per pressa piegatrice stampati in 3D, infatti, non lasciano graffi sulla lamiera. Per questo motivo sono adatti anche ad acciaio inossidabile, alluminio, e preverniciato.
Inoltre, con la stampa 3D è possibile realizzare anche componenti da utilizzare insieme a punzoni o matrici tradizionali in metallo. Per esempio, possiamo realizzare tondi per pieghe raggiate da fissare a punzoni o portapunzoni già in nostro possesso. Allo stesso modo si possono realizzare inserti antigraffio per matrici, al posto di quelli in nylon disponibili a commercio.
Non è poi da sottovalutare il fatto che gli utensili in materiale plastico non arrugginiscono e non vengono danneggiati dalla maggior parte degli oli e dei grassi, sono quindi estremamente resistenti alla corrosione.

Bassi tonnellaggi e usura maggiore sono tre gli svantaggi
Come qualsiasi altra tecnologia, la stampa 3D di utensili per piegatura non è però una panacea. Alcune limitazioni ne restringono l’uso a determinate applicazioni.
Pensiamo, per esempio, alla necessità di avere tolleranze più ampie: trattandosi di materiale plastico stampato a caldo, il ritiro del materiale non è costante con tutte le geometrie. Anche le inevitabili tolleranze nelle mescole possono generare comportamenti variabili durante la stampa. La precisione che possiamo ottenere è comunque solitamente attorno al decimo di millimetro.
Un altro potenziale svantaggio è rappresentato dai tonnellaggi inferiori: il carico massimo applicabile ai punzoni e alle matrici stampati in 3D è di circa 10-20 tonnellate al metro, a seconda della forma degli utensili e del materiale impiegato. È quindi possibile piegare lamiere di spessore fino a 1-2 mm. Non si tratta quindi di un fattore così limitante, visto che il loro utilizzo è principalmente destinato a pezzi di basso spessore.
L’usura maggiore è invece un problema piuttosto evidente poiché la resistenza superficiale della plastica è ovviamente inferiore a quella del metallo. Tuttavia, le lamiere in acciaio inossidabile, preverniciato, e alluminio hanno una finitura solitamente molto liscia, che riduce lo sfregamento. Inoltre l’applicazione più adatta degli utensili per pressa piegatrice stampati in 3D è per piccole serie: non avendo un uso intensivo e prolungato il consumo degli utensili non diventa rilevante.

La versatilità di produrre oggetti per molti impieghi
La versatilità è un altro aspetto positivo della tecnologia. I componenti realizzati in stampa 3D trovano, infatti, moltissimi altri impieghi in un’azienda. Per esempio, possiamo produrre oggetti come: controsagome da fissare ai riferimenti posteriori di una pressa piegatrice per avere un appoggio corretto di pezzi con forme irregolari; dime di profili specifici, o dei calibri passa-non passa per controllare velocemente le tolleranze dei pezzi piegati; gripper e pinze per robot; utensili e attrezzature per usi speciali, dove comprare un attrezzo ad hoc non sarebbe economicamente vantaggioso o dove i tempi di fornitura sono eccessivi.

QUALIFICA AUTORE: Martino Barbon è marketing manager presso Gasparini Industries.