Panoramica dei tipi di processi di stampaggio a iniezione

Lo stampaggio a iniezione è una delle tecniche di produzione più sviluppate nell'industria moderna. Il numero delle sue varianti è cresciuto di pari passo con le crescenti esigenze produttive. In questo articolo, vi offriremo una panoramica breve ma precisa delle tipologie di stampaggio a iniezione attualmente in uso.

Cosa definisce lo stampaggio a iniezione

Stampaggio a iniezione è l'atto di utilizzare una macchina per stampaggio a iniezione per forzare una materia prima fusa sotto pressione in una cavità di stampo in acciaio o alluminio. Dopo essersi solidificata in un pezzo, la materia prima viene espulsa dallo stampo e il ciclo si ripete. Un "tipo" di stampaggio a iniezione è definito da tre leve che lavorano insieme: l'architettura dello stampo, il sistema di materiali e il metodo di lavorazione. Cambiandone una qualsiasi, i risultati economici e le capacità produttive cambiano.

Tipi principali del processo di stampaggio a iniezione

Stampaggio a iniezione termoplastica standard

Come una delle versioni più diffuse dello stampaggio a iniezione, lo stampaggio a iniezione termoplastico standard utilizza resine comuni come ABS, policarbonato (PC), polipropilene (PP), nylon (PA) e miscele come PC/ABS. Adatto a custodie, staffe, cornici, componenti di elettrodomestici e qualsiasi cosa con pareti vicine alle linee guida convenzionali (circa 2-4 mm per molte resine) e caratteristiche moderate.

Lo stampaggio a iniezione di plastica offre il costo per pezzo più basso in termini di volume, la più ampia gamma di materiali e procedure di attrezzaggio consolidate. Stampi multiuso e canali caldi contribuiscono a ridurre gli sprechi. Grazie all'ottimizzazione di iniezione e raffreddamento, i tempi di ciclo sono rapidi e la ripetibilità è eccellente. Di solito è la prima scelta, a meno che la geometria o le prestazioni non spingano il team verso un processo specializzato.

Stampaggio a iniezione a parete sottile

Lo stampaggio a parete sottile è pensato per parti più sottili rispetto alle regole empiriche convenzionali, spesso fino a 0,4-0,8 mm, a volte anche meno, a seconda della resina e della lunghezza del flusso. Si pensi alle custodie degli smartphone, alle batterie e ai dispositivi elettronici di consumo ad alta densità, dove anche un decimo di millimetro può fare la differenza.

Questo processo è caratterizzato da pressioni di iniezione più elevate, velocità di iniezione più elevate e sistemi di canali di colata attentamente bilanciati che spingono la resina attraverso percorsi di flusso lunghi e sottili. Gli stampi richiedono una selezione di acciai robusti, canali di flusso lucidati e uno sfiato aggressivo. Le macchine richiedono una risposta ad alta velocità e un tonnellaggio di serraggio sufficiente a contrastare i picchi di pressione in cavità.

Tuttavia, presenta anche alcuni compromessi: gli utensili sono più complessi e la finestra di processo è più ristretta.

Micro stampaggio a iniezione

Il microstampaggio produce componenti che misurano in milligrammi o grammi con caratteristiche di microscala: chip microfluidici, ingranaggi minuscoli, punte di cateteri o componenti per microscopi. Le dimensioni dei gate e i volumi di iniezione sono ridottissimi e il controllo del tempo di residenza è fondamentale per evitare il degrado del materiale.

Questo metodo di precisione ad alta tecnologia è in grado di realizzare caratteristiche inferiori a 100 µm, tolleranze ristrette e un dosaggio ultra-coerente da iniezione a iniezione. Data la complessità del processo, la selezione dei materiali si orienta verso resine stabili e adatte alle camere bianche (PEEK, PEI, PP per uso medicale). La lavorazione è costosa e delicata. Tuttavia, quando i pezzi sono piccoli e i volumi elevati, nessun altro metodo è in grado di competere in termini di ripetibilità e costo per pezzo.

Sovrastampaggio, inserimento e multi-iniezione

Sovrastampaggio

Il sovrastampaggio consiste nell'assemblare un materiale su un altro, solitamente un elastomero morbido su un substrato rigido, come il sovrastampaggio antiscivolo sull'impugnatura di un elettroutensile. Migliora l'ergonomia, la tenuta, l'ammortizzazione degli urti e l'estetica senza bisogno di ferramenta di assemblaggio.

Approcci comuni:

• Sovrastampaggio in due fasi: prima si modella il substrato rigido, poi lo si posiziona in un secondo stampo per il sovrastampaggio morbido.
• Sovrastampaggio in stampo: all'interno di un singolo utensile che ruota o trasferisce il pezzo tra le cavità.

Inserisci modanatura

Lo stampaggio a inserto prevede l'incapsulamento di un componente pre-posizionato, spesso metallico, all'interno di un pezzo di plastica stampato. Gli inserti tipici includono boccole filettate, boccole, contatti stampati, magneti o alloggiamenti per sensori. Sostituisce l'assemblaggio secondario e migliora la resistenza del giunto e la precisione di posizionamento.

Per avviare le procedure di produzione, gli inserti vengono prima caricati manualmente o tramite automazione, trattenuti da dispositivi o sotto vuoto e quindi sovrastampati con resina. L'utensile deve gestire l'espansione termica differenziale per evitare cricche o sollecitazioni all'interfaccia plastica-metallo.

È ideale quando il componente necessita di resistenza meccanica localizzata o conduttività senza una fabbricazione completamente in metallo, come raccordi luer medicali con filettature metalliche, clip per autoveicoli con superfici di usura in acciaio o connettori con terminali incorporati.

Stampaggio a due e tre colpi

Lo stampaggio multi-iniezione inietta due o più materiali (o colori) in sequenza all'interno della stessa cella e, spesso, dello stesso stampo. Piastre rotanti, meccanismi di supporto del nucleo o sistemi di indicizzazione spostano automaticamente il pezzo parzialmente formato alla cavità successiva. Garantiscono saldature senza soluzione di continuità, stacchi di colore puliti, guarnizioni integrate, cerniere integrate o combinazioni rigido-morbido senza interventi manuali. Sbloccano inoltre funzionalità uniche, come finestre trasparenti stampate con corpi opachi.

Co-iniezione assistita da gas/acqua

Stampaggio ad iniezione assistito da gas

Lo stampaggio assistito da gas inietta un gas inerte (tipicamente azoto) dopo che la resina ha riempito parzialmente la cavità. Il gas forma canali cavi lungo le sezioni più spesse, spingendo i materiali plastici fusi verso le estremità e formando parti in plastica con minori depressioni, deformazioni e peso. Presenta inoltre alcuni requisiti di progettazione dello stampo specifici, poiché gli sfiati e gli spilli per il gas devono essere progettati con cura.

Può produrre un'ampia gamma di prodotti in plastica, tra cui grandi maniglie, cornici per TV, componenti per mobili e componenti per il sottocofano automobilistico parti di stampaggio con nervature spesse. Permette di ottenere sezioni estetiche più spesse senza segni di ritiro e può ridurre i tempi di ciclo rimuovendo la massa che altrimenti richiederebbe raffreddamento.

Stampaggio a iniezione assistito da acqua

Principio simile, mezzo diverso. Lo stampaggio assistito dall'acqua inietta acqua per creare sezioni cave, particolarmente adatte a forme tubolari lunghe e complesse con curve, come maniglie delle portiere delle automobili, tubi del liquido lavavetri e tubi degli elettrodomestici.

Questo processo produttivo è noto per la rapida rimozione del calore (l'acqua si raffredda rapidamente), pareti interne lisce e sezioni trasversali cave più uniformi rispetto al gas in determinate geometrie. Gli utensili devono garantire la gestione dell'acqua, la resistenza alla corrosione e un drenaggio preciso.

Stampaggio a co-iniezione (sandwich)

La co-iniezione produce una struttura skin-core: una skin ad alte prestazioni o cosmetica incapsula una resina core diversa. Il core può essere un polimero riciclato, un materiale barriera o una resina con proprietà personalizzate (ad esempio, un core espanso per un aumento del rapporto rigidità-peso). È la soluzione ideale per ottimizzare i costi dei materiali senza sacrificare l'aspetto o gli strati di contatto normativi. Gli imballaggi alimentari sfruttano spesso skin barriera e i beni di consumo possono utilizzare core riciclati sotto una skin vergine per motivi estetici e prestazionali.

Elastomero, LSR e termoindurente/RIM

Stampaggio a iniezione di gomma siliconica liquida (LSR)

Lo stampaggio di LSR utilizza sistemi siliconici bicomponenti reticolati al platino, dosati e miscelati nella pressa, quindi iniettati in uno stampo a canale freddo dove polimerizzano nella cavità riscaldata. Poiché l'LSR è un elastomero termoindurente, non si rifonde: si reticola e mantiene la forma sotto l'azione del calore.

L'LSR offre un'eccellente resistenza chimica, biocompatibilità, un'ampia gamma di temperature di esercizio e l'idoneità all'uso in camera bianca. È adatto per prodotti come guarnizioni, prodotti per neonati, dispositivi indossabili, componenti medicali e siliconi per lenti di grado ottico.

Stampaggio a iniezione di TPE/TPV e gomma

Gli elastomeri termoplastici (TPE) e i vulcanizzati termoplastici (TPV) si comportano come la gomma, ma possono essere lavorati su presse termoplastiche standard, consentendone la riciclabilità e il sovrastampaggio su substrati rigidi. Sono comuni per impugnature, guarnizioni, soffietti e isolatori di vibrazioni.

Quando è necessaria la vera gomma, nitrile, EPDM, fluoroelastomeri e lo stampaggio a iniezione di gomma polimerizzano il materiale nello stampo. I tempi di ciclo sono più lunghi e gli utensili devono gestire la cinetica di polimerizzazione e lo sfiato delle sostanze volatili. La selezione spesso dipende dagli obiettivi di resistenza chimica e termica.

Stampaggio a iniezione termoindurente e a reazione (RIM)

Lo stampaggio a iniezione termoindurente utilizza resine a polimerizzazione irreversibile: fenoliche, epossidiche e alcuni poliesteri. Il Reaction Injection Molding (RIM) miscela componenti reattivi a bassa viscosità (comunemente sistemi poliuretanici) e li inietta nello stampo, dove polimerizzano. Viene utilizzato per pannelli e alloggiamenti di grandi dimensioni, paraurti ad assorbimento di energia e componenti strutturali con nervature integrate. Il RIM eccelle per parti spesse e di grandi dimensioni con minori sollecitazioni interne e forze di serraggio ridotte grazie alla bassa viscosità iniziale.

A seconda della natura dei materiali, gli scarti non sono rifusibili e le temperature degli utensili e i cicli di polimerizzazione influiscono notevolmente sulla produttività. Tuttavia, per piccole tirature di pezzi di grandi dimensioni, la stampa 3D a iniezione diretta (RIM) spesso supera gli utensili termoplastici in termini di costo totale.

Stampaggio a iniezione di polvere (MIM/CIM)

Stampaggio ad iniezione di metalli (MIM)

La tecnologia MIM miscela polveri metalliche fini con un legante polimerico per creare una materia prima che può essere stampata a iniezione in forme complesse. Dopo lo stampaggio, i pezzi vengono sottoposti a deceraggio per rimuovere il legante e a sinterizzazione per densificare il metallo, raggiungendo in genere una densità teorica di 95-991 TP3T.

I punti di forza di questa operazione risiedono nell'eccezionale risoluzione delle caratteristiche per componenti metallici piccoli e complessi, ingranaggi, chiusure, cerniere, strumenti chirurgici e componenti per armi da fuoco. La lavorazione MIM compete con la lavorazione CNC quando i volumi sono elevati e le geometrie sono difficili da fresare.

Stampaggio a iniezione di ceramica (CIM)

La stampa 3D (CIM) segue la stessa logica della MIM, ma con l'utilizzo di polveri ceramiche come zirconia o allumina. Permette di realizzare componenti resistenti all'usura, elettricamente isolanti e resistenti alle alte temperature, con dettagli precisi, come ugelli, componenti dentali e isolatori per sensori.

Conclusione

L'ampio panorama dei processi di stampaggio a iniezione sottolinea un principio fondamentale nella produzione moderna: scegliere lo strumento giusto per il proprio caso specifico. L'esistenza di così tante varianti dimostra che nessun metodo è universalmente superiore; piuttosto, ognuno rappresenta una soluzione su misura.

In definitiva, la scelta di uno specifico tipo di stampaggio a iniezione è una decisione strategica che trascende la semplice geometria del componente. Per selezionare correttamente il processo di produzione per i vostri componenti, è necessario considerare tutti i fattori determinanti prima di prendere la decisione. In alternativa, potete collaborare con un produttore e ottenere assistenza da esperti industriali.

Domande frequenti

Quali sono i principali fattori di costo, oltre allo stampo stesso, per questi processi specializzati?

Sebbene l'attrezzatura rappresenti un costo iniziale significativo, le spese correnti sono fortemente influenzate dal processo. I fattori chiave includono lo spreco di materiale (scarti dai canali di colata nello stampaggio standard rispetto all'assenza di scarti nei canali caldi), il tempo di ciclo (cicli più lunghi per parti spesse o termoindurenti), le operazioni secondarie (deceraggio/sinterizzazione per PIM, finitura dei pezzi) e il livello di automazione richiesto.

È possibile combinare questi diversi processi di stampaggio in un unico pezzo?

Sì, è possibile. Infatti, gli approcci ibridi rappresentano una frontiera della produzione avanzata. Ad esempio, un componente potrebbe essere creato utilizzando lo stampaggio assistito da gas per ricavare una sezione spessa e poi sottoporlo a una seconda operazione per ottenere caratteristiche microstampate. Un altro esempio è l'utilizzo dello stampaggio a inserto per posizionare un componente metallico che viene successivamente sovrastampato con un TPE morbido al tatto. Tuttavia, questo richiede spesso una pianificazione della produzione sofisticata e più celle di produzione.