Come si possono combinare la produzione additiva e lo stampaggio a iniezione?

02 gennaio 2023 | Tempo di lettura: 5 min

È possibile controllare l'intero ciclo di vita dei pezzi combinando la produzione additiva e lo stampaggio a iniezione. Date un'occhiata al nostro processo in 3 fasi e scaricate il whitepaper per maggiori dettagli.

Scegliete il meglio dei due mondi

La fabbricazione additiva (AM) e lo stampaggio a iniezione (IM) sono spesso rappresentati come due tecnologie di lavorazione della plastica in competizione tra loro. Talvolta, l'AM viene presentata come una tecnologia di produzione dirompente che sottrae quote di mercato alle offerte convenzionali. Tuttavia, lo stampaggio a iniezione è una tecnologia matura e consolidata, sviluppata nel corso di quasi un secolo, che offre alta qualità e ripetibilità nella produzione di massa per varie applicazioni - lotti fino a 10 milioni di pezzi con un'ampia gamma di materiali sono aspettative realistiche.

Al contrario, l'Additive Manufacturing consente oggi agli utenti di produrre pezzi personalizzati in massa, geometrie complesse e piccoli lotti fino a 200.000 pezzi in modo economico con una catena del valore completamente digitale.

Secondo la Commissione europea, la produzione avanzata è stata inizialmente definita come segue:

"La manifattura avanzata utilizza nuove tecnologie e tecnologie innovative e all'avanguardia come la robotica, la stampa 3D, l'intelligenza artificiale, il calcolo ad alte prestazioni e la modellazione, per realizzare prodotti complessi [...]". La maggior parte delle fonti evidenzia "l'attenzione all'innovazione" come elemento centrale della propria definizione. Gli autori di questo documento estendono la definizione esistente con l'aggiunta di quanto segue: "La produzione avanzata di polimeri si riferisce alla capacità di passare senza soluzione di continuità dalla tecnologia di lavorazione della plastica tradizionale a quella moderna, per innovare durante l'intero ciclo di vita del prodotto".

Per realizzare una produzione veramente avanzata è necessario combinare entrambe le tecnologie in modo flessibile lungo tutto il ciclo di vita della produzione. Il modo in cui ciò avviene dipende in parte dai requisiti tecnici ed economici di ogni singola applicazione. È inoltre importante ricordare che la manifattura avanzata non deve essere considerata un termine generico e che diverse combinazioni di tecnologie di produzione saranno rilevanti in diverse fasi del ciclo di vita della produzione.

Questo approccio, che si contrappone alla "lotta" tra AM e IM, è qualcosa che noi della divisione di consulenza di EOS, Additive Minds, abbiamo lavorato a stretto contatto per concettualizzare con KraussMaffei, un produttore leader di macchine per lo stampaggio a iniezione. Insieme, abbiamo creato un quadro di riferimento per aiutare le aziende a valutare le sfide attuali e future che possono trovarsi ad affrontare nei diversi aspetti della produzione di materie plastiche e a determinare il modo migliore per applicare e integrare le due tecnologie di processo.

Il quadro di riferimento aiuterà i decisori a scegliere la tecnologia di lavorazione della plastica più adatta in base a tre criteri: tecnico, economico e di preparazione della propria organizzazione alla produzione avanzata. Il risultato del quadro è una serie di grafici che mostrano quale dei seguenti scenari di produzione sarebbe appropriato:

Applicazione di AM per la prototipazione e passaggio a IM quando inizia la fase di ramp-up
AM e IM sono entrambi tecnicamente adatti per le fasi di avvio e di declino. I criteri economici determinano a quale dimensione di lotto passare da AM a IM
Una raccomandazione per una soluzione AM completa, basata sui criteri tecnologici ed economici forniti.
Una raccomandazione per una soluzione di GI completa, basata sui criteri tecnologici ed economici forniti.

Utilizzo del quadro decisionale

Trovare la tecnologia di produzione più adatta per un'applicazione può essere impegnativo, soprattutto quando si cerca di capire se puntare su una produzione convenzionale come lo stampaggio a iniezione o, ad esempio, sulla produzione additiva industriale.

Il quadro decisionale che è stato sviluppato è un semplice processo in tre fasi che vi aiuterà a selezionare la tecnologia di produzione più adatta per ogni applicazione. Completando la tabella di valutazione per una determinata applicazione e fase del ciclo di vita, viene prodotta una serie di grafici che suggeriscono quale scenario di produzione prendere in considerazione

Fase 1 - Valutazione dei criteri economici e tecnici

Il primo passo consiste nel valutare un'applicazione dal punto di vista economico e tecnico, compilando la tabella di valutazione illustrata. Ogni caratteristica economica e tecnica ha un punteggio, che influenza le raccomandazioni del quadro, in base alla sua importanza.

I fattori economici comprendono le dimensioni della serie, i tempi di produzione, l'eventuale elevata personalizzazione del prodotto e la fase del suo ciclo di vita. Le proprietà tecniche comprendono le dimensioni del pezzo, la qualità della superficie e le tolleranze richieste, nonché i requisiti normativi e la disponibilità dei materiali.

Quattro delle caratteristiche della tabella sono evidenziate in blu/arancio. Queste caratteristiche sono definite "caratteristiche stellari". Se queste caratteristiche si applicano, lo scenario è una soluzione AM o IM completa.

Un esempio di questo scenario è un'applicazione con una dimensione di serie superiore a 500k/anno. In questo caso, i costi di attrezzaggio e produttività dell'IM supereranno qualsiasi soluzione AM presente sul mercato. D'altro canto, se l'applicazione richiede una personalizzazione di massa, lo scenario AM supererà i costi di produzione di più utensili per applicazioni personalizzate; di conseguenza, l'applicazione passerà a uno scenario di produzione esclusivamente AM.

Fase 2 - Valutazione della preparazione organizzativa dell'azienda

L'ultima sezione della tabella riguarda la preparazione organizzativa. In definitiva, questo è l'aspetto più importante del quadro, in quanto definisce la capacità di un'azienda di valutare e passare da una tecnologia all'altra.

Questo è importante perché non avrebbe molto senso proporre una combinazione di tecnologie che un'organizzazione non può realisticamente applicare a una determinata applicazione. A tal fine, caratteristiche quali il livello di conoscenza della GI (interna), i rischi di passaggio da una tecnologia all'altra e l'apertura alle nuove tecnologie influenzeranno lo scenario proposto dal framework per gli stessi criteri economici e tecnici. I risultati di questa sezione della valutazione collocheranno un'organizzazione a uno dei seguenti livelli:

Basso - L'organizzazione è specializzata in IM o AM. Ha capacità produttive consolidate ed esperienza nella gestione della linea di produzione.
Medio - L'organizzazione è specializzata in IM o AM. Inoltre, possiede le conoscenze per applicare l'altra tecnologia a un livello da principiante a moderato. Le decisioni possono essere prese a favore di una delle due tecnologie sulla base di una semplice analisi di break-even.
Alto - L'organizzazione è specializzata in entrambe le tecnologie e può passare dalla tecnologia di lavorazione della plastica convenzionale a quella moderna senza problemi. Possiede la necessaria conoscenza di tutti i materiali, un'approfondita esperienza nei processi di entrambe le tecnologie di produzione e una comprensione della produzione disponibile.

Fase 3 - Analisi dei risultati

Una volta completato, il quadro fornisce tre grafici basati sul livello di preparazione dell'organizzazione, come indicato nel Whitepaper. Esaminando i diversi grafici, si può notare l'impatto della preparazione organizzativa e si evidenzia quanto sia importante essere onesti sullo stadio in cui un produttore si trova nel suo percorso verso la produzione avanzata. Le raccomandazioni finali forniscono un punto di discussione con tutti gli stakeholder del processo produttivo.

Tecnologie di produzione complementari

Oggi le tecnologie di produzione AM e IM sono una parte fondamentale della visione della produzione avanzata. Il passaggio senza soluzione di continuità dalle tecnologie di produzione convenzionali a quelle digitali dipende dalle proprietà dei pezzi, dagli aspetti economici, dalla fase del ciclo di vita e dalla preparazione organizzativa generale.

Utilizzando l'approccio graduale descritto in questo articolo, i produttori possono facilitare il percorso di transizione verso tecniche di produzione avanzate che combinano i processi produttivi. Il quadro fornisce uno strumento per porsi le domande giuste e decidere se utilizzare lo stampaggio a iniezione o la produzione additiva.