Rapid Tooling Mold

Nozioni di base sugli utensili rapidi

Gli utensili rapidi, noti anche come utensili prototipo, stampo prototipo e utensili morbidi, consentono di ottenere parti in modo rapido ed economico. Si distingue per un breve ciclo di stampaggio, basso costo di stampaggio, processo semplice e facile promozione. Inoltre, l'attrezzaggio rapido può soddisfare esigenze funzionali specifiche, fornendo allo stesso tempo vantaggi economici completi. 

La tecnica di attrezzamento rapido viene spesso utilizzata per testare il design e la funzionalità di una parte prima che entri nella produzione di massa. Continua a leggere per esplorare le basi del rapid tooling, dalla sua definizione alle sue varie applicazioni e vantaggi.

Cos'è Rapid Tooling?

Il Rapid Tooling è un processo di produzione di stampi o strumenti che consente di utilizzare tecniche e attrezzature specializzate per creare rapidamente prototipi e parti di livello produttivo. Viene spesso utilizzato per creare stampi, matrici e altri strumenti utilizzati per produrre parti in plastica o metallo. Gli strumenti rapidi possono creare prototipi e parti di produzione per vari settori, tra cui quello automobilistico, aerospaziale, medico e dei prodotti di consumo.

Uno dei principali vantaggi dell'attrezzaggio rapido è la riduzione dei tempi e dei costi di produzione. Poiché gli utensili rapidi sono facili e veloci da replicare, gli utensili finiti richiedono meno scorte. Tuttavia, gli svantaggi sono che è meno preciso e riduce la durata del prodotto. L'attrezzamento rapido è un metodo eccellente per lo sviluppo di ordini di piccoli lotti nella progettazione dei processi, nel marketing e nella valutazione dei prodotti.

Quale materiale può essere utilizzato per il Rapid Tooling?

Gli utensili rapidi sono stampi temporanei utilizzati nella produzione di prototipi, parti a basso volume o resine da colata. Alcuni materiali comuni utilizzati per la lavorazione rapida includono gomma siliconica, uretano, gesso e metalli. 

 

Rapid Tooling And Soft Tooling

Gomma di silicone: La gomma siliconica include RTV (Room Temperature Vulcanizing) e siliconi vulcanizzati al platino. Offrono un'elevata flessibilità e una buona finitura superficiale, che li rende adatti a geometrie complesse e sottosquadri.

Uretano: L'uretano include l'uretano liquido e gli stampi in uretano colato. Offrono un buon equilibrio tra durata e flessibilità e possono essere utilizzati per cicli di produzione a basso volume.

Malta: L'intonaco include intonaco di gesso, che può essere utilizzato per creare stampi semplici a basso costo.

Metalli: I metalli includono alluminio e acciaio, utilizzati nelle tecniche di fusione e pressofusione.

La scelta del materiale dipende da vari fattori, come le dimensioni e la complessità del pezzo, il tipo di lavorazione desiderata e il tipo di lavorazione che si vuole fare. finitura superficiale e precisione e il volume di produzione.

Due tipi di utensili rapidi

Gli utensili rapidi consentono di ottenere parti di progetto in modo economico e rapido. Con l'aumentare della domanda di utensili a basso costo, le persone sono alla ricerca di più metodi per realizzare utensili e stampi rapidi. Secondo diversi metodi di costruzione degli stampi, l'attrezzaggio rapido può essere suddiviso in diretto e indiretto.

Utensili rapidi diretti

L'attrezzaggio rapido diretto crea un vero e proprio stampo per anima e cavità in serts. Il punto di forza del processo è la capacità di realizzare utensili con geometrie prima irraggiungibili. Un esempio è la tecnica del raffreddamento conforme. In questa tecnica, i canali di raffreddamento interni seguono il contorno delle cavità dello stampo, migliorando l'uniformità della perdita di calore da uno stampo e riducendo la durata del raffreddamento di circa 66%.

Nella produzione a breve termine, questa forma di attrezzamento rapido consente di costruire uno stampo o uno strumento in modo estremamente rapido e di iniziare a realizzare i prodotti quasi immediatamente. È particolarmente vantaggioso per la produzione di piccole serie poiché l'utensile non deve essere molto robusto o duraturo. Questo stampo può produrre fino a 5.000 parti, a seconda dei materiali utilizzati e della complessità del progetto.

Fasi di Direct Rapid Tooling

L'attrezzaggio diretto prevede i seguenti passaggi:

Passo 1: Utilizzare il software CAD (Computer-Aided Design) per creare un modello dello strumento o dello stampo.

Passo 2: Invia il file a una macchina o stampante per realizzare lo stampo o lo strumento effettivo utilizzato per fabbricare prototipi. Questo può essere un processo sottrattivo, in cui una macchina CNC taglia la materia prima per creare la forma desiderata, o un processo additivo, in cui una stampante 3D costruisce da zero la forma desiderata.

Passaggio 3: Lo strumento o lo stampo fabbricati possono essere utilizzati direttamente per produrre prototipi.

Pro di Direct Rapid Tooling:

  1. Produzione più rapida e tempi lead più brevi (è possibile realizzare utensili o stampi in pochi giorni o settimane).
  2. A volte richiede meno risorse.
  3. Richiede meno passaggi.
  4. Le persone possono utilizzare uno stampo o uno strumento per realizzare più di un prototipo.
  5. Estremamente flessibile, puoi realizzare rapidamente molti stampi o strumenti man mano che il tuo progetto cambia.

Contro di Direct Rapid Tooling:

  1. La maggior parte delle volte, i prototipi realizzati con questo metodo non sono così resistenti e durevoli come quelli realizzati con il metodo dell'utensileria rapida indiretta.
  2. Senza un modello principale, potrebbe essere necessario costruire molti strumenti o stampi in materiali diversi, il che potrebbe comportare errori o disparità nelle dimensioni dello strumento o dello stampo.
  3. Se lo strumento o lo stampo si rompono o si desidera provare un nuovo materiale, è necessario riavviare l'intero processo.
  4. Potrebbe non funzionare per progetti o materiali complicati che richiedono uno stampo o uno strumento durevole per realizzare dettagli intricati.
  5. Ciò potrebbe aumentare il costo di sviluppo di un nuovo prodotto, soprattutto se è necessario realizzare più stampi o strumenti per ogni nuova iterazione del progetto.

Utensili rapidi indiretti

Gli utensili rapidi indiretti utilizzano modelli master generati dalla produzione additiva per creare uno stampo o una matrice. Sono disponibili diverse tecnologie, la più diffusa delle quali sono le tecniche di "soft tooling". Le tecniche di soft tooling utilizzano stampi in silicone per parti in plastica e come modelli sacrificali per microfusione di parti metalliche.

Gli utensili rapidi indiretti sono destinati ai test e alla sperimentazione. Ad esempio, l'attrezzaggio rapido indiretto è un'ottima soluzione quando si dispone già di un progetto dettagliato e si desidera testare diversi materiali. Questo perché consente di costruire facilmente diversi strumenti di prova e stampi dallo stesso modello principale.

Passi di utensili rapidi indiretti

L'attrezzamento indiretto è la seconda forma di attrezzamento rapido. L'attrezzaggio indiretto prevede i seguenti passaggi:

Passo 1: Utilizzare il software CAD per creare un modello dello strumento principale o dello stampo.

Passo 2: Invia il file a una macchina o stampante per creare uno stampo principale o uno strumento chiamato modello. Questo modello principale è spesso piuttosto durevole.

Passaggio 3: Crea più stampi o strumenti in base al modello principale. Puoi fabbricare nuovi stampi o strumenti da materiali diversi con proprietà distinte. Il modello master può essere utilizzato sia per hard tooling (strumenti costruiti con materiali resistenti o robusti) che per soft tooling (strumenti meno robusti). Un unico modello master può realizzare vari strumenti o stampi in grandi o piccole quantità, che possono poi essere utilizzati per creare più prototipi.

Vantaggi dell'utensileria rapida indiretta:

  1. Il modello principale è estremamente robusto e durevole e raramente si rompe durante il processo di prototipazione.
  2. Probabilmente avrai bisogno di un solo modello principale (a meno che il tuo design non cambi).
  3. Poiché tutti i diversi strumenti e stampi si basano sullo stesso modello principale, vi è una minore variazione tra di loro.
  4. È ideale per sperimentare vari materiali poiché è possibile creare strumenti o stampi che funzionano meglio con un determinato materiale o processo di prototipazione.
  5. Può produrre utensili duri o morbidi a seconda delle richieste del cliente. Gli strumenti soft possono essere utilizzati per progetti semplici o test di prototipi economici, mentre gli strumenti hard sono adatti per progetti sofisticati.

Contro di utensili rapidi indiretti:

  1. Il tempo di produzione è leggermente più lungo rispetto all'attrezzaggio rapido diretto.
  2. Comporta un passaggio intermedio, che potrebbe portare a costi più elevati.
  3. Potrebbe essere necessario utilizzare materiali di qualità superiore per creare un modello principale robusto e duraturo.
  4. Questa non è sempre una soluzione adatta se prevedi che il tuo progetto cambierà drasticamente durante la fase di prototipazione.
  5. Questo non è necessariamente essenziale per progetti semplici che non richiedono un'elevata precisione o accuratezza dimensionale.

Vantaggi e svantaggi del Rapid Tooling 

Per molti imprenditori, l'attrezzaggio rapido è uno dei modi migliori per sviluppare nuovi prodotti da zero. Di seguito ti illustreremo i vantaggi e gli svantaggi del rapid tooling per aiutarti a decidere se questo metodo è adatto al tuo prodotto e al processo di prototipazione.

molding inserted in the injection molding machine

Vantaggi di Rapid Tooling 

Personalizzazione stampi

L'uso di utensili rapidi può aiutarti a creare rapidamente stampi personalizzati con qualsiasi dimensione. Gli stampi realizzano parti con diversi gradi di materiale e ne testano le proprietà e la qualità, aiutandoti a scegliere il materiale giusto prima di lanciare un nuovo prodotto sul mercato.

Time-to-market più rapido

Il ciclo di sviluppo del prodotto nei metodi di lavorazione convenzionali può comprendere numerosi processi e tecnologie di produzione. Ciò può aggiungere tempo a ogni passaggio e allungare il tempo necessario per passare dal progetto al prodotto reale.

Gli strumenti rapidi richiedono meno passaggi rispetto ai metodi degli strumenti convenzionali. Prima finisci il prototipo e la prototipazione, prima potrai completare i tuoi progetti e consegnarli ai tuoi clienti.

Riduci i costi

Più lungo è il ciclo di sviluppo del prodotto, maggiore è il costo. I vantaggi in termini di velocità degli utensili rapidi possono far risparmiare denaro alle aziende nel tempo.

Minor consumo di risorse

L'attrezzaggio rapido comporta risorse estremamente ridotte per prototipazione o di produzione. Ad esempio, è possibile creare numerosi prototipi con un unico utensile o stampo.

Test dei parametri di processo

Gli utensili rapidi possono essere utilizzati anche in fase di produzione per testare i parametri di processo. Ad esempio, diverse velocità di iniezione e temperature dello stampo durante lo stampaggio a iniezione possono alterare la qualità del pezzo. In questo caso, l'attrezzaggio rapido può offrire a ingegneri e progettisti un maggiore controllo della misurazione sulla parte finale.

Testare accuratamente il design e la funzionalità

Rapid tooling consente di creare rapidamente diversi prototipi o stampi. Ti permette anche di sperimentare nuove idee e modificare quelle vecchie. Ciò eviterà molti problemi che potrebbero svilupparsi nelle fasi future della produzione ad alto volume.

Svantaggi di Rapid Tooling 

Produci un prototipo non durevole

I prototipi prodotti con utensili rapidi di solito non sono durevoli o robusti. E gli stampi realizzati con questo processo tendono a rompersi, poiché i materiali utilizzati di solito non sono di alta qualità. Se si cambiano spesso gli stampi, ciò comporterà costi di produzione più elevati.

Un altro modo per aumentare il costo di un prodotto è cambiare continuamente il design, il che significa anche cambiare gli stampi. Questo metodo è meno adatto se l'attenzione ai dettagli del tuo prodotto o prototipo è fondamentale.

Richiede tempo

La realizzazione di uno stampo master richiede più tempo rispetto alla realizzazione diretta di uno stampo. Inoltre, l'attrezzaggio rapido comporta molti passaggi, che potrebbero portare a costi di produzione più elevati. Evita questo metodo se è probabile che il tuo progetto cambi durante il processo di prototipazione.

Facilmente causa errore

L'utilizzo di questo metodo per creare più stampini spesso causa errori. Nella maggior parte dei casi, questo errore è causato da variazioni nelle dimensioni dello stampo. Ciò è particolarmente vero se vengono utilizzati materiali diversi.

Non adatto per disegni semplici

Gli utensili rapidi sono ottimali per progetti complessi che richiedono una grande quantità di dettagli. Se il tuo design è semplice, questo metodo probabilmente non fa per te.

Ciclo di vita dello stampo più breve

A causa dello stress esercitato su di essi dal processo di iniezione, gli stampi veloci non durano molto a lungo. I materiali utilizzati per realizzare gli stampi, come alluminio e acciaio, non sono di alta qualità. In questo caso, potrebbe essere necessaria la creazione frequente di un nuovo stampo per sostituire uno stampo usurato.

Costo di iniezione e costo del lavoro più elevati

La prototipazione con strumenti rapidi è un processo iterativo, che aumenta i costi aggiuntivi di stampaggio a iniezione, soprattutto se si desidera migliorare il progetto. Costi di iniezione più elevati comportano maggiori spese di manodopera, che possono aumentare i costi di produzione.

Cose da tenere a mente quando si utilizza Rapid Tooling

È inoltre necessario considerare le seguenti limitazioni se si utilizzano gli strumenti rapidi per creare il prototipo.

1. Lo stampo dovrebbe essere resistente e durevole.

Lo stampo deve essere abbastanza resistente e durevole da resistere allo stampaggio a iniezione. Poiché le macchine per lo stampaggio fissavano materiali caldi nello stampo a libbre per pollice, gli stampi devono sopportare le iniezioni.

2. Lo stampo dovrebbe essere liscio.

Oltre ad essere resistente e durevole, lo stampo deve essere liscio in modo che la plastica possa essere iniettata in modo pulito. Alcuni processi in Rapid Tooling aggiungono materiali strato per strato, quindi il risultato non è uniforme. In questa situazione, il prototipo necessita di ulteriori rifiniture per la prototipazione.

Utensili rapidi vs utensili convenzionali: quali sono le differenze?

L'attrezzamento convenzionale è un metodo tradizionale per realizzare stampi, matrici e altri componenti dell'attrezzaggio attraverso una serie di fasi, tra cui progettazione, lavorazione e assemblaggio. Questi strumenti vengono utilizzati per formare e modellare materiali, come plastica, metallo e compositi, in prodotti finiti. Gli strumenti convenzionali possono richiedere molto tempo e denaro, con tempi lead di diverse settimane o mesi. Il prodotto finale prodotto con gli utensili convenzionali è spesso di alta qualità, ma il processo stesso presenta limitazioni in termini di velocità, costo, opzioni di materiali e geometrie complesse.

Gli utensili convenzionali e gli utensili rapidi differiscono in diversi modi:

Velocità: Come suggerisce il nome, l'attrezzaggio rapido è molto più veloce dell'attrezzaggio tradizionale. Può realizzare prototipi e strumenti per la produzione di massa in poche ore o giorni, mentre realizzare strumenti alla vecchia maniera può richiedere settimane o addirittura mesi.

Costo: l'attrezzamento rapido è spesso più economico dell'attrezzaggio tradizionale perché salta molte delle fasi dell'attrezzamento tradizionale e rende possibile realizzare parti di alta qualità a una frazione del prezzo.

Complessità: Gli strumenti convenzionali possono realizzare solo parti con una certa forma e livello di complessità. Gli utensili rapidi, d'altra parte, possono gestire forme complicate e dettagli fini, il che li rende una scelta più flessibile.

Materiale: L'attrezzaggio rapido può utilizzare una gamma più ampia di materialimentre l'utensileria tradizionale è spesso limitata a materiali tradizionali come l'acciaio e l'alluminio.

Precisione: Rapid Tooling può realizzare utensili molto precisi e di dimensioni stabili, il che lo rende un'ottima scelta per gli utensili utilizzati nella produzione. Anche se gli strumenti tradizionali possono ancora realizzare parti di alta qualità, potrebbero essere meno flessibili in questo modo.

Rapid Tooling vs Rapid Prototyping: quali sono le differenze?

Rapid tooling e rapid prototyping sono concetti correlati ma distinti. 

Utensili rapidi: Gli utensili rapidi creano uno strumento o uno stampo che consente ai produttori di realizzare rapidamente parti di un prodotto che funzioneranno come uno strumento. Esistono anche due metodi per la prototipazione: l'attrezzaggio rapido diretto e indiretto. Tuttavia, lo stampaggio a iniezione è la tecnica più utilizzata.

Prototipazione rapida: La prototipazione rapida è una tecnologia o un approccio per assistere nella produzione rapida di una parte fisica per l'uso finale o l'utilizzo come prototipo. Inoltre, la produzione additiva (stampa 3D) e la produzione sottrattiva (lavorazione CNC) sono tecnologie prevalenti utilizzate nella prototipazione rapida.

Molte persone possono confondere gli utensili rapidi con la prototipazione rapida, gli utensili rapidi e la prototipazione rapida differiscono in vari modi:

Purpose: Rapid tooling è il processo di creazione di uno strumento per la produzione di massa. La prototipazione rapida è il processo di creazione di una prima versione di un prodotto per testarne e convalidarne il design.

Produzione: la prototipazione rapida di solito produce uno o un piccolo numero di prototipi funzionanti, mentre la prototipazione rapida crea uno strumento o uno stampo che può essere utilizzato per realizzare gran parte del prodotto finale.

Materiali: Materie plastiche, resine o compositi che assomigliano molto al prodotto finale vengono spesso utilizzati nella prototipazione rapida. Gli utensili rapidi, d'altra parte, possono utilizzare una gamma più ampia di materiali, compresi i metalli.

Tempi di consegna: sia la creazione rapida di utensili che la prototipazione rapida sono più veloci dei metodi tradizionali, ma la prototipazione rapida di solito ha un tempo lead più breve perché non richiede la realizzazione di uno strumento.

Costo: Il Rapid Tooling è generalmente più costoso della Rapid Prototyping perché comporta processi più complicati e la creazione di uno strumento che verrà utilizzato per la produzione di massa.

In conclusione, sia il Rapid Tooling che la Rapid Prototyping sono passaggi importanti nel processo di creazione di un nuovo prodotto, ma fanno cose diverse e hanno risultati diversi. La prototipazione rapida viene utilizzata per confermare e testare la progettazione di un prodotto, mentre il tooling rapido viene utilizzato per realizzare uno strumento per la produzione di massa.

Soft Tooling vs Hard Tooling: quali sono le differenze?

Anche il soft tooling e l'hard tooling sono spesso menzionati nel rapid tooling. 

Utensili morbidi: L'utensileria morbida utilizza in genere stampi in silicone e la colata di uretano processo. Come l'utensileria rapida, l'utensileria morbida è utilizzata principalmente per la prototipazione, l'utensileria a ponte e l'utensileria a freddo. produzione a basso volume. I modelli per la colata di uretano sono spesso realizzati con la stampa 3D.

Utensili duri: Nello stampaggio a iniezione, utensili duri è sinonimo di utensili in metallo. I processi di attrezzamento rapido possono realizzare utensili duri principalmente dall'alluminio. Gli utensili duri sono più durevoli e in grado di gestire enormi volumi di produzione. Tuttavia, costa più delle tecniche di attrezzamento morbido o rapido, rendendolo più adatto alla produzione di massa.

Di seguito sono riportate le differenze tra Soft tooling e hard tooling:

Durata: Gli utensili duri sono realizzati con materiali durevoli come acciaio o alluminio ed è progettato per resistere a livelli elevati di stress e uso ripetuto. Gli utensili morbidi, d'altra parte, sono realizzati con materiali più flessibili come schiuma, gomma o altri composti adatti e sono destinati all'uso a breve termine.

Costo: L'hard tooling è in genere più costoso del soft tooling, in quanto richiede l'uso di materiali costosi e processi di lavorazione complessi. Il soft tooling è spesso un'alternativa più conveniente, in quanto può essere prodotto in modo rapido ed economico, il che lo rende ideale per la prototipazione e per cicli di produzione a basso volume.

Le applicazioni del Rapid Tooling

Gli utensili rapidi sono generalmente più veloci e più snelli rispetto agli utensili tradizionali, rendendo questo metodo ampiamente applicabile. Ecco alcune delle applicazioni del rapid tooling:

  • Creazione di stampi: è possibile creare stampi sia metallici che non metallici utilizzando strumenti rapidi.
  • Creazione di forme e anime da colata – L'applicazione SLS è la più recente tecnologia nata nel campo delle forme e anime da colata in sabbia.
  • Altre applicazioni di utensili rapidi includono la fabbricazione di elettrodi per EDM, timbri di marcatura, modelli ibridi per fusione e strumenti di scheggiatura.

Conclusione

L'attrezzamento rapido è una tecnica diffusa favorita dai produttori. La tecnica consente ai produttori di testare e convalidare rapidamente i progetti dei prodotti, ridurre i tempi ei costi richiesti per i metodi di attrezzaggio tradizionali e accelerare lo sviluppo dei prodotti. Ciò si traduce in un time-to-market più rapido, in una migliore progettazione e qualità del prodotto e in una maggiore soddisfazione del cliente. Gli strumenti rapidi consentono inoltre ai produttori di iterare e apportare modifiche alla progettazione del prodotto in modo più rapido ed efficace.

 LEADRP offre servizi di prima classe stampaggio a iniezione e service con utensili rapidi in grado di soddisfare le esigenze dei clienti e garantire la produzione di prototipi di alta qualità. In caso di domande sull'attrezzaggio rapido services, non esitate a contattarci.

Riferimenti

Utensili rapidi – Da Wikipedia

Utensili rapidi – Da ScienceDirect

Cos'è la tecnologia di stampaggio Rapid Tooling? – Dalle prospettive di mercato

FAQ

Rapid tooling (RT) e rapid prototyping (RP) sono metodi o tecnologie che consentono la produzione rapida di uno strumento o di un prodotto. Il termine utensili rapidi si riferisce agli utensili guidati da RT. Un prototipo è un modello 3D che può essere utilizzato per test preliminari e valutazione di stampi, matrici o prodotti.

Gli utensili rapidi consentono di creare rapidamente diversi prototipi o stampi. Questo ti dà più margine di manovra per apportare modifiche al design e sperimentare nuove idee. Quando un prototipo richiede giorni o settimane per essere completato, potresti essere meno propenso a modificare il design, anche se migliora il prodotto finale.

L'attrezzamento rapido è più conveniente rispetto all'attrezzamento convenzionale perché sono richiesti meno manodopera umana e tempo. Dato che i programmi per computer e le macchine lo eseguono, non è suscettibile di errori umani. Ciò si traduce in ulteriori risparmi sui costi di manodopera e meno sprechi. Durata e longevità sono gli svantaggi dell'utilizzo di utensili rapidi.

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