Portare un componente dal prototipo alla serie cambia l’equilibrio fra investimento e costo unitario. Lo stampo diventa conveniente se le quantità permettono di ammortizzarlo, ma vincola risorse a un disegno che potrebbe cambiare. Per uffici tecnici e acquisti, scegliere il processo significa decidere anche quanto investire prima di produrre.
Xometry interviene su questo passaggio come piattaforma digitale per la produzione su commessa. Il cliente carica modelli 3D e disegni, specifica materiale, quantità e finiture e richiede un preventivo. Xometry abbina il progetto a un partner della propria rete produttiva e coordina verifica tecnica, realizzazione, controllo qualità e consegna. Attraverso lo stesso interlocutore si possono ordinare componenti ottenuti con processi differenti, dalla stampa 3D allo stampaggio a iniezione, fino alle lavorazioni metalliche.
Un esempio concreto arriva da Vivavis: per industrializzare l’involucro di Octopus Npm, un dispositivo elettronico che raccoglie i dati di sensori e contatori e li trasmette ai sistemi di monitoraggio, l’azienda ha utilizzato con Xometry prima la stampa 3D Multi Jet Fusion (Mjf), poi l’iniezione. Colata sottovuoto, compressione, pressofusione e lavorazioni a controllo numerico computerizzato (Cnc) completano le alternative, con diversi equilibri fra attrezzaggio e costo del pezzo.
Iniezione e colata sottovuoto fra investimento e quantità
Lo stampaggio a iniezione produce componenti riempiendo con materiale plastico fuso la cavità di uno stampo metallico. Una volta raffreddato e solidificato il materiale, lo stampo si apre e il pezzo viene estratto. Xometry suggerisce questo processo per lotti compresi indicativamente fra 50 e un milione di pezzi. Le quantità aiutano a orientare la scelta, ma la convenienza dipende anche da geometria, materiale e finitura. Lo stampo richiede un investimento iniziale maggiore rispetto alla colata sottovuoto; cicli rapidi e ripetibilità consentono però di contenere il costo unitario sulle serie. Tra i materiali disponibili figurano ABS, polipropilene, policarbonato, poliammidi e gradi rinforzati.
Complessità dello stampo, numero di cavità e tolleranze influenzano l’investimento. Xometry verifica che il disegno possa essere prodotto con il processo scelto prima di costruire l’attrezzatura; la serie parte dopo l’approvazione dei campioni.
Per la colata sottovuoto Xometry indica lotti compresi fra uno e cento pezzi. Si parte da un modello del componente, ottenuto per esempio in stampa 3D, intorno al quale viene realizzato uno stampo in silicone. Rimosso il modello, la cavità viene riempita con resina liquida, che indurisce fino a formare il pezzo. Il vuoto aiuta a eliminare l’aria intrappolata e a ridurre le bolle. Lo stampo costa meno di quello metallico e si presta a piccole serie; la maggiore incidenza del lavoro manuale può però aumentare il costo del singolo componente. Inoltre il silicone si deteriora con l’uso, rendendo necessaria la sostituzione dello stampo se il lotto cresce.
Si utilizzano resine poliuretaniche rigide o flessibili, anche simil-ABS, simil-policarbonato e simil-gomma. La somiglianza non implica identità chimica: montaggio e aspetto possono essere valutati sul prototipo, ma le prestazioni finali vanno verificate sul materiale della serie.
Stampa 3D per produrre e modificare senza costruire uno stampo
La stampa 3D, o manifattura additiva, ha il vantaggio di non richiedere alcuno stampo: parti e componenti sono prodotti aggiungendo materiale strato dopo strato a partire da un modello digitale. Una modifica al disegno può quindi essere trasferita alla produzione senza dover rifare uno stampo. Xometry indica come riferimento lotti da uno a mille pezzi per deposizione di filamento (FDM), Mjf e sinterizzazione laser selettiva (SLS), e da uno a cento per stereolitografia (SLA) e stampa metallica DMLS. L’azienda realizza anche serie additive più ampie: questi intervalli non rappresentano un limite tecnico.
Nella FDM un filamento termoplastico viene riscaldato ed estruso attraverso un ugello. La SLA utilizza invece luce laser per indurire selettivamente una resina liquida. SLS e Mjf lavorano su letti di polvere polimerica: la prima usa un laser, la seconda agenti liquidi e calore per fondere le zone che formeranno il pezzo. La DMLS costruisce componenti metallici fondendo polvere con un laser. L’assenza dello stampo riduce l’investimento iniziale; materiale, tempo di costruzione e finiture pesano sul costo unitario. Sui piccoli lotti questo può essere vantaggioso, mentre sulle serie più grandi occorre confrontarlo con l’iniezione.
Compressione per siliconi e componenti meno articolati
Lo stampaggio a compressione è indicato da Xometry per lotti compresi fra uno e 5.000 pezzi. Una quantità dosata di materiale viene collocata nella metà inferiore di uno stampo riscaldato; la metà superiore si chiude e lo comprime fino a fargli assumere la forma della cavità. Calore e pressione vengono mantenuti per il tempo necessario a stabilizzare il componente, che viene poi estratto. Xometry propone soprattutto parti in gomma siliconica. Il processo è utilizzabile anche con altri elastomeri e compositi e si presta a geometrie relativamente semplici, comprese superfici ampie, piatte o curve.
Lo stampo tende a costare meno di quello per l’iniezione, ma inserimento del materiale, tempo di indurimento e rimozione delle bave possono allungare il ciclo e aumentare il costo di trasformazione per pezzo. La scelta dipende quindi dalla mescola e dalla produttività richiesta; anche l’iniezione può lavorare materiali rinforzati.
Pressofusione e Cnc per la produzione metallica
Nella pressofusione una lega metallica fusa viene spinta in pressione dentro uno stampo; dopo la solidificazione il pezzo viene estratto. Xometry la indica per lotti compresi fra 200 e un milione di pezzi e offre alluminio e leghe di zinco. Nei sistemi a camera calda il meccanismo di iniezione è immerso nel metallo fuso; in quelli a camera fredda il metallo viene caricato in una camera separata prima dell’iniezione. L’investimento nello stampo si distribuisce sulla serie, mentre eventuali lavorazioni successive e trattamenti concorrono al costo unitario. Il confronto con l’iniezione della plastica parte dalle prestazioni che richiedono l’uso del metallo.
Le lavorazioni Cnc ottengono invece il componente asportando materiale da un semilavorato. Nella fresatura ruota l’utensile che taglia il materiale; nella tornitura ruota il pezzo contro l’utensile. Xometry le propone, come fascia di riferimento, per lotti da uno a 10.000 pezzi, con materiali quali alluminio, acciai e polimeri tecnici. Non serve uno stampo, ma occorre programmare la macchina e predisporre il fissaggio del pezzo. Tolleranze strette e lavorazioni lunghe aumentano il costo, anche sui grandi lotti. Le lavorazioni Cnc possono inoltre completare un pressofuso, per esempio ricavando filettature.
Gli intervalli si sovrappongono perché le quantità, da sole, non decidono il processo. Per confrontare le alternative occorre sommare attrezzatura, campionatura, produzione, finiture e controlli, a parità di requisiti del componente. Se la domanda è ancora incerta, il risparmio sul singolo pezzo va misurato contro il capitale impegnato nello stampo e il costo delle modifiche prevedibili. Quando disegno e volumi si stabilizzano, quell’investimento può invece ridurre il costo complessivo della serie.
Dalla verifica dell’involucro alla serie in policarbonato: il vaso Vivavis
Vivavis sviluppa soluzioni per monitorare infrastrutture idriche ed energetiche. Octopus Npm è l’apparato elettronico installato sul campo che acquisisce le misure di sensori e contatori e le invia ai sistemi centrali attraverso reti come NB-IoT e LoRa. Permette così di raccogliere dati da punti della rete distribuiti sul territorio. Per un dispositivo destinato a restare a lungo in ambienti difficili, la protezione dell’elettronica è un requisito di progetto: Xometry riferisce che l’involucro doveva soddisfare il grado IP68 e consentire il funzionamento fra −20 e +60 °C.
Vivavis ha utilizzato prototipi Mjf per verificare la geometria dell’involucro esterno e correggere il disegno prima di costruire lo stampo. Per la serie, Xometry ha realizzato tramite iniezione sia il guscio sia l’alloggiamento della scheda elettronica. Dopo aver valutato più materiali, è stato scelto il policarbonato. Gli ingegneri hanno lavorato sulla possibilità di produrre le geometrie richieste, sulle tolleranze e sulla tenuta, mentre Xometry ha coordinato fornitori e logistica.
Le due tecnologie hanno risposto a esigenze successive dello stesso prodotto: verificare e modificare la forma con la stampa 3D, quindi riprodurre i componenti nel materiale scelto per la serie. Il passaggio all’iniezione ha richiesto di considerare insieme disegno dello stampo e caratteristiche dell’involucro.
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