La lavorazione CNC, spesso, viene spesso descritta come la lavorazione di un pezzo metallico. Tuttavia, la lavorazione CNC non solo è ampiamente applicabile alla plastica, ma è anche uno dei processi di lavorazione più comuni in diversi settori.
L'accettazione della lavorazione CNC della plastica come processo di produzione è dovuta all'ampia gamma di materiali plastici disponibili. Inoltre, con l'introduzione del controllo numerico computerizzato, il processo diventa più preciso, veloce e adatto alla produzione di componenti con tolleranze ristrette. Quanto ne sai sulla lavorazione CNC della plastica? Questo articolo illustra i materiali compatibili con il processo, le tecniche disponibili e altri aspetti che possono aiutarti nel tuo progetto.
Materie plastiche per lavorazioni CNC
Molte materie plastiche lavorabili sono adatte alla produzione di componenti e prodotti di diversi settori. Il loro utilizzo dipende dalle loro proprietà: alcune, come il nylon, presentano eccellenti proprietà meccaniche che consentono loro di sostituire i metalli. Di seguito sono elencate le materie plastiche più comuni per la lavorazione di materie plastiche personalizzate:
Addominali:
L'acrilonitrile-butadiene-stirene, o ABS, è un materiale CNC leggero, noto per la sua resistenza agli urti, la robustezza e l'elevata lavorabilità. Sebbene vanti buone proprietà meccaniche, la sua bassa stabilità chimica è evidente nella sua suscettibilità a grassi, alcoli e altri solventi chimici. Inoltre, la stabilità termica dell'ABS puro (ovvero l'ABS senza additivi) è bassa, poiché il polimero plastico brucia anche dopo aver rimosso la fiamma.
Professionisti
È leggero senza perdere la sua resistenza meccanica.
Questo polimero plastico è altamente lavorabile, il che lo rende un materiale molto popolare per la prototipazione rapida.
L'ABS ha un basso punto di fusione, ideale per altri processi di prototipazione rapida come la stampa 3D e lo stampaggio a iniezione.
Ha un'elevata resistenza alla trazione.
L'ABS ha un'elevata durevolezza, il che significa una maggiore durata utile.
È conveniente.
Contro
Se sottoposto al calore, rilascia fumi di plastica caldi.
Per evitare l'accumulo di tali gas è necessaria una ventilazione adeguata.
Ha un basso punto di fusione che può causare deformazioni dovute al calore generato dalla macchina CNC.
Applicazioni
L'ABS è un materiale termoplastico ingegneristico molto diffuso, utilizzato da molti servizi di prototipazione rapida per la realizzazione di prodotti grazie alle sue eccellenti proprietà e alla sua convenienza. Trova impiego nei settori elettrico e automobilistico per la produzione di componenti come tastiere, involucri elettronici e componenti per cruscotti di automobili.
Nylon
Il nylon o poliammide è un polimero plastico a basso attrito con elevata resistenza agli urti, agli agenti chimici e all'abrasione. Le sue eccellenti proprietà meccaniche, come la resistenza (76 mPa), la durevolezza e la durezza (116R), lo rendono particolarmente adatto alla lavorazione CNC e ne migliorano ulteriormente l'applicazione nei settori automobilistico e medicale.
Professionisti
Eccellenti proprietà meccaniche.
Ha un'elevata resistenza alla trazione.
Conveniente.
È un polimero leggero.
È resistente al calore e agli agenti chimici.
Contro
Ha una bassa stabilità dimensionale.
Il nylon assorbe facilmente l'umidità.
È sensibile agli acidi minerali forti.
Applicazioni
Il nylon è un termoplastico ingegneristico ad alte prestazioni, ideale per la prototipazione e la produzione di componenti reali nei settori medico e automobilistico. I componenti realizzati con questo materiale CNC includono cuscinetti, rondelle e tubi.
Acrilico
L'acrilico, o PMMA (polimetilmetacrilato), è un materiale molto diffuso nella lavorazione CNC di materie plastiche grazie alle sue proprietà ottiche. Questo polimero plastico è traslucido e resistente ai graffi, caratteristiche che lo rendono ideale per applicazioni in settori che richiedono tali proprietà. Presenta inoltre ottime proprietà meccaniche, evidenti nella sua tenacità e resistenza agli urti. Grazie al suo basso costo, la lavorazione CNC di materiali acrilici è diventata un'alternativa ai polimeri plastici come il policarbonato e il vetro.
Professionisti
È leggero.
L'acrilico è altamente resistente agli agenti chimici e ai raggi UV.
Presenta un'elevata lavorabilità.
L'acrilico ha un'elevata resistenza chimica.
Contro
Non è molto resistente al calore, agli urti e all'abrasione.
Può rompersi sotto carichi pesanti.
Non è resistente alle sostanze organiche clorurate/aromatiche.
Applicazioni
L'acrilico può sostituire materiali come il policarbonato e il vetro. Di conseguenza, trova impiego nell'industria automobilistica per la realizzazione di tubi luminosi e coperture per indicatori di direzione, e in altri settori per la realizzazione di pannelli solari, pensiline per serre, ecc.
POMPA
Il POM o Delrin (nome commerciale) è un materiale plastico altamente lavorabile tramite CNC, scelto da molti servizi di lavorazione CNC per la sua elevata resistenza e resistenza al calore, agli agenti chimici e all'usura. Esistono diverse qualità di Delrin, ma la maggior parte dei settori si affida al Delrin 150 e 570 per la loro stabilità dimensionale.
Professionisti
Sono i materiali plastici più facilmente lavorabili tramite CNC.
Hanno un'eccellente resistenza chimica.
Hanno un'elevata stabilità dimensionale.
Presenta un'elevata resistenza alla trazione e durevolezza, garantendo una maggiore durata.
Contro
Presenta una scarsa resistenza agli acidi.
Applicazioni
Il POM trova applicazione in diversi settori. Ad esempio, nel settore automobilistico, viene utilizzato per produrre componenti per cinture di sicurezza. L'industria delle apparecchiature mediche lo impiega per produrre penne per insulina, mentre il settore dei beni di consumo lo impiega per fabbricare sigarette elettroniche e contatori d'acqua.
HDPE
Il polietilene ad alta densità (HDPE) è un materiale termoplastico con elevata resistenza alle sollecitazioni e agli agenti chimici corrosivi. Offre eccellenti proprietà meccaniche, come la resistenza alla trazione (4000 PSI) e la durezza (R65), rispetto alla sua controparte, sostituendola con l'LDPE in applicazioni con tali requisiti.
Professionisti
È una plastica flessibile e lavorabile.
È altamente resistente allo stress e agli agenti chimici.
Possiede eccellenti proprietà meccaniche.
L'ABS ha un'elevata durevolezza, il che significa una maggiore durata utile.
Contro
Ha una scarsa resistenza ai raggi UV.
Applicazioni
L'HDPE ha una varietà di applicazioni, tra cui la prototipazione, la creazione di ingranaggi, cuscinetti, imballaggi, isolamento elettrico e apparecchiature mediche. È ideale per la prototipazione in quanto può essere lavorato rapidamente e facilmente, e il suo basso costo lo rende ottimo per la creazione di più iterazioni. Inoltre, è un buon materiale per gli ingranaggi grazie al suo basso coefficiente di attrito e all'elevata resistenza all'usura, e per i cuscinetti, perché è autolubrificante e resistente agli agenti chimici.
LDPE
L'LDPE è un polimero plastico resistente e flessibile, con buona resistenza chimica e basse temperature. Trova ampia applicazione nel settore della produzione di componenti medicali per la realizzazione di protesi e ortesi.
Professionisti
È resistente e flessibile.
È altamente resistente alla corrosione.
È facile sigillarlo utilizzando tecniche termiche come la saldatura.
Contro
Non è adatto per parti che richiedono resistenza alle alte temperature.
Presenta bassa rigidità e resistenza strutturale.
Applicazioni
L'LDPE viene spesso utilizzato per la produzione di ingranaggi e componenti meccanici personalizzati, componenti elettrici come isolatori e alloggiamenti per dispositivi elettronici e parti dall'aspetto lucido o brillante. Inoltre, il suo basso coefficiente di attrito, l'elevata resistenza all'isolamento e la durevolezza lo rendono un materiale ideale per applicazioni ad alte prestazioni.
Policarbonato
Il PC è un polimero plastico resistente ma leggero, con proprietà termoisolanti e di isolamento elettrico. Come l'acrilico, può sostituire il vetro grazie alla sua naturale trasparenza.
Professionisti
È più efficiente della maggior parte dei materiali termoplastici ingegneristici.
È naturalmente trasparente e può trasmettere la luce.
Cattura molto bene i colori.
Presenta un'elevata resistenza alla trazione e durevolezza.
Il PC è resistente agli acidi diluiti, agli oli e ai grassi.
Contro
Si degrada dopo un'esposizione prolungata all'acqua a temperature superiori a 60°C.
È soggetto all'usura causata dagli idrocarburi.
Ingiallirà nel tempo a causa dell'esposizione prolungata ai raggi UV.
Applicazioni
Grazie alle sue proprietà di leggerezza, il policarbonato può sostituire il vetro. Viene quindi utilizzato per la produzione di occhiali protettivi e CD/DVD. Inoltre, è adatto per la produzione di strumenti chirurgici e interruttori automatici.
Metodi di lavorazione CNC della plastica
La lavorazione CNC di componenti in plastica prevede l'utilizzo di una macchina a controllo computerizzato per rimuovere parte del polimero plastico e ottenere il prodotto desiderato. Il processo di produzione sottrattiva può creare una miriade di componenti con tolleranze, uniformità e precisione rigorose utilizzando i seguenti metodi.
Tornitura CNC
La tornitura CNC è una tecnica di lavorazione che prevede il bloccaggio del pezzo su un tornio e la sua rotazione contro l'utensile da taglio mediante rotazione o imbutitura. Esistono diversi tipi di tornitura CNC, tra cui:
Per tagli di grandi dimensioni è adatta la tornitura CNC dritta o cilindrica.
La tornitura CNC conica è adatta per creare parti con forme coniche.
Esistono diverse linee guida che puoi utilizzare nella tornitura CNC della plastica, tra cui:
Assicurarsi che i taglienti abbiano un'inclinazione posteriore negativa per ridurre al minimo lo sfregamento.
I taglienti devono avere un angolo di spoglia elevato.
Lucidare la superficie del pezzo in lavorazione per ottenere una migliore finitura superficiale e ridurre l'accumulo di materiale.
Ridurre la velocità di avanzamento per migliorare la precisione dei tagli finali (utilizzare una velocità di avanzamento di 0,015 IPR per tagli grezzi e 0,005 IPR per tagli precisi).
Adattare gli angoli di spoglia, laterali e di spoglia al materiale plastico.
Fresatura CNC
La fresatura CNC prevede l'utilizzo di una fresa per rimuovere il materiale dal pezzo in lavorazione e ottenere il pezzo desiderato. Esistono diverse fresatrici CNC, suddivise in fresatrici a 3 assi e fresatrici multiasse.
Da un lato, una fresatrice CNC a 3 assi può muoversi su tre assi lineari (da sinistra a destra, avanti e indietro, su e giù). Di conseguenza, è ideale per la creazione di componenti dal design semplice. D'altro canto, le fresatrici multiasse possono muoversi su più di tre assi. Di conseguenza, sono adatte alla lavorazione CNC di componenti in plastica con geometrie complesse.
Esistono diverse linee guida che puoi utilizzare nella fresatura CNC della plastica, tra cui:
Lavorare un materiale termoplastico rinforzato con carbonio o vetro con utensili in carbonio.
Aumentare la velocità del mandrino utilizzando dei morsetti.
Ridurre la concentrazione di stress creando angoli interni arrotondati.
Raffreddamento diretto sul router per disperdere il calore.
Selezionare la velocità di rotazione.
Sbavare le parti in plastica dopo la fresatura per migliorarne la finitura superficiale.
Foratura CNC
La foratura CNC della plastica consiste nel creare un foro in un pezzo di plastica utilizzando un trapano dotato di una punta. Le dimensioni e la forma della punta determinano la dimensione del foro. Inoltre, svolgono un ruolo importante nell'evacuazione dei trucioli. I tipi di trapano a colonna che è possibile utilizzare includono trapano da banco, trapano verticale e trapano radiale.
Esistono diverse linee guida che puoi utilizzare nella foratura CNC della plastica, tra cui:
Assicuratevi di utilizzare punte da trapano CNC affilate per evitare di sottoporre il pezzo in plastica a sollecitazioni eccessive.
Utilizzare la punta da trapano giusta. Ad esempio, una punta da trapano da 90 a 118° con un angolo di spoglia da 9 a 15° è adatta per la maggior parte dei materiali termoplastici (per l'acrilico, utilizzare un'inclinazione di 0°).
Scegliendo la punta giusta si garantisce un'espulsione agevole dei trucioli.
Utilizzare un sistema di raffreddamento per alleviare la maggior parte dell'aria generata durante il processo di lavorazione.
Per rimuovere la punta CNC senza danneggiarla, assicurarsi che la profondità di foratura sia inferiore a tre o quattro volte il diametro della punta. Inoltre, ridurre la velocità di avanzamento quando la punta è quasi uscita dal materiale.
Alternative alla lavorazione della plastica
Oltre alla lavorazione CNC di componenti in plastica, altri processi di prototipazione rapida possono fungere da alternative. Tra quelli più comuni figurano:
Stampaggio a iniezione
Si tratta di un processo di produzione in serie molto diffuso per la lavorazione di pezzi in plastica. Lo stampaggio a iniezione prevede la creazione di uno stampo in alluminio o acciaio, a seconda di fattori come la durata. Successivamente, la plastica fusa viene iniettata nella cavità dello stampo, si raffredda e assume la forma desiderata.
Lo stampaggio a iniezione di materie plastiche è adatto sia per la prototipazione che per la produzione di componenti reali. Inoltre, è un metodo conveniente, adatto sia per componenti dal design semplice che complesso. Inoltre, i componenti stampati a iniezione non richiedono praticamente lavorazioni o trattamenti superficiali aggiuntivi.
Stampa 3D
La stampa 3D è il metodo di prototipazione più comune nelle piccole imprese. Il processo di produzione additiva è uno strumento di prototipazione rapida che comprende tecnologie come la stereolitografia (SLA), la modellazione a deposizione fusa (FDM) e la sinterizzazione laser selettiva (SLS), utilizzate per lavorare su materiali termoplastici come nylon, PLA, ABS e ULTEM.
Ogni tecnologia prevede la creazione di modelli digitali 3D e la costruzione dei componenti desiderati strato per strato. È simile alla lavorazione CNC della plastica, sebbene comporti un minore spreco di materiale, a differenza di quest'ultima. Inoltre, elimina la necessità di utensili ed è più adatta alla realizzazione di componenti dal design complesso.
Fusione sotto vuoto
La colata sotto vuoto, o colata di poliuretano/uretano, prevede l'utilizzo di stampi in silicone e resine per realizzare una copia di un modello master. Il processo di prototipazione rapida è adatto alla creazione di materiali plastici di alta qualità. Inoltre, le copie sono utili per visualizzare idee o risolvere problemi di progettazione.
Applicazioni industriali della lavorazione CNC della plastica
La lavorazione CNC della plastica è ampiamente applicabile grazie a vantaggi quali accuratezza, precisione e tolleranze ristrette. Le applicazioni industriali più comuni del processo includono:
Industria medica
La lavorazione CNC della plastica è attualmente applicabile alla produzione di componenti medicali come protesi e cuori artificiali. Il suo elevato grado di precisione e ripetibilità consente di soddisfare i rigorosi standard di sicurezza richiesti dal settore. Inoltre, offre una miriade di opzioni di materiali e consente di produrre forme complesse.
Componenti per autoveicoli
Progettisti e ingegneri automobilistici utilizzano la lavorazione CNC della plastica per realizzare componenti e prototipi automobilistici in tempo reale. La plastica è ampiamente utilizzata nel settore per la realizzazione di componenti in plastica CNC personalizzati, come i cruscotti, grazie alla sua leggerezza, che riduce il consumo di carburante. Inoltre, la plastica è resistente alla corrosione e all'usura, tipiche della maggior parte dei componenti automobilistici. Inoltre, la plastica è facilmente modellabile in forme complesse.
Parti aerospaziali
La produzione di componenti aerospaziali richiede un metodo di produzione ad alta precisione e tolleranze ristrette. Di conseguenza, l'industria opta per la lavorazione CNC nella progettazione, nel collaudo e nella costruzione di diversi componenti aerospaziali. I materiali plastici sono applicabili grazie alla loro idoneità a forme complesse, alla robustezza, alla leggerezza, all'elevata resistenza chimica e al calore.
Industria elettronica
Anche l'industria elettronica privilegia la lavorazione CNC della plastica per la sua elevata precisione e ripetibilità. Attualmente, il processo viene utilizzato per la produzione di componenti elettronici in plastica lavorati a CNC, come involucri per cavi, tastiere per dispositivi e schermi LCD.
Quando scegliere la lavorazione CNC della plastica
Scegliere tra i numerosi processi di produzione della plastica sopra descritti può essere difficile. Di conseguenza, ecco alcune considerazioni che possono aiutarti a decidere se la lavorazione CNC della plastica sia il processo migliore per il tuo progetto:
Se il prototipo in plastica è progettato con tolleranza stretta
La lavorazione CNC della plastica è il metodo migliore per realizzare componenti con design che richiedono tolleranze ristrette. Una fresatrice CNC convenzionale può raggiungere tolleranze ridotte di circa 4 μm.
Se il prototipo in plastica richiede una finitura superficiale di qualità
La macchina CNC offre una finitura superficiale di alta qualità, rendendola adatta se il progetto non richiede un ulteriore processo di finitura superficiale. A differenza della stampa 3D, che lascia segni di stratificazione durante la stampa, questo è il motivo per cui è stata progettata.
Se il prototipo in plastica richiede materiali speciali
La lavorazione CNC della plastica può essere utilizzata per produrre componenti da un'ampia gamma di materiali plastici, compresi quelli con proprietà speciali come la resistenza alle alte temperature, l'elevata resistenza meccanica o l'elevata resistenza chimica. Questo la rende la scelta ideale per la creazione di prototipi con requisiti specifici.
Se i tuoi prodotti sono in fase di test
La lavorazione CNC si basa su modelli 3D, facili da modificare. Poiché la fase di test richiede continue modifiche, la lavorazione CNC consente a progettisti e produttori di creare prototipi funzionali in plastica per testare e risolvere eventuali difetti di progettazione.
· Se hai bisogno di un'opzione economica
Come altri metodi di produzione, la lavorazione CNC della plastica è adatta alla produzione di componenti a costi contenuti. Le materie plastiche sono meno costose dei metalli e di altri materiali, come i compositi. Inoltre, il controllo numerico computerizzato è più preciso e il processo è adatto a progetti complessi.
Conclusione
La lavorazione CNC della plastica è un processo ampiamente accettato a livello industriale grazie alla sua precisione, velocità e idoneità alla produzione di componenti con tolleranze ristrette. Questo articolo illustra i diversi materiali compatibili con il processo di lavorazione CNC, le tecniche disponibili e altri aspetti che possono essere utili per il vostro progetto.
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Data di pubblicazione: 13-11-2023