Cos'è lo stampaggio a compressione?

In questo articolo esamineremo cos'è lo stampaggio a compressione , le caratteristiche principali degli stampi utilizzati, i tipi di materiali compatibili e i vantaggi e gli svantaggi del processo. Analizzeremo anche i numerosi casi d'uso dello stampaggio a compressione e lo confronteremo con altri processi di stampaggio. Continuate a leggere per scoprire uno dei processi di stampaggio più antichi ancora in uso.

Cos'è lo stampaggio a compressione?

Lo stampaggio a compressione è un processo produttivo che utilizza uno stampo riscaldato su due lati, superiore e inferiore, per comprimere un materiale modellabile in una forma determinata dallo stampo stesso. Sia il calore che la pressione sono aspetti importanti del processo di stampaggio a compressione.

Il calore favorisce la fusione o la polimerizzazione del materiale utilizzato per lo stampaggio a compressione, a seconda del tipo di materiale. La pressione, ammorbidita, spinge il materiale ammorbidito a fluire uniformemente nelle cavità dello stampo.

Come suggerisce il nome, le forze di compressione sono fondamentali in questo metodo di stampaggio. Il tonnellaggio delle presse utilizzate può raggiungere le 2500 tonnellate. Lo stampaggio a compressione è un metodo di produzione eccellente per la produzione di grandi volumi.

Il processo di stampaggio a compressione

Il processo di stampaggio a compressione presenta alcune varianti a seconda del tipo di materiale utilizzato. Tuttavia, il processo principale può essere suddiviso in sei fasi fondamentali.

Passaggio 1: preparare la macchina per lo stampaggio

Esistono diversi tipi di attrezzature per lo stampaggio a compressione , ma ognuna deve essere preparata in qualche modo prima dell'inizio di un ciclo di produzione. Ciò può includere azioni come:

• Pulizia dello stampo
• Spruzzare a agente rilasciante 
• Accendere il fuoco e preriscaldare lo stampo
• Posizionamento di inserti, ecc.

Queste azioni sono essenziali e saltare un passaggio potrebbe comportare il danneggiamento o il difetto di una parte.

Passaggio 2: misurazione e caricamento del materiale in entrata

La quantità di materiale plastico utilizzata nello stampaggio a compressione deve essere misurata con precisione. Ciò contribuisce a garantire la coerenza tra i prodotti. Un eccesso di materiale nello stampo può causare diversi problemi, tra cui:

• Quantità eccessive di flash che devono essere eliminate
• Sfide di sformatura
• Stampi danneggiati
• Precisione dimensionale bassa

D'altra parte, una quantità insufficiente di materiale può comportare la realizzazione di un pezzo con una densità inadeguata , una scarsa qualità superficiale o addirittura la presenza di sezioni mancanti.

Una volta misurata la quantità corretta di materiale, questo viene inserito nella cavità dello stampo. Il materiale di stampaggio può essere preriscaldato prima di essere inserito nello stampo. Ciò può contribuire a ridurre i tempi di ciclo.

Passaggio 3: chiusura dello stampo/compressione del materiale

Una volta posizionato il materiale, lo stampo viene chiuso per applicare la compressione che spinge il materiale in ogni parte della cavità dello stampo. In questa fase è possibile anche applicare calore allo stampo per ammorbidire il materiale o per favorire la polimerizzazione dei materiali termoindurenti.

La chiusura dello stampo avviene a una velocità predeterminata per ridurre i tempi di ciclo. La velocità, tuttavia, non deve essere eccessiva, altrimenti il ​​materiale potrebbe fuoriuscire dalla cavità dello stampo.

Passaggio 4: polimerizzazione o raffreddamento

Dopo la chiusura dello stampo, il materiale viene mantenuto in posizione per un certo periodo di tempo, in genere da 1 a 5 minuti. Nel caso di una plastica termoindurente, durante questo periodo il materiale subisce un processo di polimerizzazione. La polimerizzazione è il processo in cui si verifica la reticolazione del polimero, che porta alla formazione di un pezzo solido con proprietà specifiche.

Nel caso dei materiali termoplastici , il pezzo formato all'interno dello stampo viene raffreddato durante questo periodo fino a quando non è sufficientemente duro da poter essere rimosso senza danneggiarsi.

Passaggio 5: sformatura

Durante questa fase, lo stampo viene aperto e il pezzo solido viene estratto. Perni di espulsione e altri sistemi meccanici possono facilitare questa operazione. In alcuni casi, l'estrazione dallo stampo può essere effettuata manualmente.

Alcuni componenti presentano un processo di sformatura più complesso rispetto ad altri. Ad esempio, per un componente stampato con l'ausilio di inserti, questi ultimi devono essere rimossi in una fase successiva del processo di sformatura.

Passaggio 6: post-elaborazione

Dopo essere stato estratto dallo stampo, un pezzo potrebbe necessitare di ulteriori passaggi prima di essere considerato pronto. La rimozione del materiale in eccesso o delle bave è una procedura comune in questa fase. Altri pezzi potrebbero richiedere un trattamento termico per ridurre le tensioni interne o una pulizia.

Progettazione di stampi nello stampaggio a compressione

Il successo nello stampaggio a compressione inizia con la progettazione dello stampo giusto per il pezzo da realizzare. I principi meccanici dello stampaggio a compressione impongono determinate limitazioni alle caratteristiche che un pezzo può avere. È importante essere consapevoli di questi limiti per garantire che il pezzo progettato possa essere prodotto.

Scegli un livello di complessità raggiungibile

Le macchine per lo stampaggio a compressione possono essere utilizzate per stampare pezzi con design complessi , ma ciò rende il processo più difficile.

Un design complesso può aggiungere diverse fasi al processo. Tali design possono anche rendere più difficile il flusso del materiale e il suo raggiungimento di ogni parte dello stampo. Le fasi aggiuntive si traducono in cicli di produzione più lunghi e costi maggiori, mentre un flusso di materiale inadeguato può causare difetti nel pezzo.

Il progettista di stampi deve possedere l'esperienza necessaria per ideare un progetto che permetta di realizzare componenti complessi senza ridurre significativamente la producibilità del pezzo finale.

Semplifica l'espulsione delle parti

La facilità di espulsione dei pezzi deve essere considerata in fase di progettazione, poiché i pezzi difficili da espellere possono presentare i seguenti problemi :

• Tempi di ciclo lunghi
• Finitura superficiale scadente
• Rottura durante l'espulsione

Due fattori che facilitano l'espulsione delle parti sono l'utilizzo degli angoli di sformo nella progettazione dello stampo e l'evitare i sottosquadri. 

Scegli uno spessore di parete appropriato

Sia le pareti spesse che quelle sottili possono rappresentare un problema per i pezzi stampati. Le pareti spesse sono soggette alla formazione di vuoti interni. Ciò è causato dal raffreddamento molto più rapido delle sezioni esterne delle pareti rispetto a quelle interne.

Le pareti sottili non hanno la resistenza necessaria per sopportare le forze deformanti indotte dalle variazioni di temperatura. Sono più soggette a deformazioni o distorsioni durante il raffreddamento del componente.

Queste difficoltà implicano che la progettazione dello stampo debba prevedere uno spessore ottimale delle pareti, in base alle esigenze strutturali del pezzo e al flusso del materiale. Le nervature vengono spesso utilizzate per ottenere pezzi resistenti senza sezioni a parete spessa.

Considera il materiale

Materiali diversi si comportano in modo diverso durante il processo di stampaggio a compressione. Alcuni materiali non scorrono con la stessa facilità di altri. Altri si riscaldano o si raffreddano più lentamente o più velocemente. Alcuni materiali possono anche espandersi o contrarsi durante determinate fasi del processo.

La progettazione dello stampo deve tenere conto di questi fattori per evitare la produzione di pezzi difettosi o con dimensioni errate.

Progettare per durare

Lo stampaggio a compressione è classificato come un metodo di produzione ad alto volume . Ciò significa che lo stampo utilizzato deve durare a lungo ed essere impiegato per la produzione di molti pezzi.

Per garantire che ciò avvenga, lo stampo deve essere progettato in modo da ridurre al minimo gli effetti dannosi delle alte temperature e pressioni.

Le parti dello stampo più soggette a danni dovrebbero essere progettate in modo da essere facilmente riparabili. Ciò ridurrà i tempi di inattività nel caso in cui queste parti debbano essere sostituite o riparate.

Materiali per lo stampaggio a compressione

Lo stampaggio a compressione è uno dei pochi processi produttivi in ​​grado di lavorare sia con materiali termoindurenti che termoplastici . Ciò amplia notevolmente la gamma di prodotti realizzabili con questo processo. Alcuni dei materiali comunemente utilizzati oggi includono silicone, resina epossidica e HDPE.

Silicone

Il silicone è un materiale elastomerico straordinario che sta sostituendo la gomma naturale in molte applicazioni. Offre una migliore resistenza alle alte temperature e ottime prestazioni come isolante. È inoltre più durevole della gomma e può essere utilizzato sia in ambito medico che alimentare.

Il silicone è ideale per lo stampaggio a compressione perché scorre facilmente , permettendogli di riempire bene gli stampi. Il silicone è comunemente utilizzato per produrre guarnizioni, sigilli e componenti di apparecchiature mediche.

PU

Il PU, noto anche come poliuretano , viene utilizzato per realizzare componenti con elevata resistenza agli urti, all'abrasione e alla tenacità. A seconda della formulazione, un componente in PU può presentare diverse caratteristiche fisiche.

Questo termoindurente scorre facilmente e, tramite stampaggio a compressione, può essere utilizzato per realizzare ruote, guarnizioni, rulli, ecc.

HDPE

Il polietilene ad alta densità è un materiale termoplastico che fonde facilmente e scorre bene allo stato fuso. Può essere utilizzato per lo stampaggio a compressione di componenti piuttosto complessi. Questo materiale presenta un'ottima stabilità dimensionale e resistenza agli urti.

Lo stampaggio a compressione viene utilizzato per la produzione di parti in HDPE per applicazioni industriali e automobilistiche.

Epoxy

I componenti in resina epossidica indurita sono molto resistenti e durevoli. Possono essere utilizzati per l'isolamento elettrico e persino per componenti aerospaziali. Allo stato non indurito, la resina scorre facilmente e riempie bene le cavità degli stampi.

Le parti epossidiche possono resistere alle alte temperature e hanno un'eccellente stabilità dimensionale.

PTFE

Il politetrafluoroetilene (PTFE ) presenta eccellenti proprietà antiaderenti ed è anche altamente resistente agli agenti chimici. Il PTFE è un buon materiale per lo stampaggio a compressione perché scorre facilmente . Cuscinetti, guarnizioni e componenti per l'isolamento elettrico possono essere tutti stampati utilizzando il PTFE.

Confronto con altri processi di stampaggio

Lo stampaggio a compressione e lo stampaggio a iniezione vengono spesso messi a confronto perché entrambi i processi utilizzano stampi. Sebbene vi sia una notevole sovrapposizione, questi due metodi di produzione sono significativamente diversi e solitamente rispondono a esigenze produttive differenti.

Stampo aperto o chiuso

Lo stampaggio a compressione utilizza un design a stampo aperto. Il materiale viene posizionato nella cavità esposta dello stampo prima che la parte superiore dello stampo si chiuda su di esso. 

D'altra parte, lo stampaggio a iniezione utilizza uno stampo chiuso . Il materiale viene iniettato in uno stampo già chiuso. Sono presenti dei canali per l'introduzione del materiale o per lo sfiato.

Design del Componente

La natura aperta degli stampi utilizzati per lo stampaggio a compressione rende questo processo ideale per la produzione di pezzi di grandi dimensioni con geometrie semplici, come ad esempio i pannelli. Componenti come i paraurti per auto possono essere facilmente realizzati con questo processo.

La natura chiusa degli stampi per stampaggio a iniezione rende questo processo eccellente per la produzione di pezzi con design più complessi. I materiali vengono introdotti nello stampo ad alta pressione, il che consente loro di fluire e assumere forme complesse.

Costo di installazione

L'allestimento di un impianto di stampaggio a iniezione tende ad essere più costoso rispetto a quello di un impianto di stampaggio a compressione. I costi degli stampi sono piuttosto elevati perché devono essere in grado di sopportare le alte pressioni del processo di stampaggio a iniezione e di controllare con precisione i parametri di processo.

Gli stampi per lo stampaggio a compressione hanno un costo inferiore, il che lo rende una scelta migliore quando i volumi di produzione sono bassi.

Tempi di ciclo

I cicli di stampaggio a compressione possono variare da uno a sei minuti. Alcuni cicli di stampaggio a iniezione, invece, possono durare anche solo due secondi.

In alcuni casi i tempi di produzione per lo stampaggio a iniezione superano il minuto, ma in genere si tratta di un processo più rapido e rappresenta un'ottima scelta per la produzione di massa.

Questa differenza nei tempi di ciclo deriva dal fatto che i processi di stampaggio a iniezione sono solitamente completamente automatizzati, mentre lo stampaggio a compressione può essere manuale, con i pezzi che necessitano di tempo per polimerizzare prima di essere estratti. Anche il caricamento dei materiali e l'estrazione dei pezzi possono essere eseguiti manualmente nello stampaggio a compressione.

Livello di precisione

Il processo di stampaggio a iniezione è molto più preciso rispetto allo stampaggio a compressione. Gli stampi utilizzati per lo stampaggio a iniezione sono realizzati con materiali molto resistenti, il che riduce la probabilità di difetti che possano compromettere la forma e le dimensioni dei pezzi.

Il livello di precisione è talmente elevato che i pezzi stampati a iniezione potrebbero non necessitare di alcuna post-lavorazione.

Opzioni materiali

Sebbene lo stampaggio a iniezione funzioni bene con molti materiali, un caso particolare dello stampaggio a compressione è la possibilità di utilizzare compound per stampaggio in massa o in fogli. Questi materiali contengono fibre tagliate e possono essere utilizzati per produrre componenti compositi.

Lo stampaggio ad iniezione non può utilizzare tali materiali e non è adatto alla realizzazione di parti costituite da materiali compositi.

Vantaggi e svantaggi dello stampaggio a compressione

Lo stampaggio a compressione è sopravvissuto per oltre un secolo. Questo grazie ai suoi vantaggi , tra cui:

• Costo degli utensili inferiore: Le attrezzature associate allo stampaggio a compressione, come le presse idrauliche, non sono complesse come quelle utilizzate per lo stampaggio a iniezione. Questo rende meno costoso avviare un'attività di stampaggio a compressione.

• Meglio per la produzione a basso volume: Il costo inferiore degli utensili per lo stampaggio a compressione lo rende migliore per bassi volumi di produzione. Questo perché sono necessari meno prodotti per raggiungere il pareggio. 

• Ottimo per oggetti di grandi dimensioni: I principali fattori limitanti in termini di dimensioni e peso dei pezzi realizzati mediante stampaggio a compressione sono il tonnellaggio e le dimensioni della pressa. Pertanto, lo stampaggio a compressione viene comunemente utilizzato per produrre parti più grandi rispetto allo stampaggio a iniezione e ad altri processi.

• Sono possibili inserti: Lo stampaggio a inserti è lo stampaggio di un materiale su un altro. Ciò è possibile con lo stampaggio a compressione se vengono utilizzati i metodi e gli strumenti giusti.

• Parti forti: Lo stampaggio a compressione produce parti dense e piuttosto robuste, grazie alle elevate forze di compressione utilizzate.

• Compatibilità materiale: Lo stampaggio a compressione è compatibile con molti tipi diversi di materiali, compresi i compositi impregnati di fibre.

Questo metodo di produzione non è sempre adatto ad alcuni prodotti. Gli svantaggi dello stampaggio a compressione includono:

• Complessità della parte: Il livello di complessità raggiungibile mediante stampaggio a compressione non è scarso, ma non può competere con lo stampaggio a iniezione e alcuni altri processi.

• Tempi di produzione: I tempi di produzione per lo stampaggio a compressione sono più lunghi di quelli per lo stampaggio ad iniezione.

• Post produzione: Senza le giuste misure, la sbavatura può rappresentare un problema significativo nello stampaggio a compressione. Questo materiale in eccesso deve essere rifilato e questo passaggio aggiuntivo può essere costoso.

Le applicazioni dello stampaggio a compressione

Lo stampaggio a compressione può essere utilizzato per realizzare un'ampia gamma di parti da polimeri termoplastici e termoindurenti. Alcuni esempi di questi sono:

• Parti elettriche: Prese, frontalini, interruttori e altri componenti elettrici possono essere realizzati utilizzando lo stampaggio a compressione.

• Dispositivi elettronici: Con questa tecnica è possibile realizzare parti di tastiere, controller di gioco, ecc.

• Parti automobilistiche: Pannelli di grandi dimensioni e altre parti di veicoli possono essere realizzati utilizzando lo stampaggio a compressione. 

• Parti di dispositivi medici: Le maschere respiratorie e altri dispositivi medici sono realizzati mediante stampaggio a compressione.

Conclusione

Lo stampaggio a compressione non ha la stessa sofisticatezza dello stampaggio a iniezione, ma rimane il metodo migliore per realizzare determinate tipologie di prodotti.

Questo processo produttivo è semplice e i materiali vengono addirittura caricati manualmente nello stampo. Nonostante la sua semplicità, permette di realizzare prodotti con un'elevata resistenza e una buona finitura superficiale , ed è in grado di gestire anche geometrie complesse.

Lo stampaggio a compressione è oggi compatibile con molti materiali termoindurenti e termoplastici e i suoi prodotti vengono impiegati in numerosi settori. 

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