Nel reparto progettazione di un’azienda meccanica di medie dimensioni, presso i produttori di pompe o compressori o nel settore agricolo, spesso si è in difficoltà quando per un nuovo progetto o un pezzo di ricambio urgente servono solo cinque o dieci pezzi fusi. La catena di approvvigionamento tradizionale per i pezzi fusi è pensata principalmente per grandi quantità. Quando si richiedono piccole quantità, i costi unitari salgono a livelli antieconomici a causa della necessità di realizzare modelli. I progettisti si trovano di fronte alla sfida di scegliere un processo che mantenga l’equilibrio tra precisione tecnica, risparmio di tempo e costi iniziali ragionevoli. Questa guida analizza le opzioni tecnologiche per le piccole quantità e mostra quale metodo renda la produzione economicamente vantaggiosa.
La scelta del processo è determinante per la redditività del progetto e per i tempi di realizzazione. Castfast offre a questo scopo una piattaforma digitale che permette di accedere a un’ampia rete di fonderie specializzate. Il sistema individua, sulla base dei dati del componente, quale partner e quale processo soddisfano al meglio i requisiti tecnici.
Approfitta dell’esperienza tecnica di Castfast per il tuo progetto. Carica i tuoi dati CAD e ricevi una valutazione approfondita sul metodo di produzione ottimale per la tua piccola serie.
La fusione in sabbia classica inizia nel laboratorio di modellistica. Un modello fisico in legno o plastica riproduce la geometria e crea l’impronta nella sabbia da fusione. Il costo per la realizzazione di questo modello è fisso e non dipende dal numero di pezzi che verranno prodotti in seguito. Nelle piccole serie, questo investimento si ripartisce su pochi pezzi, per cui i costi fissi per componente spesso superano il valore effettivo del materiale.
Inoltre, la realizzazione dei modelli richiede tempo. I tempi di attesa di diverse settimane rallentano lo svolgimento del progetto. Se durante la fase di collaudo emerge la necessità di modificare la geometria, ciò comporta la modifica o la ricostruzione del modello. La flessibilità è limitata non appena lo stampo esiste fisicamente. Per l’ufficio acquisti questo rappresenta un rischio, poiché le modifiche al progetto comportano costi aggiuntivi elevati.
La stampa 3D con sabbia utilizza dati CAD per costruire lo stampo, strato dopo strato, utilizzando sabbia di quarzo e legante. Non serve più alcun modello fisico. Questo processo offre una maggiore libertà tecnica, poiché non è più necessario sformare lo stampo. I sottosquadri complessi non sono più un problema nella progettazione, il che riduce il peso del componente e ne migliora le prestazioni. I progettisti possono realizzare canali per il liquido di raffreddamento o geometrie interne complesse direttamente nella fusione, senza dover pianificare complessi montaggi di anime.
Il numero di pezzi va da 1 a 20, il che elimina i costi di prototipazione.
La geometria del componente è complessa e richiederebbe operazioni di assemblaggio del nucleo molto impegnative.
Il calendario non ci permette di dedicare mesi alla realizzazione del modello.
Si tratta di pezzi di ricambio per vecchi impianti di cui non esistono più modelli fisici.
Nella fase di prototipazione sono ancora previste modifiche al design, che verranno realizzate esclusivamente in formato digitale.
Grazie all’eliminazione dei costi degli stampi, la produzione è calcolabile fin dal primo pezzo. Castfast usa questo processo per ridurre i tempi di consegna dei componenti complessi a poche settimane. Le proprietà fisiche del pezzo finito sono, in pezzi simili, pari a quelle della fusione convenzionale.
Non appena le esigenze vanno oltre la semplice fase di prototipazione e si arriva a quantità a partire da circa 20 pezzi, la redditività cambia. Una volta realizzato, un modello può essere utilizzato per numerose impronte. Il costo di ogni pezzo aggiuntivo diminuisce, poiché il processo di stampaggio è più veloce rispetto alla costruzione strato per strato nella stampante.
Le proprietà del materiale non differiscono da quelle della controparte stampata. Sia nella stampa che nel processo convenzionale si utilizzano ghisa grigia, ghisa sferoidale o alluminio. Le differenze si notano nella finitura superficiale, anche se un modello in plastica ben curato spesso presenta superfici più lisce allo stato grezzo.
La quantità ordinata supera i 20 pezzi, quindi i costi del modello si ammortizzano.
La geometria è semplice e non richiede nuclei complessi.
Il componente è destinato a una produzione in serie a lungo termine, in cui vengono ordinati regolarmente piccoli lotti.
Le dimensioni del componente superano le capacità delle comuni stampanti 3D.
Scegliere il metodo classico richiede una progettazione definitiva, dato che ogni modifica successiva al modello comporta costi aggiuntivi. Castfast valuta in modo imparziale a partire da quale punto sia economicamente conveniente passare dalla stampa alla realizzazione del modello.
Quando i componenti richiedono una finitura superficiale e una precisione dimensionale molto elevate, la microfusione è la scelta tecnicamente migliore. In questo processo si realizza un modello in cera, che viene rivestito con uno strato di ceramica. Una volta fusa la cera, rimane uno stampo estremamente preciso. Per le piccole serie, Castfast utilizza metodi moderni come la stampa dei modelli in cera. In questo modo è possibile sfruttare i vantaggi della microfusione senza dover costruire costosi stampi a iniezione per i pezzi in cera.
Questo processo è adatto a componenti che, se realizzati con la fusione in sabbia, risulterebbero troppo grossolani o richiederebbero una lavorazione meccanica di rifinitura molto complessa. Se la precisione della fusione permette di evitare alcune fasi di lavorazione alla fresatrice, la microfusione, nonostante i costi di processo più elevati, è spesso la soluzione più conveniente in termini di costo complessivo.
Per capire appieno il settore delle piccole serie, è necessario dare un’occhiata ad altre due tecnologie. La fusione in conchiglia utilizza stampi permanenti in acciaio. I costi degli stampi, però, sono così alti che questo processo non è quasi mai conveniente per le tipiche piccole serie nell’ingegneria meccanica. È la soluzione ideale per le serie medio-grandi, non appena il numero di pezzi raggiunge le migliaia. Castfast offre consulenza ai clienti in questo ambito per evitare investimenti sbagliati in costosi stampi permanenti quando il progetto non è ancora ben definito.
All’altra estremità dello spettro c’è la stampa 3D diretta in metallo (SLM/DMLS). In questo caso, la polvere metallica viene fusa direttamente tramite laser. Questo processo è indicato per componenti di dimensioni minime con requisiti estremamente rigorosi (ad esempio nel settore aeronautico o nella tecnologia medica). Per l’ingegneria meccanica in generale, però, è spesso troppo costosa. Il passaggio attraverso lo stampo in sabbia stampato e la fusione classica offre in questo caso un miglior rapporto qualità-prezzo, consentendo al contempo la libera scelta dei materiali, dall’alluminio alla ghisa grigia e sferoidale, fino all’acciaio.
Le proprietà meccaniche dipendono dal comportamento della fusione e dalla solidificazione. Un componente in ghisa sferoidale raggiunge, in una forma stampata, una resistenza simile a quella di uno modellato a mano. Dato che la sabbia dissipa il calore lentamente, i componenti si raffreddano in modo uniforme, riducendo così le tensioni. Tuttavia, è comunque necessaria una certa competenza nel posizionamento dei canali di colata per evitare la formazione di cavità all’interno.
La scelta del materiale influisce sui costi. La ghisa grigia offre buone caratteristiche di fusione a prezzi contenuti. La fusione dell’acciaio richiede temperature più elevate e tecniche di formatura specializzate. L’alluminio permette di realizzare strutture leggere, ma richiede un controllo preciso della temperatura. Quasi tutti i pezzi fusi richiedono inoltre una lavorazione meccanica delle superfici funzionali.
La dipendenza da singoli fornitori rappresenta un rischio. Castfast lo affronta grazie a una rete composta da numerosi partner. Poiché gli stampi nella stampa 3D in sabbia si basano su dati digitali, possono essere prodotti in diverse sedi con una qualità praticamente identica o simile. Se uno stabilimento è al massimo della capacità produttiva, un altro partner si fa carico dell’ordine.
Rendi più sicura la tua catena di fornitura e ottimizza i costi di approvvigionamento per le piccole serie. Castfast unisce l’ingegneria tecnica a una potente rete di fonderie per il tuo successo.
La stampa 3D con sabbia è conveniente per lotti compresi tra 1 e circa 20 pezzi. Dato che non ci sono costi per i modelli fisici in legno o plastica, il prezzo per componente rimane stabilmente basso anche per quantità minime. Per i componenti geometricamente complessi, che con i metodi tradizionali richiederebbero laboriosi assemblaggi di anime, la convenienza del processo di stampa può estendersi fino a un numero di pezzi pari a 50 unità.
La qualità del materiale è identica. Dato che entrambi i processi si basano sul principio della fusione in sabbia, negli stampi viene colata la stessa fusione. Resistenza, durezza e composizione chimica sono conformi alle norme DIN ed EN vigenti per le fusioni di ghisa, acciaio o alluminio. Le proprietà fisiche dei componenti dipendono principalmente dalla colata e dalla solidificazione, non dal tipo di stampo utilizzato.
I tempi di consegna si riducono di circa quattro-otto settimane grazie all’eliminazione della fase di modellistica. Mentre nella fusione in sabbia classica bisogna prima realizzare modelli fisici e casse di anime, la produzione con la stampa 3D in sabbia inizia subito dopo la verifica tecnica dei dati CAD. Questo permette di consegnare i primi pezzi fusi nel giro di poche settimane.
Nella stampa 3D con sabbia, le modifiche vengono apportate direttamente nel file digitale. Ogni nuova forma viene stampata sulla base del file CAD aggiornato, il che evita i costi legati alla modifica dei modelli fisici. Al contrario, la fusione classica richiede, per ogni modifica geometrica, un adattamento manuale o la ricostruzione dei modelli in legno, il che è dispendioso in termini di tempo e denaro.
Una rete garantisce la ridondanza grazie all’accesso a diverse fonderie partner con standard tecnici identici. Se uno stabilimento ha problemi di capacità o smette di funzionare, l’ordine viene trasferito senza perdite di tempo a un’altra fonderia della rete. Dato che i dati di produzione sono disponibili in formato digitale, la qualità rimane costante in ogni sede. Questo garantisce la sicurezza dell’approvvigionamento per le piccole e medie imprese anche in condizioni di mercato instabili.
