Colata sottovuoto: Panoramica della tecnologia

Questo articolo fornirà una conoscenza fondamentale sul processo di colata sottovuoto, sui materiali più adatti, i suoi vantaggi e le applicazioni.

La colata sottovuoto, anche conosciuta come fusione in uretano, è un processo di produzione utilizzato per creare piccole quantità di parti in plastica o metallo di alta qualità. Si tratta di creare uno stampo della parte desiderata e quindi iniettare plastica liquida o metallo nello stampo sotto vuoto. Questo crea una parte uniforme e dettagliata con un’eccellente finitura superficiale e precisione dimensionale.

Vediamo quali sono i fondamenti della colata sottovuoto, le sue applicazioni e i suoi limiti.

Cos’è la colata sottovuoto?

La colata è un processo produttivo in cui un materiale liquido viene versato in uno stampo e lasciato solidificare. Questa tecnica comporta l’utilizzo di un vuoto per rimuovere l’aria dallo stampo, il che aiuta a garantire che l’oggetto assuma la forma desiderata.

Questo processo viene spesso utilizzato per la fusione di parti in plastica e gomma. La colata sottovuoto viene anche impiegata molto spesso per progetti di prototipi o produzioni di piccoli lotti, in quanto può essere più veloce e meno costosa di altri metodi, come la stampa a iniezione.

Il vantaggio principale di questo processo è rappresentato dal fatto che consente un’elevata precisione e ripetibilità, rendendola una scelta ideale per applicazioni in cui occorre rispettare dimensioni precise. Consente inoltre la fusione di forme più complesse. Tuttavia, la colata sottovuoto non è adatta a tutte le applicazioni. Ad esempio, non può essere utilizzata per colare materiali sensibili al calore o alla pressione.

Parte colata sottovuoto accanto al suo stampo in silicone

Come funziona la colata sottovuoto?

La colata sottovuoto, come la stampa a iniezione tradizionale, necessita di uno stampo con una cavità sagomata simile all’oggetto finito. A differenza della stampa a iniezione, la colata sottovuoto utilizza stampi in silicone anziché in metallo duro.

Illustration of the vacuum casting process
Illustrazione del processo di colata sottovuoto (Fonte: ProtoZone)

Passo 1: Creare un modello 3D

Come con la maggior parte dei processi produttivi odierni, il primo passo è creare un modello 3D della forma desiderata. Per ottenere i migliori risultati, gli oggetti destinati alla fusione sottovuoto dovrebbero essere realizzati seguendo i principi della stampa a iniezione. Qualsiasi software di progettazione come AutoCAD, Solidworks o CATIA può essere utilizzato per questo scopo.

Passo 2: Creare un modello master

Il modello 3D viene quindi utilizzato per realizzare un modello master di alta qualità. In precedenza, per realizzarli veniva utilizzata la lavorazione CNC, ma ora la produzione additiva può svolgere il lavoro rapidamente. Con l’avvento della tecnologia di stampa 3D, il ruolo del modellista è diventato più pratico ed economico. Un modello fuso che funge da master può essere peraltro utilizzato senza ulteriori modifiche.

Passo 3: Realizzare lo stampo in silicone

Una volta sviluppato il modello master, viene fuso uno stampo. Il modello principale, completo di anime di colata, inserti e punti di uscita, viene inserito in un recipiente di colata. Il modello formato viene posizionato in un recipiente di colata sottovuoto e il silicone liquido viene versato attorno ad esso, riempiendone tutti gli spazi. Questo viene poi messo in un forno preriscaldato a 40°C per 8-16 ore dove si solidifica. La tempistica è variabile in base alle dimensioni dello stampo in silicone.

Il contenimento e la materozza vengono eliminati dopo che il silicone si è asciugato e solidificato. Infine, la cavità negativa del componente viene esposta spaccando delicatamente lo stampo con un utensile. Appiccicosità e difetti superficiali possono essere evitati con un’attenta scelta e applicazione dell’agente distaccante.

distaccante.

Passo 4: Mix

Prima della mescola, le resine poliuretaniche utilizzate per la colata vengono tipicamente riscaldate a circa 40°C. Per consentire l’utilizzo della macchina, una resina da colata bicomponente e qualsiasi colorante desiderato vengono combinati in quantità precise e versati in un recipiente. Lo stampo viene quindi riposizionato e le porte di colata vengono fissate al recipiente di miscelazione e colata.

Le resine per colata sottovuoto e i pigmenti colorati vengono accuratamente miscelati e ne viene rimossa l’aria per 50-60 sexondi durante il processo automatico di colata. Successivamente, viene creato il vuoto nello stampo e la resina viene versata all’interno. Eliminando le sacche d’aria all’interno dell’utensile, che altrimenti fungerebbero da ostacolo al flusso, la tecnologia del vuoto consente alla gravità di svolgere tutto il lavoro di riempimento dello stampo.

Passo 5: Estrazione delle parti

Dopo che la resina è stata versata all’interno dello stampo, viene riscaldata in una camera di riposo fino a quando non si polimerizza. La colata può essere estratta dallo stampo quando si è indurita. A fusione completa, possono essere rimosse le vie d’uscita e la materozza ed è possibile effettuare le eventuali ultime rifiniture.

Specifiche tecniche della colata sottovuoto

La colata sottovuoto è un processo che utilizza il vuoto per rimuovere l’aria dallo stampo. Questo lascia una superficie liscia sui pezzi fusi e si traduce in difetti minimi. Viene spesso utilizzato per piccole parti e componenti con pareti sottili. Alcune specifiche generali del processo sono le seguenti:

Materiali Si può utilizzare una vasta varietà di materiali (plastica, gomma)
Tempi di consegna 10-20 giorni
Spessore minimo della parete 0,75 mm, ma si raccomanda 1,5 mm
Quantità 1-20 per stampo
Qualità superficiale Lucida o opaca

Applicazioni generali della colata sottovuoto

La colata sottovuoto è un processo versatile con molte applicazioni in diversi settori. La capacità del processo di creare componenti complessi e precisi lo rende una scelta ideale per risultati di alta qualità.

  • Impianti medici: La colata sottovuoto viene ampiamente utilizzata nell’industria medica per realizzare parti e componenti complessi. Può essere utilizzata per realizzare impianti e protesi.
  • Industria automotive: I componenti delle auto sono spesso realizzati per colata sottovuoto grazie alla capacità del processo di creare componenti altamente dettagliati. Parti come collettori di aspirazione, sistemi di scarico e pannelli della carrozzeria possono trarre vantaggio dalla precisione e dalla ripetibilità superiore della colata sottovuoto in silicone.
  • Industria alimentare: Il processo viene spesso utilizzato per la produzione di parti complesse per l’industria alimentare. Può creare stampi, componenti di imballaggio e altre forme complesse necessarie nella catena produttiva alimentare.
  • Componenti aerospace: Questo processo può essere utilizzato per realizzare componenti aerospaziali precisi. Grazie alla sua accuratezza superiore, ripetibilità e capacità di creare dettagli complessi, componenti come condotti dell’aria, sistemi di alimentazione e persino alcune parti degli esterni degli aeroplani vengono spesso creati tramite fusione sottovuoto.
  • Beni di consumo: La colata sottovuoto può realizzare beni di consumo complessi come giocattoli e attrezzature sportive. Il processo può creare parti altamente precise che sono perfette per l’utilizzo finale.
Vacuum cast black walkie-talkies 
Walkie-talkie neri colati sottovuoto

Vantaggi della colata sottovuoto

Il processo di colata sottovuoto possiede una vasta gamma di utilizzo nel settore manifatturiero. Nell’industria, viene comunemente utilizzato per la produzione di piccoli volumi di prototipi o parti di produzione. Questo processo produttivo offre molteplici vantaggi rispetto ad altri metodi di prototipazione rapida e produzione.

  • Dettagli accurati: Un vantaggio del processo di colata sottovuoto è la sua capacità di realizzare parti con dettagli fini. Lo stampo viene formato utilizzando il modello master stampato in 3D. Il processo di stampa 3D può produrre dettagli complessi, che possono essere replicati nello stampo finale.
  • Basso costo: Un altro vantaggio della colata sottovuoto è il suo costo relativamente basso. Questo processo è molto meno costoso rispetto ad altri metodi di prototipazione rapida, come la lavorazione CNC. Questo perché bastano poche ore per realizzare uno stampo, che può essere riutilizzato più volte. La lavorazione CNC richiede strumenti e materiali costosi.
  • Precisione dimensionale: Il processo di colata sottovuoto realizza parti con un’eccellente precisione dimensionale. I componenti prodotti tramite colata sottovuoto si incastreranno perfettamente tra loro senza bisogno di fasi di post-lavorazione come levigatura o foratura.
  • Flessibilità: Fornisce un elevato grado di flessibilità progettuale. Questo perché quasi tutte le geometrie possono essere create utilizzando la stampa 3D. Di conseguenza, le parti che sarebbero impossibili da produrre utilizzando altri metodi possono essere facilmente realizzate mediante colata sottovuoto.

Limiti della colata sottovuoto

Nonostante tutti i suoi vantaggi, questo processo presenta diversi limiti che vanno considerati prima di iniziare un progetto:

  • Il processo è adatto solo per specifici materiali 
  • La qualità del prototipo può essere influenzata dal tipo di stampo utilizzato
  • Il restringimento può far sì che le parti diventino troppo sottili o troppo spesse
  • Il processo è relativamente lento, quindi potrebbe non essere adatto a cicli di produzione su larga scala
  • Il processo non è adatto per applicazioni ad alta temperatura.
Parti colorate realizzate per colata sottovuoto

Colata sottovuoto vs. stampa a iniezione

La colata sottovuoto è un’opzione eccellente se cercate un metodo rapido, semplice ed economico per realizzare parti in plastica di alta qualità. La stampa a iniezione è un altro metodo popolare per la produzione di parti in plastica. A differenza della stampa a iniezione, la colata sottovuoto non richiede un processo DFM (design for manufacturing) e consente quindi di risparmiare tempo sul progetto.

Quando si sceglie un processo di produzione, è importante considerare i requisiti di volume, le esigenze di tolleranza, i requisiti di finitura superficiale e i tempi di consegna. La colata sottovuoto è una scelta eccellente per cicli di produzione a basso volume con tolleranze ristrette e una finitura superficiale liscia. Lo stampaggio a iniezione è più adatto per cicli di produzione ad alto volume con requisiti di tolleranza meno ristretti.

Colata sottovuoto vs. stampa 3D

Il vantaggio significativo della colata sottovuoto è rappresentato dal fatto che può creare parti altamente dettagliate con superfici lisce. Tuttavia, il più grande svantaggio è che può richiedere molto tempo, soprattutto se si necessita di più copie della parte. I processi di stampa 3D, d’altra parte, realizzano parti depositando strato su strato da polvere o plastica liquida. Uno dei vantaggi più significativi della stampa 3D è che è molto più veloce della fusione sottovuoto.

Se la velocità e il costo sono le vostre priorità principali, la stampa 3D è probabilmente l’opzione migliore. Ma la fusione sottovuoto è la strada migliore se si necessita di elevata precisione e dettaglio.

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