Lavorazione della plastica CNC

I materiali plastici sono un componente fondamentale in diverse industrie di fabbricazione grazie alle loro proprietà versatili, tra cui quelle meccaniche, chimiche e biologiche, combinate con la loro abbondanza e diversità. Inoltre, il processo di conversione della plastica grezza in prototipi e assemblaggi funzionali è relativamente veloce rispetto alle tecniche di lavorazione convenzionali.

Uno dei metodi principali utilizzati è la produzione sottrattiva di plastica, nota anche come Lavorazione della plastica CNC.Questo articolo illustra le basi di lavorazione cnc della plasticaI processi di produzione, i tipi, le considerazioni, le specifiche e la comprensione completa di questi processi e del loro potenziale per migliorare la produzione.

Che cos'è la lavorazione della plastica?

 Sebbene la "lavorazione" sia comunemente associata a precisi processi sottrattivi per i metalli, approcci simili possono essere modificati per le materie plastiche, ma con alcune differenze. Lavorazione della plastica CNC comprende l'uso di torni, frese, macchine da taglio, trapani, smerigliatrici e altri macchinari controllati per produrre pezzi o prodotti con specifiche esatte.

Queste macchine sono utilizzate anche per la lavorazione dei metalli, ma le materie plastiche hanno proprietà di lavorazione molto diverse. Ad esempio, i metalli hanno temperature di fusione specifiche, mentre le materie plastiche presentano un'espansione amorfa in un ampio intervallo di temperature. Il plastica lavorata a CNC come materiali ibridi hanno maggiori probabilità di strisciare, scheggiare, fondere, spaccare e in generale hanno una maggiore variabilità durante la lavorazione rispetto ai metalli.

Le diverse varianti richiedono tecniche di lavorazione avanzate per le materie plastiche, il che significa che l'equilibrio tra selezione del materiale, tecniche di manipolazione, utensili appropriati e fattori di stabilizzazione deve essere mantenuto con attenzione per ottenere risultati ottimali.

Diversi tipi di processi di lavorazione della plastica:

La plastica può essere lavorata con diversi metodi di lavorazione. Vediamo in breve le tecniche di lavorazione più diffuse nell'industria della plastica;

Foratura della plastica:

La foratrice è una delle principali macchine utensili utilizzate per praticare fori cilindrici e passanti nei materiali. Inoltre, la foratura genera più calore rispetto ad altri processi di lavorazione, il che a volte può essere un problema per le materie plastiche sensibili al calore.

L'eccessivo calore nelle materie plastiche può portare a scheggiature, superfici ruvide e, in generale, a una scarsa qualità della lavorazione, il che sottolinea l'importanza delle strategie di riduzione del calore. Questa riduzione si ottiene attraverso un'attenta considerazione di molti fattori, tra cui la velocità di taglio, l'avanzamento, il design degli utensili, i materiali da taglio, i refrigeranti e l'affilatura delle punte per ridurre al minimo l'attrito indesiderato. Ecco alcune linee guida generali per la foratura delle materie plastiche:

Ecco alcune linee guida generali per la foratura delle materie plastiche:

1. Per le punte, scegliere angoli di torsione compresi tra 9° e 18° e angoli di punta compresi tra 90° e 118°, per facilitare la rimozione dei trucioli e la dissipazione del calore durante la foratura.
2. La pratica di rimuovere la punta dal foro a intervalli regolari aiuta a evitare l'accumulo di trucioli e calore eccessivo.
3. Assicuratevi che la punta del trapano sia affilata; l'uso di punte smussate o non correttamente affilate può causare stress e accumulo di calore.
4. Sebbene le punte in acciaio ad alta velocità siano adatte alla maggior parte delle materie plastiche, i materiali abrasivi possono richiedere l'uso di punte in carburo, diamante o altre punte ad alta durezza, con velocità ridotte per ottenere i migliori risultati.

Plastica Filettatura/filettatura:

Filettatura in plastica del prototipo

La filettatura o maschiatura è il processo di creazione di filetti nel materiale per consentire l'utilizzo di elementi di fissaggio come viti o bulloni. A differenza del metallo, che tiene bene la filettatura, la plastica è sensibile all'intaglio ed è soggetta a strappi durante la filettatura a passo fine. Le fustelle non sono l'opzione migliore per la filettatura della plastica, poiché devono essere tagliate di nuovo quando vengono rimosse.

La filettatura in plastica viene solitamente tagliata con frese per filettare, in particolare con quelle a doppia dentatura per evitare sbavature, e con un ampio margine di lavorazione. Ecco alcune linee guida generali per la filettatura/filettatura della plastica:Ecco alcune linee guida generali per la filettatura/filettatura della plastica:

1. Pensate di utilizzare inserti filettati in metallo nei fori passanti in plastica, in modo da evitare del tutto le filettature in plastica.
2. Per le filettature in plastica, utilizzare un inserto in metallo duro per la filettatura a punto singolo e prendere più 0. 001" è l'ultima frase.
3. I refrigeranti possono bloccare l'espansione del filo e ridurre gli effetti del calore durante il processo di filettatura.
4. Assicurarsi che gli strumenti utilizzati per la filettatura della plastica siano affilati e non utilizzare gli strumenti utilizzati per tagliare il metallo.

Fresatura della plastica:

Le fresatrici utilizzano una fresa rotante che viene spostata ad alta velocità per rimuovere il materiale da un pezzo fermo lungo gli assi X, Y e Z. Le fresatrici CNC, gestite da sofisticati computer, garantiscono un'elevata precisione con un basso livello di intervento umano.

La fresatura della plastica richiede un metodo diverso rispetto alla fresatura del metallo, a causa delle vibrazioni del mandrino che provocano segni di sfregamento e movimenti del pezzo. Gli operatori superano questo problema utilizzando sistemi a vuoto, morsetti di fissaggio o nastri biadesivi per tenere in posizione il pezzo in plastica.

Inoltre, la fresatura della plastica prevede la fresatura verso il basso (fresatura in salita), in cui la rotazione della fresa avviene nella stessa direzione del movimento di avanzamento. Ecco alcune regole generali per le fresature cnc.

1. Pulire il piano di lavoro e il pezzo da lavorare per ottenere un migliore incollaggio.
2. Non stringere troppo il pezzo da lavorare per non deformare il materiale e non farlo molleggiare.
3. Per i tagli di finitura, utilizzare frese a 2 o 4 eliche; per i tagli di sgrossatura vanno bene le frese standard, a seconda del materiale.
4. Quando si fresano tasche interne, evitare gli angoli interni taglienti e le aree di stress o utilizzare frese con angoli arrotondati.

Tornitura di plastica:

La tornitura è un processo che consiste nel far ruotare il pezzo attraverso il tornio e nel modellarlo con gli utensili fissi. Per ridurre al minimo la distruzione del materiale si può applicare la misura preventiva della gestione del calore. Ecco alcune regole generali per la tornitura delle materie plastiche:

Ecco alcune regole generali per la tornitura delle materie plastiche:

1. Gli inserti in metallo duro per la tornitura sono l'opzione migliore e cercano di ottenere superfici lucide per ridurre l'attrito e l'accumulo di materiale.
2. Utilizzare angoli di scarico generosi e un'inclinazione posteriore negativa per evitare un'usura eccessiva.
3. Variare la velocità di avanzamento in base alla rigidità della plastica, che di solito è compresa tra 0,004 e 0,010 pollici al giro.
4. In primo luogo, selezionare una larghezza dell'utensile inferiore al diametro minimo del componente e assicurarsi che l'utensile sia affilato e fresco per ottenere i migliori risultati.

Taglio della plastica:

Segare significa tagliare i materiali in pezzi più piccoli attraverso una sega a nastro, una sega da tavolo o un'attrezzatura specializzata. Il calore delle lame della sega deve essere gestito in modo efficace.

Ecco alcune regole generali per segare la plastica:

1. Le seghe a nastro sono realizzate per tagli dritti e continui, mentre le seghe da banco sono utilizzate per tagliare materiali più spessi.
2. Per ridurre al minimo l'accumulo di calore, utilizzare lame con angoli di inclinazione ridotti e con un rivestimento in plastica.
3. Le lame con punta in carburo di tungsteno dovrebbero essere utilizzate quando la plastica è sottile, mentre le lame circolari a rettifica cava sono la scelta migliore per le plastiche più spesse.
4. Per un taglio perfetto si consigliano lame sottili e affilate.

Quali sono le considerazioni da fare per la lavorazione della plastica?

La stabilità dimensionale, il controllo dell'espansione termica e la gestione dell'assorbimento dell'umidità sono i problemi principali da tenere in considerazione durante la lavorazione delle materie plastiche.  È necessario evitare la distorsione, quindi l'alleggerimento delle tensioni e la ricottura frequente sono di grande importanza.

Il condizionamento dei materiali attraverso il processo di essiccazione per raggiungere il livello di umidità di equilibrio aiuterà a evitare ulteriori distorsioni. La capacità di mantenere costante la temperatura attraverso un raffreddamento regolare, di assecondare l'espansione termica e di lavorare in ambienti a temperatura controllata è l'elemento principale che consente di mantenere lo stesso livello di tolleranze.

Lavorazione per tentativi ed errori:

Lo stampaggio di materie plastiche è un processo strettamente legato alla vulnerabilità del materiale ai cambiamenti dell'ambiente. Ad esempio, un pezzo lavorato può subire variazioni dimensionali quando viene spostato da un luogo a un ambiente diverso. Per ottenere i migliori risultati possibili, è necessario far coincidere il più possibile l'ambiente di lavorazione con quello di lavoro del pezzo.

Tuttavia, per raggiungere la perfezione, di solito è necessario procedere per tentativi ed errori. Questo riguarda l'ottimizzazione degli avanzamenti e delle velocità della macchina, che è il fattore più critico che determina il prodotto finale. All'inizio, gli avanzamenti e le velocità della macchina vengono mantenuti elevati e poi, dopo ogni ciclo, vengono gradualmente modificati per consentire l'ottimizzazione dei trucioli e una lavorazione fluida senza problemi di utensili.

Selezione del materiale e tecnica di lavorazione:

Il risultato della lavorazione della plastica è determinato da alcuni fattori, che sono molto importanti. Le strutture di supporto, la gestione delle vibrazioni, l'affilatura degli utensili e i requisiti specifici del materiale sono i fattori principali che determinano la qualità dei pezzi in plastica. I difetti più comuni, come bave, cricche e segni di sfregamento, sono associati alle materie plastiche a bassa rigidità. L'applicazione di queste tecniche permette di superarli.

Il processo di lavorazione e il materiale sono inoltre supportati dall'aggiunta di supporti dove necessario e dalla preparazione delle superfici con una finitura liscia e a basso attrito prima della lavorazione. Il processo di lavorazione della plastica è spesso considerato un'arte, poiché la personalizzazione è uno dei compiti chiave che sottolinea l'importanza di un supporto adeguato del materiale selezionato e di un particolare processo di lavorazione.

Sicurezza:

La questione più importante per la sicurezza dell'operatore è la prevenzione di qualsiasi rischio per la salute che possa essere collegato al materiale durante la lavorazione della plastica. Le materie plastiche emettono sostanze tossiche quando il calore è superiore a quello richiesto e questo rappresenta una minaccia per gli operatori. L'inalazione di particelle di plastica può causare irritazioni agli occhi, all'apparato respiratorio e al sistema gastrointestinale quando vengono ingerite. Per garantire la sicurezza:

●       Indossare dispositivi di protezione personale come occhiali, guanti e maschere.

●       Assicurarsi che il sistema di ventilazione dell'area di lavorazione sia in buono stato.

●       Seguire le linee guida per la sicurezza, come la pulizia regolare e il divieto di introdurre cibo, bevande e tabacco nell'area di lavoro.

●       Sviluppare protocolli di sicurezza per prevenire i rischi derivanti dalla lavorazione delle materie plastiche.

Applicazioni di lavorazione della plastica:

L'ambito di utilizzo della lavorazione della plastica è estremamente ampio e si ritrova in quasi tutti i settori dell'industria moderna. Sebbene il campo di applicazione sia ampio, la lavorazione della plastica si rivela particolarmente vantaggiosa per alcuni mercati.

Ecco una breve panoramica di alcune applicazioni chiave:

●       Prototipazione e sviluppo del prodotto per l'immediato e il test.

●       Progettare e fabbricare attrezzature per il trattamento delle sostanze chimiche altamente resistenti alla corrosione e durevoli.

●       La biocompatibilità e la sterilizzabilità della plastica la rendono un materiale ideale per la fabbricazione di strumenti biomedici e farmaceutici. 

●       Ricerca fotonica per elementi e dispositivi ottici.

●       Produzione di semiconduttori per la produzione di parti e componenti con finalità specifiche. 

●       Utilizzo in laboratorio della creazione di attrezzature e apparecchiature personalizzate.

●       Produzione tessile per la realizzazione di parti e componenti meccanici.

Plastica di grado ingegnerizzato per la lavorazione CNC 

La gamma di lavorabilità delle materie plastiche è molto ampia, perché ognuna di esse ha caratteristiche particolari e può essere utilizzata in settori diversi. Il nylon, ad esempio, è un materiale con caratteristiche meccaniche speciali, che può essere impiegato al posto dei metalli in casi specifici. Di seguito sono elencate le plastiche più comuni per la lavorazione personalizzata della plastica:

ABS (acrilonitrile butadiene stirene):

L'ABS è un materiale CNC leggero che presenta eccellenti caratteristiche di resistenza agli urti, robustezza e lavorabilità. Tuttavia, l'ABS è un materiale con molte proprietà meccaniche favorevoli, ma è chimicamente instabile e sensibile a grassi, alcoli e solventi chimici. Inoltre, l'ABS puro non può essere considerato termicamente stabile perché è infiammabile anche in condizioni semi-termiche.

Pro:

●       Leggerezza e robustezza meccanica.

●       Il materiale è estremamente lavorabile e quindi perfetto per la prototipazione rapida.

●       Il basso punto di fusione è il vantaggio principale di una serie di metodi di prototipazione rapida.

●        Elevata resistenza alla trazione e lunga durata.

●       Efficiente dal punto di vista dei costi.

Contro: 

●       I fumi caldi della plastica vengono emessi in presenza di calore; è necessaria un'adeguata ventilazione.

●       Il basso punto di fusione può causare deformazioni durante la lavorazione CNC a causa del calore generato.

Applicazioni:

L'ABS è molto popolare per i servizi di prototipazione rapida in termoplastica ingegneristica ed è utilizzato nell'industria elettrica e automobilistica per parti come i tappi delle tastiere, le custodie elettroniche e le parti del cruscotto dell'automobile. Stampaggio a iniezione di ABS Il processo di lavorazione sarà una delle opzioni migliori.

Nylon (poliammide):

Il nylon, o poliammide, è una plastica a basso attrito, resistente agli urti, agli agenti chimici e all'abrasione. Le eccezionali proprietà meccaniche, come la resistenza, la durata e la durezza del materiale, lo rendono adatto alla lavorazione CNC e gli conferiscono un vantaggio competitivo nella produzione di componenti per il settore automobilistico e medicale. se si necessita di un elevato volume di pezzi in nylon, utilizzare stampaggio a iniezione di nylon Il processo di produzione di un'unità di misura risparmierà.

Pro:

●       Eccellenti proprietà meccaniche con grande resistenza alla trazione.

●       Leggero ed economico.

●       Resistente al calore e alle sostanze chimiche.

●       Adatto per applicazioni in cui la tenacità e la resistenza agli urti sono i requisiti principali.

Contro:

●       Bassa stabilità dimensionale.

●       Suscettibile all'assorbimento di umidità.

●       Non è resistente agli acidi minerali forti.

Applicazioni:  

Il nylon è un tecnopolimero termoplastico ad alte prestazioni, utilizzato per la prototipazione e la produzione di parti reali in settori come quello medico e automobilistico. Gli elementi comprendono cuscinetti, rondelle e tubi.

Acrilico (PMMA - polimetilmetacrilato):

In generale, l'acrilico è preferito nella lavorazione cnc della plastica per le sue proprietà ottiche, la resistenza chimica e l'economicità, che lo rendono adatto a diversi settori che necessitano di componenti trasparenti o resistenti ai graffi.

Pro:

●       Leggero e altamente lavorabile.

●       Resistente agli agenti chimici e ai raggi UV.

●       Resistente ai graffi e otticamente trasparente, è adatto alle applicazioni che richiedono trasparenza.

●       Economico rispetto a materiali come il policarbonato e il vetro.

Contro:

●       Il calore, l'impatto e l'abrasione non sono molto resistenti.

●       Può incrinarsi se il carico è troppo pesante.

●       Vulnerabile alla distruzione di sostanze organiche clorurate/aromatiche.

Applicazioni:

L'acrilico viene utilizzato per sostituire materiali come il policarbonato e il vetro, rendendolo adatto ad applicazioni nell'industria automobilistica, come i tubi delle luci e le coperture degli indicatori di direzione. Viene utilizzato anche in altri settori per la produzione di pannelli solari, tettoie per serre e altro ancora.

POM (Delrin):

Il POM, comunemente chiamato Delrin, è un materiale plastico CNC che viene spesso utilizzato da molti servizi di lavorazione grazie alla sua eccellente lavorabilità. È forte e ha la capacità di resistere al calore, agli agenti chimici e all'usura. Il Delrin è disponibile in diversi gradi, con Delrin 150 e 570 che sono i più utilizzati nelle industrie per la loro stabilità dimensionale.

Pro:

●       Altamente lavorabile e con un'eccellente resistenza chimica.

●       Offre elevata stabilità dimensionale e resistenza alla trazione per una maggiore durata.

●       Disponibile in vari gradi, Delrin 150 e 570 sono le scelte più popolari per la loro stabilità dimensionale.

Contro:

●       Scarsa resistenza agli acidi e alle sostanze chimiche.

Applicazioni:

Il POM è ampiamente utilizzato in tutti i settori: nell'industria automobilistica per i componenti delle cinture di sicurezza, nelle apparecchiature mediche per le penne da insulina e nei beni di consumo per le sigarette elettroniche e i contatori d'acqua.

HDPE (polietilene ad alta densità):

Il polietilene ad alta densità possiede un'elevata resistenza alle sollecitazioni e agli acidi. In genere, offre un'eccezionale resistenza meccanica e alla trazione rispetto ad altri materiali termoplastici ingegnerizzati. Valutiamo i pro e i contro dell'HDPE.

Pro:

●       ideale per la prototipazione rapida

●       I costi sono relativamente bassi rispetto all'acrilico e al nylon.

Contro:

●       Scarsa resistenza ai raggi UV.

Applicazioni:

L'HDPE trova ampio impiego in applicazioni quali la prototipazione, la creazione di ingranaggi, cuscinetti, imballaggi, isolamento elettrico e apparecchiature mediche.

LDPE:

LDPE è un polimero plastico resistente e flessibile. Ha una buona resistenza chimica e prestazioni ottimali nelle applicazioni a bassa temperatura. Il suo utilizzo è ideale per la versatilità di modellazione di protesi e ortesi.

Pro:

●       forte, altamente elastico e resistente alla corrosione.

●       La sua bicompatibilità lo rende adatto all'uso medico.

Contro:

●       non è adatto alla resistenza alle alte temperature.

●       Bassa rigidità e resistenza strutturale.

Applicazioni:

L'LDPE si distingue nella produzione di ingranaggi personalizzati, componenti elettrici interni e parti di automobili che necessitano di lucidatura o brillantezza. Il suo basso coefficiente di attrito, l'elevata resistenza all'isolamento e la durata nel tempo lo rendono una scelta ideale per le applicazioni ad alte prestazioni.

PTFE (Teflon):

Il PTFE, comunemente chiamato Teflon, è un materiale plastico di alta qualità comunemente utilizzato nella lavorazione CNC. Si distingue per le sue proprietà meccaniche e chimiche superiori, ampiamente utilizzate in vari prodotti commerciali. Grazie al basso coefficiente di attrito e alla resistenza chimica ai raggi UV, alle sostanze chimiche e alla fatica, il PTFE è molto durevole. È famoso anche per la sua natura non adesiva ed è ampiamente utilizzato per rivestire le padelle antiaderenti.

Pro:

●       Le caratteristiche principali del PTFE sono la stabilità chimica, la resistenza ai raggi UV e il basso attrito.

●       ha proprietà antiadesive. 

Contro:

●       Le proprietà meccaniche di altri materiali sono di gran lunga migliori rispetto ad essi.

●       basso spessore in aste e piastre.

Applicazioni:

Oltre alle sue proprietà antiadesive che lo rendono utile per la produzione di padelle antiaderenti, il Teflon è utilizzato anche nella produzione di guarnizioni, semiconduttori e cerotti cardiaci.

Alternative alla lavorazione della plastica CNC

La scelta della tecnica appropriata dipende da vari fattori, quali la selezione del materiale appropriato e le specifiche dei componenti per l'uso finale.

Stampaggio a iniezione:

Lo stampaggio a iniezione è ideale per la produzione di massa di pezzi in plastica. Il suo funzionamento prevede il versamento di tecnopolimeri fusi in uno stampo o in una cavità di acciaio ad alta resistenza, per formare la forma desiderata dopo l'improvviso raffreddamento e la solidificazione.

Pro:

●       Adatto sia per la prototipazione che per la produzione di massa.

●       Economico per la progettazione di prototipi complicati.

●       Sono richiesti requisiti aggiuntivi come anodizzazione, lucidatura e trattamenti superficiali.

Contro:

●       I costi iniziali degli utensili sono decisamente elevati.

Stampa 3D:

La stampa 3D, comunemente chiamata produzione additiva, è un metodo di prototipazione molto diffuso che utilizza tecnologie come la stereolitografia (SLA), la modellazione a deposizione fusa (FDM) e la sinterizzazione laser selettiva (SLS) per lavorare materiali termoplastici come nylon, PLA, ABS e ULTEM in forme di prototipi 3D.

Pro:

●        Prototipazione rapida senza necessità di utensili.

●        Ideale per progetti complessi e produzioni su piccola scala.

●        Lo spreco di materiale è minore rispetto alla lavorazione.

Contro:

●       Le restrizioni nella scelta dei materiali e delle proprietà meccaniche.

●       La lenta velocità di produzione per i progetti su larga scala.

Sia lo stampaggio a iniezione sia la stampa 3D sono scelte fattibili per lavorazione cnc della plastica, Ognuno di essi presenta vantaggi e limiti che dipendono dalle esigenze specifiche del progetto.

Colata sotto vuoto

La colata sotto vuoto, identificata anche come colata di poliuretano, utilizza stampi e resine siliconiche per replicare un modello master. Questo metodo di prototipazione rapida è ideale per produrre copie in plastica di alta qualità, utili per visualizzare le idee e identificare i difetti di progettazione durante il processo di risoluzione dei problemi.

Principali risultati da trarre

Questo articolo fornisce una breve descrizione della lavorazione delle materie plastiche, includendo la sua definizione, i processi, i settori in cui viene utilizzata e le modalità di funzionamento. Per una comprensione più approfondita degli argomenti correlati, si prega di consultare le nostre altre guide o di utilizzare per trovare potenziali fonti di approvvigionamento e dettagli sui prodotti il sito  i nostri servizi di lavorazione della plastica.