Stampaggio a iniezione

Lo stampaggio a iniezione è la tecnica con cui si produce la maggior parte degli oggetti in plastica che usi ogni giorno, dai componenti dell’auto agli involucri dell’elettronica fino ai tappi e ai giocattoli. È così diffusa perché, una volta pronto lo stampo, sforna lo stesso pezzo migliaia di volte con quote ripetibili e a un costo per pezzo che cala man mano che salgono i volumi.

In questa pagina ti spieghiamo come funziona davvero il processo: le fasi del ciclo, i parametri che contano, i materiali e i difetti tipici. Lo facciamo da una posizione un po’ particolare. In FPM lo stampaggio a iniezione non lo raccontiamo soltanto, lo pratichiamo da oltre 40 anni, e prima ancora costruiamo lo stampo da cui escono i pezzi. Quando un difetto nasce dall’utensile e non dalla pressa, ce ne accorgiamo subito, perché abbiamo le mani su entrambi.

Lo stampaggio a iniezione è un processo di produzione in cui un polimero termoplastico viene fuso e iniettato ad alta pressione dentro uno stampo che ha la forma del componente desiderato. Il materiale riempie la cavità, si raffredda e solidifica prendendo quella forma, poi viene estratto come pezzo finito. A quel punto il ciclo ricomincia, identico, decine o centinaia di volte all’ora.

L’idea è semplice, ma il risultato dipende da molti dettagli: la forma e il numero delle cavità, il punto in cui il materiale entra, il modo in cui lo stampo smaltisce il calore e i parametri con cui lavora la pressa. È l’insieme di queste scelte a separare un pezzo conforme da uno pieno di difetti. Per questo lo stampaggio a iniezione è una tecnica di precisione, non una semplice colata: lo stampo e la sua messa a punto pesano quanto la macchina.

La materia prima arriva in granuli, spesso già colorati o additivati. Si lavorano quasi solo materie plastiche termoplastiche, quelle che rammolliscono con il calore e si risolidificano raffreddandosi, un ciclo che si può ripetere. I termoindurenti e gli elastomeri hanno processi a sé.

Il ciclo si ripete sempre uguale, fase dopo fase. Conoscerle aiuta a capire dove nascono i difetti e dove si recupera tempo.

Dietro a un pezzo ben stampato c’è un equilibrio di parametri tenuti sotto controllo. Cambiarne uno sposta gli altri, ed è per questo che la messa a punto è un mestiere e non una ricetta fissa.

• Temperatura del fuso. Decide quanto bene scorre il polimero. Troppo bassa, e il materiale non riempie; troppo alta, e degrada. Ogni materiale ha la sua finestra.
• Temperatura dello stampo. Influenza il raffreddamento, la finitura superficiale, il ritiro e le tensioni interne. Sui tecnopolimeri serve uno stampo caldo, anche oltre i 100 gradi.
• Pressione e velocità di iniezione. Governano come e quanto in fretta si riempie la cavità. Una velocità sbagliata lascia striature, jetting o linee di flusso.
• Pressione e tempo di mantenimento. Compensano il ritiro nella fase di solidificazione. Sono il primo rimedio contro i risucchi.
• Tempo di raffreddamento. Spesso la parte più lunga del ciclo: determina quanti pezzi produci in un’ora e quanto sono stabili nelle quote.
• Contropressione e giri vite. Regolano l’omogeneità del fuso in fase di dosaggio.

Trovare la combinazione giusta è il lavoro della messa a punto, ed è ciò che separa una produzione costante da una piena di scarti. I valori cambiano con ogni materiale, ogni geometria e ogni stampo: l’esperienza accumulata su tanti pezzi diversi è ciò che accorcia questa fase.

Si stampa a iniezione quasi tutta la famiglia dei termoplastici, dai più comuni ai tecnopolimeri ad alte prestazioni, anche caricati con fibra di vetro per le applicazioni più esigenti. Ogni polimero ha una finestra di temperatura entro cui va portato il fuso e un ritiro con cui si contrae solidificando, da cui dipendono le quote da incidere nello stampo. Alcuni materiali, detti igroscopici (poliammide, policarbonato, ABS, PBT, PET), assorbono umidità e vanno deumidificati prima dello stampaggio, altrimenti l’acqua nei granuli genera bolle e striature.

Un buon stampaggio si vede dai pezzi che non tornano indietro. Quasi tutti i difetti nascono da uno squilibrio tra geometria del pezzo, stampo e parametri di pressa. Una cosa che diciamo spesso: un difetto nasce molte volte dallo stampo, non dalla pressa, e provare a curarlo solo coi parametri è inutile. Ecco i più frequenti, da dove arrivano e come si tengono sotto controllo.

• Risucchi. Depressioni superficiali dove il pezzo è più spesso, ad esempio sopra una nervatura. Vengono da spessori non uniformi, mantenimento troppo basso o breve, raffreddamento disomogeneo. Si prevengono uniformando gli spessori in progetto e tarando bene il mantenimento.
• Linee di giunzione. Si formano dove due fronti di materiale si reincontrano, ad esempio attorno a un foro, e non si saldano del tutto. Dipendono dalla posizione dei punti di iniezione e da temperature troppo basse. Si attenuano spostando il punto di iniezione, aggiungendo sfiati e alzando le temperature.
• Bave. Eccessi di materiale lungo la linea di divisione dello stampo. Arrivano da pressione eccessiva, forza di chiusura insufficiente o stampo usurato. Si risolvono coi parametri giusti, una pressa di tonnellaggio adeguato e la manutenzione dello stampo.
• Deformazioni e imbarcamenti. Il pezzo esce storto. La causa più frequente è un raffreddamento non uniforme unito al ritiro differenziale dei semicristallini. Si prevengono con un raffreddamento bilanciato nello stampo e una geometria che ritira in modo regolare.
• Jetting. Il materiale entra a getto e lascia un segno serpeggiante sulla superficie. Dipende da velocità di iniezione troppo alta e da un punto di iniezione mal posizionato. Si corregge riducendo la velocità iniziale e rivedendo l’entrata.
• Short shot (riempimento incompleto). La cavità non si riempie tutta. Nasce da dose o pressione insufficienti, sfiati intasati o materiale troppo freddo. Si risolve aumentando dose e pressione e migliorando gli sfiati.
• Bruciature. Macchie scure dovute all’aria intrappolata che, comprimendosi, brucia il materiale, il cosiddetto effetto diesel. Si eliminano migliorando gli sfiati e riducendo la velocità nel punto critico.

Molti di questi difetti si chiudono prima di arrivare in produzione, già in fase di progetto e collaudo dello stampo. È il motivo per cui per noi conta avere stampo e stampaggio sotto lo stesso tetto.

Lo stampaggio a iniezione è diventato lo standard per la produzione di componenti in plastica per buoni motivi. Una volta ammortizzato lo stampo, il costo del singolo pezzo è basso e scende ancora con i volumi. Rende possibili geometrie complesse, con nervature, fori e dettagli difficili da ottenere altrimenti. Offre una ripetibilità altissima, perché ogni ciclo è uguale al precedente, e lascia grande libertà sui materiali. Gli scarti, inoltre, in molti casi si rimacinano e si reintroducono.

Non è la risposta giusta per ogni caso. L’investimento iniziale nello stampo è alto, quindi per pochissimi pezzi raramente si giustifica: sotto certe quantità conviene la stampa 3D o la lavorazione dal pieno. Per i corpi cavi come flaconi e serbatoi rendono di più il soffiaggio o il rotostampaggio, e per i grandi gusci sottili la termoformatura. Ma quando devi produrre tanti componenti tecnici uguali, è difficile trovare di meglio.

Una domanda frequente è la differenza tra stampaggio a iniezione e pressofusione. La logica è la stessa, un materiale fuso iniettato in uno stampo, ma cambia la materia prima: l’iniezione lavora le materie plastiche, la pressofusione i metalli come alluminio e zama, a temperature e pressioni ben più alte. In FPM costruiamo stampi per entrambi i processi, quindi ne conosciamo da vicino somiglianze e differenze.

Rispetto alle altre lavorazioni della plastica, l’iniezione si distingue per precisione e ripetibilità. Il soffiaggio è la scelta per i corpi cavi come flaconi e bottiglie; la termoformatura parte da una lastra ed è indicata per gusci e vassoi; il rotostampaggio serve per grandi pezzi cavi prodotti in poche unità. Per i componenti tecnici di precisione in serie, però, l’iniezione resta il riferimento.

La tecnica di base ha diverse evoluzioni, che si decidono già in fase di progetto dello stampo.

• Stampaggio a inserti (insert molding). Integra nel pezzo un componente, spesso metallico (una boccola, un perno filettato), posizionato nello stampo prima dell’iniezione.
• Stampaggio bi-materiale (2K). Combina due plastiche diverse in un solo pezzo, in un’unica pressa con due gruppi di iniezione.
• Sovrastampaggio. Stampa un materiale sopra un substrato già pronto, come la parte morbida in TPE di un’impugnatura su un corpo rigido. Lo approfondiamo nella pagina sul sovrastampaggio a iniezione.
• Iniezione assistita da gas (GAIM). Un gas inerte crea canali cavi dentro il pezzo, utile per le sezioni spesse e le parti nervate.

Sono soluzioni che in un unico stampaggio danno ciò che altrimenti richiederebbe più pezzi e un assemblaggio. La scelta dipende dalla funzione del componente e dai volumi.

Conoscere la tecnica è una cosa, avere un partner che la padroneggia è un’altra. In FPM lo stampaggio a iniezione è parte di un ciclo completo: progettiamo e costruiamo lo stampo per materie plastiche, produciamo i tuoi componenti con lo stampaggio conto terzi e, quando serve, completiamo il pezzo con finiture e assemblaggio. Un solo interlocutore dal disegno alla fornitura, nella sede di Lodrino, in provincia di Brescia, con qualità verificata ISO 9001:2015.