Oggetti in materiali non elencati in uno dei nostri precedenti articoli e dunque non gestibili con tecniche di stampa 3D additiva possono essere ottenuti mediante tecniche sottrattive, come la fresatura CNC.
Tale tecnica – completamente automatizzata – è indicata per la produzione di prototipi e componenti meccanici. Attraverso l’utilizzo di controlli computerizzati e macchine utensili il blocco grezzo del materiale scelto viene fresato più e più volte fino a produrre un pezzo personalizzato. Le macchine utensili possono presentare 3, 4 o 5 assi lungo i quali si muovono le frese: più sono gli assi, maggiore è la libertà che conferiscono nella creazione di forme complesse in un’unica presa.
Vedremo nel dettaglio quali sono le caratteristiche di questa particolare lavorazione e i vantaggi nell’utilizzarla.
La prima fase consiste nella creazione di un modello 3D CAD dell’oggetto da realizzare, che servirà a fornire le istruzioni geometriche alla macchina CNC. Qualora fosse necessario includere/ ricavare delle zone di tolleranza dal pezzo desiderato, sarà utile realizzare anche un disegno 2D specifico. Nell’ambito della progettazione per la lavorazione CNC, il termine “tolleranza” rappresenta la variabilità ammissibile nelle dimensioni di un componente, un compromesso ingegneristico tra perfezione e funzionalità che permette di ottenere componenti affidabili, efficienti e convenienti da produrre, garantendo al contempo il loro corretto funzionamento all’interno del sistema. Le tolleranze assumono un’importanza fondamentale soprattutto per i componenti che si accoppiano o interferiscono con altri. In questi casi, la precisione dimensionale è vitale per garantire un movimento fluido, un’usura minima e la corretta funzionalità del sistema.
Successivamente alla progettazione, il materiale grezzo – sotto forma di blocco – viene tagliato e sagomato in base alle dimensioni del pezzo da lavorare tramite fresatura. Una volta fissato in maniera salda il blocco al piano di lavoro, si procede con la programmazione delle macchine a controllo numerico (CNC). Ciò implica la generazione di una serie di comandi in linguaggio G-code (che determinano i movimenti dell’utensile, gli eventuali cambi e altri parametri specifici) che la macchina dovrà eseguire. Tali comandi sono dettati dal software di programmazione CNC utilizzato sulla base del modello CAD progettato. La tipologia di software per programmare le macchine CNC può naturalmente variare in base alla tipologia di macchina, alla casa produttrice ma soprattutto all’esigenze specifiche dell’azienda.
La lavorazione CNC ha inizio non appena la macchina esegue il codice che le è stato trasmesso, controllando la fresa che rimuove – tramite passate multiple – il materiale in eccesso dal pezzo grezzo per creare così la forma desiderata.
Dopo la lavorazione il pezzo potrebbe necessitare di operazioni di finitura, come la sbavatura o la lucidatura, per ottenere la superficie desiderata.
La forma non viene quasi mai costruita in un’unica fase; si individua quindi una prima fase detta sgrossatura in cui un utensile piuttosto grosso rimuove ampie parti del materiale in eccesso. Poi si procede con utensili via via sempre più piccoli, rimuovendo quantità sempre più precise di materiale fino ad arrivare alla fase di finitura vera e propria, per ottimizzare tanto gli stress meccanici quanto i tempi e i costi.
Esistono diverse tipologie di lavorazioni CNC, tra cui:
Come detto anche per le tecnologie di stampa 3D, la scelta del materiale dipende sempre dalle specifiche esigenze dell’applicazione. I materiali idonei alla fresatura cnc spaziano dai metalli quali acciaio (39NICRMO3, 39NICRMO4, AISI 304, AISI 316), alluminio (6061, 6082, 7075), rame, ottone e bronzo. Ci sono poi anche polimeri quali POM, Delrin,Plexiglass, Policarbonato, o il Teflon, che non potrebbe essere lavorato con altre o differenti tecniche costruttive.
Attraverso questa particolare tecnica è possibile ottenere prototipi e componenti meccanici contraddistinti da un’elevata integrità strutturale, poiché ricavati da un blocco compatto di materiale che non necessita di punti di giunzione o saldature ulteriori (che potrebbero comprometterne la robustezza).
Il pezzo desiderato può presentare anche geometrie complesse, facilmente replicabili grazie alle integrate operazioni di sviluppo CAD/CAM che permettono di realizzare il pezzo già completo di tutti i dettagli previsti dalla progettazione meccanica 3D, e dalla finitura elevata. Sebbene venga descritto come un processo automatico, la fresatura CNC può richiedere la supervisione di utenti esperti per assicurarsi una maggiore qualità e precisione delle costruzioni rispetto a quanto non faccia un modulo CAM automatico, la scelta da preferire qualora si volessero minimizzare i costi.
Infine, con la sua versatilità nella scelta dei materiali di partenza e precisione nella realizzazione finale, la fresatura CNC si afferma come una tecnologia chiave per la produzione di componenti personalizzati per diversi settori industriali, dall’automotive all’aerospaziale.
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