INTRODUZIONE
La scatola trattata è una scatola da incasso per uso elettrico (in particolare fa parte di un sistema per la segnalazione acustica e visiva), avente lo scopo di supporto. Tale oggetto presenta una sagomatura complessa per permetterne il fissaggio su superfici e l'accoppiamento con la maschera frontale dell'insieme; sul fondo sono presenti quattro dischetti removibili per il passaggio dei cavi elettrici. Questo prodotto è presente sul mercato da molti anni ed ha subito poche modifiche nel corso degli anni grazie alla sua buona funzionalità, inoltre la produzione per stampaggio a iniezione consente di ottenerne un gran numero a basso costo.
Come ulteriore introduzione abbiamo realizzato una breve descrizione delle tecniche di stampaggio e di sformatura. Dopo aver definito le caratteristiche di uno stampo generico, abbiamo trattato brevemente i più comuni sistemi di formatura per le plastiche. In particolare abbiamo descritto gli stampi a iniezione, a compressione, a termoformatura, a blow moulding, a stampaggio rotazionale, a schiumatura e a sinterizzazione. Abbiamo anche accennato al problema dell'angolo di sformo negli stampi.
INIEZIONE DI PLASTICHE:
Uno stampo è solitamente composto da due o più semigusci, che vanno a delimitare un'area di spazio con la sagoma del pezzo da ottenere. Gli stampi di produzione sono solitamente in acciaio bonificato (un processo termico per migliorarne le caratteristiche) o temprato, ma per particolari lavorazioni si usano anche stampi in alluminio o legno. Stampi di materiali meno resistenti, come gesso, silicone o resina vengono usati per la produzione di piccole serie per la prototipazione rapida. La vita utile di uno stampo può andare da pochi pezzi, o anche di uno solo, a centinaia di migliaia di esemplari. Gli stampi medi e grandi sono spesso costruiti per fresatura, mentre per esemplari particolarmente piccoli, con finiture complesse o per precisioni elevatissime, nell'ordine di pochi centesimi di millimetro, si usano processi ad alta tecnologia come l'elettroerosione o la fotoincisione. Lo stampo deve essere in genere progettato senza cavità che possano limitare l'estrazione del pezzo: in particolare vanno evitati i sottosquadra, cioè angoli di 90° o più, che di fatto rendono l'elemento stampato indivisibile dallo stampo. Nella progettazione di uno stampo bisogna prestare particolare cura agli angoli di sformo: dato che la creazione di pareti perfettamente in asse con il movimento di estrazione potrebbe dare problemi nella rimozione dei pezzi finiti, le pareti non devono mai essere progettate verticali, ma devono avere una leggera inclinazione (1 o 2 gradi) verso l'esterno. Per esemplificare, un cilindro andrebbe trasformato in un tronco di cono per poter essere estratto senza problemi. Gli stampi, in particolare quelli per le plastiche, possono essere riscaldati o meno: gli stampi riscaldati sono più costosi ma permettono un flusso migliore del materiale liquido nelle cavità, grazie alla viscosità ridotta. All'occorrenza possono anche essere raffreddati, nel caso sia necessario estrarre i pezzi rapidamente o non sia possibile avere una catena di produzione a carosello che sfrutti diversi elementi per rendere continua la produzione senza forzarne i tempi. Un raffreddamento troppo rapido dello stampo o un riscaldamento insufficiente possono condurre, nella lavorazione delle plastiche, a pezzi con parti mancanti o a rotture. Inoltre con il raffreddamento va previsto un ritiro del materiale, che può condurre alla rottura del pezzo. Oltre ad avere dei canali di colata o di iniezione (dove il materiale entra nello stampo), lo stampo deve avere delle materozze (che portano il materiale alla cavità), e degli sfoghi per consentire l'uscita dell'aria. Per stampi particolarmente complessi si possono usare elementi mobili detti spine, che si ritraggono automaticamente all'apertura dei gusci, permettendo la creazione di cavità altrimenti impossibili. Gli stampi sono oggetti costosi, che richiedono una accurata progettazione e manutenzione, e anche settimane di lavoro per la loro costruzione. Sono strettamente vincolati al tipo di materiale per cui verranno usati, dalla cui viscosità, temperatura e caratteristiche dipendono numerose variabili.
INIEZIONE DI PLASTICHE
Gli stampi da iniezione sono tra i più costosi, visto che richiedono numerose attrezzature addizionali come sensori di temperature, riscaldamento e raffreddamento, estrattori automatici o bocchette per l'insluffazione di aria per facilitare la rimozione dei pezzi. Spesso sono progettati per il montaggio su macchine interamente automatizzate, visto che il processo di produzione può essere particolarmente pericoloso per le pressioni elevate e le temperature in gioco. La plastica viene iniettata nello stampo a temperature intorno ai 250 gradi, e a pressioni di diverse tonnellate per centimetro quadrato. Una volta riempita la cavità con una quantità nota di materiale (metterne di più potrebbe portare alla rottura dello stampo), viene iniettato dell'olio o dell'acqua fredda per rendere più rapida l'estrazione. Lo stampo viene aperto e il pezzo finito rimosso, poi ci si prepara ad un nuovo ciclo. Uno stampo può fare fino a 150.000 cicli, spesso con pezzi multipli prodotti in una sola iniezione.
Gli stampi a compressione lavorano più o meno come quelli per lamiere: una pressa tramite uno stampo maschio comprime del materiale su una femmina, allargandolo nell'intercapedine tra i due. Con questa tecnica si realizzano solitamente i piatti.
La termoformatura prevede la lavorazione di fogli di plastica riscaldati. Lo stampo è spesso in un guscio singolo, maschio, su cui il film si va ad adagiare. Per favorire l'aderenza si crea sotto lo stampo il vuoto pneumatico: tramite fori preposti ad hoc sullo stampo il materiale viene attirato sulla superficie e solidificato. Questi stampi sono solitamente economici, dato che non richiedono particolari resistenze o temperature, e possono essere realizzati anche in legno, resina o metalli morbidi; si possono creare pezzi anche di dimensioni notevoli (fino a qualche metro), con stampi adeguati.
Gli stampi da Blow moulding hanno vincoli dimensionali differenti. Possono realizzare solo oggetti convessi, ma possono avere all'interno una cavità. Un getto d'aria spinge il materiale sulle pareti dello stampo, creando una sottile pelle di plastica tra la cavità e la parete. Si tratta di stampi semplici ed economici, usati però in numerosissimi esemplari per i carousel, macchine che lavorano su diversi cicli produttivi in contemporanea. Con questa tecnica si realizzano le bottiglie in PET.
Lo stampaggio rotazionale consiste nell'immissione di materiale in uno stampo che ruota giroscopicamente. E' in questo modo possibile produrre oggetti monoblocco con cavità interne. Lo stampo è realizzato in acciaio o, più spesso, in alluminio: questo materiale ha una conduttività maggiore e mantiene il materiale fluido più a lungo assicurando una distribuzione migliore. Se gli stampi non sono particolarmente grossi, è possibile montarli in strutture ramificate per completare più cicli contemporaneamente. Anche con questi stampi non si possono ottenere concavità, e neppure pareti a spessore differente.
Negli stampi per schiumatura viene inserito un composto chimico in grado di sviluppare una reazione per cui si gonfierà notevolmente. Il materiale (solitamente poliuretano) gonfiandosi aderisce alle pareti dello stampo, riempiendo interamente la cava. Date le caratteristiche del materiale, gommoso ed elastico, è possibile realizzare anche pezzi con leggeri sottosquadra, purché vengano rimossi con cura. Questo tipo di stampi è solitamente metallico, ma è possibile usare anche gusci molto economici in resina o legno per piccole serie o prove di produzione.
Gli stampi di sinterizzazione devono contenere già all'inizio il materiale ceramico in polvere: con le alte temperature il materiale sinterizza fino a formare il pezzo finito. Questo tipo di stampi devono resistere a temperature nell'ordine del migliaio di gradi, per cui sono necessari elementi metallici.