Colata sotto vuoto

Il processo

La colata sotto vuoto è un processo di formatura primaria in cui la resina da colata liquida viene aspirata, tramite l’applicazione del vuoto, in uno stampo precedentemente realizzato. In questo modo si evitano inclusioni d’aria nel componente in formazione e si ottiene una qualità del pezzo elevata e facilmente riproducibile. La colata sotto vuoto è particolarmente indicata per la produzione di parti con superfici molto lisce, che devono soddisfare elevati requisiti di tenuta, nonché di componenti con dettagli molto fini e geometrie complesse. Gli stampi utilizzati nella colata sotto vuoto vengono solitamente ricavati da un modello master stampato in 3D oppure realizzati direttamente in modo additivo tramite il processo di stereolitografia (SLA). Ciò consente di sfruttare la flessibilità e l’elevata qualità dei dettagli del processo SLA, mantenendo al contempo buone proprietà meccaniche della resina da colata utilizzata. A differenza dello stampaggio a iniezione di materie plastiche, gli stampi impiegati sono relativamente economici da realizzare, rendendo la colata sotto vuoto adatta già per piccole quantità, piccole serie e serie di medie dimensioni.

Produzione dello stampo

Per realizzare uno stampo, è innanzitutto necessario lavorare il modello master in modo che presenti la qualità superficiale desiderata. Successivamente deve essere definito il concetto dello stampo con piani di separazione, cursori, riser che consentono la fuoriuscita dell’aria residua e il canale di colata. In seguito, il modello master con il canale di colata e i riser viene sospeso in una cassa e colato con un silicone bicomponente. Dopo circa 12 ore di tempo di indurimento, lo stampo può essere aperto manualmente con un bisturi e il modello master rimosso.

I vantaggi della colata sotto vuoto

• Elevata precisione: È possibile realizzare componenti molto precisi e con geometrie complesse. Il modello master dello stampo può essere prodotto tramite il processo SLA, sfruttando così la flessibilità e la qualità superficiale della produzione additiva.
• Superfici lisce: Grazie all’utilizzo di stampi per colata sotto vuoto, i componenti ottengono una qualità superficiale molto elevata, paragonabile a quella dello stampaggio a iniezione.
• Buone proprietà meccaniche: Le resine da colata utilizzate presentano un’elevata resistenza, consentendo di aggirare il principale svantaggio del processo SLA.
• Efficienza dei costi: Il processo non richiede elevati costi iniziali per la realizzazione degli stampi e consente la produzione di quantità maggiori in tempi ridotti.
• Scelta dei materiali: Sono disponibili molte resine da colata utilizzabili per diverse applicazioni. Le possibili proprietà includono una buona conducibilità elettrica (ESD), un’elevata resistenza al calore, una buona trasparenza, resistenza, comportamento elastico simile alla gomma, ecc.
• Flessibilità: Il processo è flessibile e si adatta sia alla realizzazione di prototipi sia alla produzione di componenti in serie.

Confronto con altri processi di produzione

La colata sotto vuoto è adatta alla produzione di piccole quantità fino a serie di medie dimensioni. Considerando le quantità di produzione idonee, questo processo si colloca tra la stampa 3D (produzione di pezzi singoli e piccole serie) e lo stampaggio a iniezione di materie plastiche (grandi serie). A causa dello stampo necessario, rispetto alla stampa 3D il processo perde parte della flessibilità e della rapidità. Per consentire l’estrazione dallo stampo, il cosiddetto sformamento, i componenti non devono presentare grandi sottosquadri, per cui la complessità realizzabile dei componenti risulta inferiore rispetto alla produzione additiva.

Da un altro lato, la colata sotto vuoto si distingue per un’ottima qualità superficiale in combinazione con una scelta più ampia di materiali e buoni valori di resistenza, ambiti in cui la produzione additiva raggiunge i propri limiti. A seconda della resina da colata utilizzata, i componenti realizzabili possono presentare elevata resistenza e rigidità oppure una duttilità elastica simile alla gomma, soddisfacendo così in molti casi i requisiti di un’applicazione in serie. 

Nel confronto con il processo di stampaggio a iniezione completamente automatizzabile e altamente efficiente, colpiscono soprattutto i costi iniziali nettamente inferiori. Gli utensili per lo stampaggio a iniezione, ovvero stampi in acciaio lavorati con grande precisione, rappresentano una parte significativa del costo finale del componente e possono raggiungere diverse centinaia di migliaia di euro. Per ripartire gli elevati costi degli stampi sul prezzo del singolo componente, tali parti sono progettate per quantità a partire da 10.000 fino a diversi milioni.

Gli stampi per la colata sotto vuoto vengono realizzati manualmente in silicone oppure prodotti direttamente in modo additivo. A differenza degli stampi rigidi in acciaio utilizzati nello stampaggio a iniezione, gli stampi in silicone consentono la realizzazione di sottosquadri più piccoli e di texture superficiali fortemente marcate in tutte le direzioni del componente. Allo stesso tempo, gli stampi in materiale plastico più morbido hanno una durata inferiore prima di dover essere sostituiti, ma risultano anche decisamente più economici rispetto agli utensili in acciaio. Ne derivano costi iniziali significativamente inferiori da ripartire sul prezzo del componente, rendendo la colata sotto vuoto un’alternativa sensata allo stampaggio a iniez