Poiché gli stampatori a iniezione si trovano ad affrontare costi più elevati della resina, obiettivi di sostenibilità e pressioni per aumentare la produzione delle attrezzature esistenti, la progettazione dei canali sta diventando una parte sempre più importante dell’economia di produzione. Nelle applicazioni ad alto volume, ogni grammo di plastica solidificata in un canale freddo deve essere raffreddato, rimosso, manipolato e riciclato o scartato.
La tecnologia dei canali caldi modifica questa equazione mantenendo la resina fusa all'interno del sistema di erogazione della fusione tra un ciclo e l'altro. Invece di espellere un canale di colata e un canale ad ogni colpo, la macchina per lo stampaggio inietta principalmente il materiale necessario per le parti finite. Per gli stampi a cavità elevata e i costosi tecnopolimeri, la conseguente riduzione del consumo di materiale può diventare sostanziale nel corso di milioni di cicli.
Tuttavia, un canale caldo non è automaticamente la soluzione migliore per ogni stampo. Il comportamento della resina, il volume di produzione annuale, il numero di cavità, i requisiti del punto di accesso, la capacità di manutenzione e l'investimento in attrezzature devono essere valutati insieme.
Da dove provengono gli scarti di materiale nello stampaggio a iniezione di grandi volumi
In uno stampo a canale freddo convenzionale, la resina fusa viaggia attraverso la rete del canale di colata e del canale prima di raggiungere le cavità. Alla fine del ciclo, i pezzi stampati, i canali e la materozza si raffreddano e vengono espulsi insieme o separatamente.
Per uno stampo prototipo che esegue solo poche migliaia di stampi, il materiale aggiuntivo potrebbe essere relativamente poco importante. L'economia cambia rapidamente quando uno stampo produce centinaia di migliaia o milioni di cicli all'anno.
Consideriamo uno stampo a otto cavità in cui le parti finite utilizzano 144 g di resina per stampata mentre il canale freddo pesa altri 35 g. Con un milione di tiri all’anno, il corridore da solo rappresenta:
Se la resina costa 4 dollari al chilogrammo, quel canale rappresenta un valore materiale teorico di 140.000 dollari all’anno prima di considerare il recupero del rimacinato.
La riaffilatura può ridurre la perdita finanziaria per alcuni materiali, ma non libera il corridore. La macinazione, la selezione, il trasporto, l'essiccazione, la miscelazione e il controllo qualità richiedono tutte attrezzature, energia e manodopera. La rimacinazione può anche essere limitata per componenti cosmetici, medici, elettrici o critici per la sicurezza.
La motivazione economica a favore dell’eliminazione di un canale freddo diventa quindi più forte numero di colpi annuali, rapporto tra peso del canale e parte e aumento del costo della resina .
Corridore caldo vs Corridore freddo: il risparmio va oltre la resina
Un sistema a canale caldo utilizza collettori e ugelli riscaldati elettricamente per mantenere la resina allo stato fuso tra l'ugello della macchina di stampaggio e gli ingressi della cavità. Poiché non esiste un canale convenzionale per il raffreddamento e l'espulsione, è possibile ridurre o eliminare diverse fasi di produzione.
| Fattore | Cold Runner | Hot Runner |
| Rottame del corridore | Generato ad ogni ciclo | Minimo o eliminato |
| Movimentazione del corridore | Solitamente richiesto | Normalmente eliminato |
| Riaffilatura | Potrebbe essere richiesto | Notevolmente ridotto |
| Fabbisogno di raffreddamento | Parte più corridore | Principalmente la parte stampata |
| Investimento in attrezzature | Più in basso | Più in alto |
| Complessità del sistema | Più in basso | Più in alto |
| Potenziale di automazione | Potrebbe essere necessaria la rimozione del corridore | Adatto alla produzione automatizzata |
| Controllo del cancello | Limitato dal design convenzionale del corridore | Molteplici opzioni termiche e di otturazione |
Anche il tempo di ciclo può migliorare
I canali freddi sono spesso più spessi del componente stampato, il che significa che il canale può diventare una delle ultime sezioni della stampata a raffreddarsi sufficientemente per l'espulsione. Se la macchina per lo stampaggio deve attendere il canale anziché il pezzo, il materiale che non diventerà mai parte del prodotto finale determina la velocità di produzione.
Un canale caldo elimina questo requisito di raffreddamento. A seconda della geometria del pezzo, delle dimensioni del canale e del processo di stampaggio, il risultato può essere un ciclo più breve e una maggiore produttività della macchina. Il miglioramento effettivo dovrebbe sempre essere stabilito attraverso l’analisi del flusso dello stampo, i dati di prova e la convalida della produzione anziché ipotizzare una percentuale fissa.
Scelta tra sistemi a canale caldo a porta aperta e a valvola
Non tutti i canali caldi funzionano allo stesso modo. Una delle decisioni progettuali più importanti è il sistema di cancelli.
Cancelli Aperti o Termici
I sistemi a cancello aperto hanno una costruzione relativamente semplice e un minor numero di componenti mobili. Possono rappresentare una scelta conveniente per molte applicazioni semplici in cui non è necessaria una chiusura meccanica estremamente precisa del cancello.
Le loro limitazioni possono includere formazione di filamenti, sbavature e residui di accesso più visibili, a seconda del comportamento della resina, della geometria dell'accesso e del controllo della temperatura.
Otturatori a valvola
I sistemi a saracinesca aprono e chiudono meccanicamente la saracinesca con uno spillo della valvola. Ciò fornisce un maggiore controllo sui tempi del cancello e può creare un aspetto del cancello più pulito.
L'otturazione della valvola viene comunemente presa in considerazione quando il componente presenta requisiti estetici impegnativi, otturazioni multiple, comportamenti di riempimento complessi o la necessità di un riempimento sequenziale controllato.
Sui componenti più grandi, l'otturazione sequenziale della valvola può aprire diverse otturazioni in fasi specifiche del riempimento della cavità. Se adeguatamente progettato, questo approccio può aiutare a gestire i fronti di flusso, la pressione di iniezione e la posizione della linea di saldatura.
Gli stampi a cavità elevata richiedono una lunghezza del canale più che uguale
Con l’aumento del numero delle cavità, l’equilibrio della fusione diventa sempre più importante. Uno stampo da 32, 64 o 128 cavità deve alimentare ciascuna cavità in condizioni termiche e di pressione sufficientemente costanti.
La progettazione del canale caldo deve quindi considerare la dimensione del canale di fusione, la perdita di pressione, la storia del taglio, il tempo di permanenza e la distribuzione della temperatura piuttosto che fare affidamento solo su lunghezze del canale geometricamente uguali.
Uno scarso equilibrio può produrre differenze da cavità a cavità nel riempimento, nell'imballaggio, nelle dimensioni e nel peso delle parti, problemi che diventano costosi se moltiplicati in una linea di produzione ad alto rendimento.
La compatibilità dei materiali può creare o distruggere un progetto di canale caldo
Uno degli errori più grandi nella scelta dei canali caldi è trattare tutti i materiali termoplastici allo stesso modo. La temperatura di fusione, la stabilità termica, il contenuto di riempitivo e la sensibilità al tempo di residenza influiscono tutti sulla progettazione del sistema.
| Tipo materiale | Considerazione importante sul canale caldo |
| PP/PE | In genere le finestre di elaborazione sono ampie, ma i requisiti applicativi e di accesso sono comunque importanti |
| ABS | Controllo della temperatura e del tempo di residenza |
| computer | Temperatura di fusione uniforme e storia termica controllata |
| PA66 | Controllo dell'umidità, stabilità termica e usura a grado riempito |
| PBT | Essiccazione, controllo dell'idrolisi e tempo di residenza |
| PPS | Elevata temperatura di lavorazione e durata dei componenti del sistema |
| Resine caricate con vetro | Usura abrasiva intorno agli ugelli, alle saracinesche e ai componenti delle valvole |
| Gradi ignifughi | Degrado termico e controllo dei depositi |
| computerR / recycled resins | Consistenza del materiale e controllo della contaminazione |
Il tempo di residenza è importante
Un canale caldo contiene continuamente materiale fuso. Se il volume del collettore è inutilmente grande o le interruzioni della produzione lasciano la resina sensibile al calore nel sistema per periodi eccessivi, può verificarsi un degrado.
I sintomi possono includere scolorimento, generazione di gas, granelli neri, depositi o proprietà meccaniche incoerenti. Il volume del canale e la disposizione termica devono quindi corrispondere alla resina e alla dimensione della iniezione prevista.
La fibra di vetro rappresenta una sfida per l’usura degli utensili
PA66, PBT, PPS caricati con vetro e altri tecnopolimeri possono essere significativamente più abrasivi rispetto ai materiali non caricati. Punte degli ugelli, saracinesche, perni delle valvole e altre aree ad alto flusso possono richiedere materiali o rivestimenti idonei resistenti all'usura.
La stessa considerazione vale per gli inserti con cavità e i componenti delle viti delle macchine per stampaggio. Ridurre gli sprechi di resina è importante, ma il canale caldo non dovrebbe creare costi di manutenzione eccessivi in altre parti del processo.
Quando uno stampo a canale caldo si ripaga da solo?
Gli stampi a canale caldo richiedono un investimento iniziale più elevato, quindi la domanda corretta non è se lo stampo costa di più. La domanda corretta è se l’aumento del costo degli utensili sia inferiore ai risparmi operativi durante la durata del programma.
Passaggio 1: calcolare il risparmio di materiale
Utilizzando l'esempio precedente di un runner da 35 g, un milione di iniezioni annuali e 4 dollari al kg di resina danno un valore materiale lordo teorico di 140.000 dollari all'anno.
Dal calcolo si dovrebbe quindi detrarre il reale valore economico del rimacinato riutilizzabile, anziché dare per scontato che ogni grammo di materiale del canale freddo venga perso.
Passaggio 2: calcolare il risparmio di ore-macchina
Supponiamo che il processo a canale freddo operi con un ciclo di 28 secondi mentre un design ottimizzato a canale caldo raggiunge i 24 secondi.
| Processo | Tempo per 1.000.000 di cicli |
| Ciclo di 28 secondi | ca. 7.778 ore macchina |
| Ciclo di 24 secondi | ca. 6.667 ore macchina |
| Capacità potenziale rilasciata | ca. 1.111 ore macchina |
Tale capacità può aumentare la produzione annuale, ridurre i costi di produzione per pezzo o rendere disponibile tempo macchina aggiuntivo per un altro programma.
Passaggio 3: includere i costi aggiuntivi
Un modello ROI realistico dovrebbe includere anche termoregolatori, consumo di elettricità, manutenzione preventiva, riscaldatori, termocoppie, componenti di valvole e il costo previsto dei tempi di fermo della produzione.
Se l'aggiunta del canale caldo aumenta l'investimento nello stampo di 45.000 dollari e i risparmi operativi netti convalidati raggiungono i 70.000 dollari all'anno, il semplice rimborso sarebbe di circa 7,7 mesi.
Questo è solo un esempio. I progetti effettivi dovrebbero essere calcolati utilizzando il peso reale del canale, il prezzo della resina, il numero di cavità, il tempo di ciclo, la politica di rimacinato e il volume annuo previsto.
Il DFM Hot Runner è fondamentale per le prestazioni di produzione a lungo termine
L'installazione di un sistema a canale caldo di alta qualità non compensa la scarsa ingegneria dello stampo. Il sistema di erogazione del materiale fuso deve essere integrato nello stampo fin dall'inizio del processo DFM.
Posizione del cancello
La posizione del punto di accesso influenza la lunghezza del flusso, le linee di saldatura, la distribuzione della pressione, l'orientamento delle fibre, la deformazione e l'aspetto estetico.
Dimensione del cancello
Un cancello sottodimensionato può creare taglio e pressione eccessivi. Un cancello sovradimensionato può creare residui o comportamenti di tenuta indesiderati.
Bilancio termico
I riscaldatori del collettore, gli ugelli e i circuiti di raffreddamento della cavità devono mantenere zone termiche stabili ma adeguatamente separate.
Disposizione di raffreddamento
L'eliminazione del canale freddo non elimina la necessità di un raffreddamento ottimizzato dello stampo. Il raffreddamento delle parti rimane spesso la parte dominante del ciclo di stampaggio.
Accesso al servizio
Riscaldatori, termocoppie, punte degli ugelli e componenti delle valvole dovrebbero essere presi in considerazione durante la costruzione dello stampo in modo che la manutenzione di routine non richieda uno smontaggio inutilmente esteso dello stampo.
Volume di fusione
Il sistema di canali dovrebbe evitare punti morti inutili e tempi di permanenza eccessivi del materiale, soprattutto durante la lavorazione di resine termosensibili.
Dove la tecnologia Hot Runner ha più senso
I canali caldi di solito diventano più interessanti dal punto di vista economico quando si verificano diversi fattori insieme: volumi annuali elevati, resina costosa, numero elevato di cavità, peso significativo dei canali freddi e restrizioni sul rimacinato.
I candidati tipici includono parti automobilistiche, connettori elettrici, elettronica di consumo, componenti medici, imballaggi e altre parti in plastica prodotte continuamente dove piccoli risparmi per ciclo diventano sostanziali su milioni di scatti.
I corridori freddi rimangono ancora utili. Stampi prototipi, programmi a basso volume, progetti con frequenti cambi di materiale e parti semplici realizzate con resina poco costosa potrebbero non generare risparmi sufficienti a giustificare l'ulteriore investimento nei canali caldi e la complessità della manutenzione.
La decisione dovrebbe quindi basarsi sul costo totale del pezzo e non semplicemente sul prezzo iniziale dello stampo.
La riduzione degli sprechi inizia durante la progettazione dello stampo
La crescente attenzione all’utilizzo della resina sta rendendo la progettazione del punto di fusione una parte sempre più importante dello stampaggio a iniezione di grandi volumi. Un canale caldo opportunamente selezionato può ridurre gli scarti del canale freddo, eliminare le operazioni di movimentazione secondaria e, nelle applicazioni appropriate, abbreviare i cicli di produzione.
Ma i vantaggi maggiori si ottengono quando il canale caldo, il materiale plastico, il layout della cavità, il punto di iniezione, il raffreddamento e il processo di stampaggio sono progettati come un unico sistema.
Per gli OEM e gli acquirenti di stampi a iniezione, la valutazione di questi fattori prima della costruzione dello stampo può evitare costose modifiche successive e fornire un quadro molto più chiaro dei costi di produzione nel ciclo di vita.
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Per progetti che comportano elevati volumi annuali, utensili multi-cavità o tecnopolimeri, il nostro team può valutare la geometria della parte, la resina, il layout della cavità, il concetto del punto di accesso, la strategia del canale e i requisiti di produzione come parte del processo di sviluppo dello stampo.
Invia il tuo modello 3D, la qualità del materiale, la quantità annuale prevista e i requisiti del progetto per discutere una soluzione di stampo a iniezione personalizzata.
Discuti il tuo progetto di stampaggio a iniezioneDomande frequenti
Quanto materiale può risparmiare un canale caldo rispetto a un canale freddo?
Non esiste una percentuale universale. Il risparmio dipende dal peso del canale, dal peso della parte, dal numero di colpi annuali e dalla possibilità di riutilizzo del materiale del canale freddo. L’approccio più utile è calcolare i chilogrammi del corridore all’anno e moltiplicarlo per il costo effettivo della resina.
Un canale caldo riduce sempre il tempo del ciclo di stampaggio a iniezione?
No. Un canale caldo elimina la necessità di raffreddare ed espellere un canale convenzionale, ma il pezzo finito può comunque determinare il ciclo. Il miglioramento effettivo dipende dallo spessore della parete della parte, dalle dimensioni del canale, dal design del raffreddamento e dalle condizioni del processo.
Quando è opportuno utilizzare una saracinesca a valvola invece di una saracinesca a canale caldo aperta?
Gli otturatori a valvola sono utili quando è richiesta una chiusura precisa dell'otturatore, un aspetto migliore o un riempimento sequenziale controllato. I cancelli aperti possono rimanere una soluzione più semplice ed economica per applicazioni meno impegnative.
PA66, PBT e PPS possono essere stampati attraverso canali caldi?
Sì, ma il canale caldo deve essere progettato in base al tipo di resina selezionata. È necessario considerare l'umidità, la temperatura di lavorazione, la stabilità termica, il tempo di permanenza e il contenuto di fibra di vetro.
La manutenzione degli stampi a canali caldi è più costosa?
Contengono componenti aggiuntivi come riscaldatori, termocoppie e, nei sistemi a otturazione, componenti mobili della valvola. La manutenzione preventiva è quindi importante. Nei programmi ad alto volume, i costi di manutenzione aggiuntivi possono essere compensati dal risparmio di resina, tempo di ciclo e gestione del canale secondario.
Quale volume di produzione giustifica uno stampo a canale caldo?
Non esiste un volume annuale fisso applicabile a ogni progetto. Una parte a basso volume realizzata con una resina molto costosa può giustificare un canale caldo prima di una parte ad alto volume realizzata con materiale poco costoso. La decisione dovrebbe basarsi sul risparmio di resina, sul risparmio di ore macchina e sul risparmio di operazioni secondarie rispetto ai costi incrementali di attrezzatura e manutenzione.
