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5 modi per affrontare i dettagli complessi nei pezzi stampati a iniezione

Suggerimenti per progettare pezzi più pratici ed efficienti, riducendo al contempo i costi di fabbricazione

Progettare pezzi destinati allo stampaggio a iniezione della plastica è un po’ come avere dei figli adolescenti: alcuni presentano difficoltà maggiori di altri. Ma con le semplici regole presentate in questo articolo sarà possibile superare anche gli aspetti più ardui dello stampaggio a iniezione (di come domare gli adolescenti più difficili ne parleremo un’altra volta).

Ecco alcune delle più comuni fonti di problemi legate alla fase di progettazione:

  • Clip ed elementi a scatto
  • Cerniere integrali
  • Borchie e “punti morti”
  • Testo sui pezzi
  • Sovrastampaggio

Vi dicono niente? Questo elenco raccoglie alcuni dei dettagli più attraenti che è possibile inserire nel proprio modello, ed è proprio per questo che è bene imparare a gestirli come si deve. Inoltre, in base all’applicazione desiderata, tali caratteristiche possono anche migliorare la funzionalità e l’estetica del pezzo, oltre a ridurre i costi di fabbricazione. In questa pagina offriamo alcuni suggerimenti su come affrontarle nel migliore dei modi.

Clip ed elementi a scatto

Esistono numerosi esempi in cui clip o elementi a scatto possono rivelarsi indispensabili nei pezzi stampati. Alcuni esempi sono le scocche di dispositivi elettronici o i coperchi a pressione. Per le clip, una parte "maschio", che può presentare una o più forme a uncino (le clip) va a combaciare con una parte "femmina" che presenterà delle cavità in corrispondenza degli uncini, in cui gli stessi si bloccheranno. la testa delle clips è generalmente di forma triangolare con una faccia inclinata ed una piatta. la faccia inclinata permetterà all'uncino di scivolare nella parte "femmina" mentre la faccia piatta permetterà la creazione dell'incastro una volta in posizione.

A causa della loro forma, le clip e le cavità creano spesso quelli che si definiscono sottosquadri, che non possono essere estratti dallo stampo in maniera naturale secondo la direzione di apertura. Hanno, per questo, bisogno dell'aggiunta di movimenti laterali nello stampo, chiamati carrelli, allineati con la linea di giunzione e posizionati perpendicolarmente allo stampo. Proto Labs non propone cunei ma utilizza inserti manuali, che sono elementi fissi nello stampo e messi in posizione da un operatore.

Per evitare il movimento nello stampo della parte "maschio", è possibile creare una apertura sotto la clip, che permette di estrarre naturalmente l'uncino. È possibile vedere questa soluzione sul Design Cube, un modello di Proto Labs. Per la realizzazione di pezzi provvisti di clips è cosigliabile l'utilizzo di materiali poco rigidi. In ogni caso occorrerà prestare attenzione al design (altezza, spessore, forma della testa) per ottenere la rigidezza e la tenuta desiderata.

Nota: Questa discussione sulle clip si applica anche a elementi quali sottosquadri o dettagli incassati. Questi includono elementi ad anello, fori e tasche laterali, finestre e via dicendo. A seconda dell’orientamento del dettaglio in relazione alla direzione di trazione e alla linea di giunzione dello stampo, potrebbe essere necessario ricorrere a tecniche di stampaggio avanzate come azionamenti laterali, chiusure telescopiche, inserti e perni. Queste soluzioni sono tutte accettabili e ampiamente diffuse, ma la maggiore complessità rischia di avere un impatto sui costi associati al servizio di stampaggio e al pezzo prodotto.

Le cerniere
Le cerniere integrali, ovvero le aree sottili presenti in un pezzo in materiale plastico che permettono al pezzo di piegarsi su se stesso, costituiscono una tecnica efficace per mantenere unite le due metà di un contenitore stampato. Se progettate correttamente, saranno in grado di aprirsi e chiudersi migliaia di volte senza mai perdere resistenza o flessibilità.

Cerniere integrali

Rimanendo sul tema dei tappi e dei materiali flessibili, le cerniere integrali sono un’ottima soluzione per tenere insieme le due metà di un contenitore stampato. Pensiamo, ad esempio, a una confezione di mentine o a un flacone di vitamine; molto probabilmente il meccanismo di chiusura sarà caratterizzato da una qualche tipologia di clip associata a una cerniera integrale sull’estremità opposta. In questo caso, la considerazione principale è il materiale. Il policarbonato potrebbe sì formare una clip soddisfacente, ma di certo non sopravvivrebbe alle migliaia o milioni di cicli che ci si attende da una cerniera integrale. Meglio puntare sul polipropilene.

Le linguette rimovibili sono simili alle cerniere integrali. Se vi è mai capitato di sfilare il cappuccio di plastica di una bombola di gas propano o di una confezione di gelato, conoscerete già il meccanismo. Che si tratti di linguette o cerniere, però, sarà comunque necessario apportare qualche modifica al progetto. L’area dovrebbe essere sufficientemente flessibile da piegarsi, ma spessa abbastanza da resistere a ripetute sollecitazioni. In base all’intervallo di movimento previsto, potrebbe essere necessario introdurre una curvatura o scanalatura in corrispondenza del punto medio della cerniera, per consentire a questa di piegarsi su se stessa. E, poiché stiamo cercando di stampare contemporaneamente due metà combacianti, e il flusso del materiale sarà di tipo spesso-sottile-spesso, l’operazione potrà essere soggetta a problemi di uniformità nel riempimento. Si raccomanda di esaminare con attenzione l’analisi di fattibilità (DFM) ricevuta con ogni preventivo.

Borchie e “punti morti”

Le borchie non piacciono a tutti. Ma se volete un elemento in cui inserire un inserto filettato, allora non ci sono alternative. Eppure le borchie, in maniera analoga alle nervature alte o ai punti morti troppo spessi, sono delle aree potenzialmente problematiche. Questo perché, per scongiurare eventuali problemi di espulsione, potrebbe essere necessario incrementare l’angolo di spoglia anche di 3 gradi o più. Inoltre, se lo spessore dei dettagli è eccessivo, la depressione diventa un rischio concreto. In generale, più alto è il dettaglio che si intende inserire, maggiore dovrà essere la profondità dello stampo; e tutto questo si tradurrà in frese a codolo più lunghe e tassi di inserimento inferiori per la fresatura. Tutto ciò genera anche il rischio di introdurre sfiati, i quali potrebbero dar luogo a potenziali corti, bruciature o semplicemente a pezzi incompleti. 

Alcune tecniche per aggirare queste difficoltà prevedono l’uso di nervature o tasselli verticali attorno alla periferia della borchia come sostegno, consentendo l’utilizzo di pareti più sottili. Notare che Proto Labs potrebbe dover introdurre fori di sfiato su nervature, punti morti e borchie profondi (e alti). E quando si trovano su superfici ad angolo, dettagli come questi si rivelano estremamente problematici, poiché gli assi sono orientati in senso opposto rispetto alla direzione di trazione e alla linea di giunzione, rendendo praticamente indispensabile l’utilizzo di inserti caricati a mano.

Il testo sui pezzi stampati, come nell’esempio di questo tappo per bottiglie, è una caratteristica comune; eppure anche i dettagli insignificanti possono creare problemi se gestiti nel modo errato.

Testo sui pezzi

L’aggiunta di nomi di prodotto o loghi sui pezzi stampati è una richiesta comune. Ma attenzione: questo dettaglio apparentemente insignificante può creare non pochi problemi se viene gestito nel modo errato. In primo luogo, va bene utilizzare caratteri di piccole dimensioni, ma questi dovrebbero essere sans-serif (Arial o Century Gothic, ad esempio), e la lunghezza delle battute più piccole, come le linee orizzontali delle lettere “T” o “A” o le gambe di una “K”, dovrebbe essere di almeno 0,5 mm.

I testi rialzati sono più facili da creare e sono anche più leggibili di quelli incassati. Inoltre, a meno che non sia imperativo inserire caratteri di dimensioni particolarmente grandi, il testo non dovrebbe avere un’altezza (ovvero profondità) superiore a 0,38 mm. I testi ubicati all’interno di tasche potrebbero risultare difficili da raggiungere con una fresa a codolo; meglio posizionarli in un punto vicino alla linea di giunzione o lontano dagli elementi verticali dello stampo. E, a meno che il materiale adoperato nel processo di stampaggio non sia viscoso come la gomma siliconica liquida (LSR) o l’elastomero termoplastico (TPE), il testo dovrebbe essere sempre orientato nella direzione di trazione dello stampo; in caso contrario l’espulsione del pezzo potrebbe essere problematica, rendendo necessario l’impiego di inserti caricati a mano o azionamenti laterali.

overmolded plastic injection wearable device by Spot-R and manufactured by Proto Labs
Triax Technologies si è recentemente rivolta a Proto Labs per curare il sovrastampaggio di Spot-R, un dispositivo IoT indossabile per gestire le esigenze informatiche dei cantieri edili. Il sovrastampaggio ha reso possibili la progettazione e realizzazione di un alloggiamento in plastica rigida con una guarnizione che ha introdotto un sigillo impermeabile.

Sovrastampaggio

Il sovrastampaggio rapido è una tecnica eccellente per aggiungere un’impugnatura ergonomica al manico di un cacciavite, un’impugnatura antiscivolo a un attrezzo chirurgico o un involucro resistente agli urti alla custodia di un apparecchio. Non c’è più bisogno di incollare o avvitare tali coperture al pezzo stampato a iniezione, poiché il sovrastampaggio riesce a ottenere i medesimi risultati in un semplice processo a due fasi che offre livelli di adesione sensibilmente migliori rispetto ai metodi di accoppiamento tradizionali.

Il processo prevede il posizionamento di un pezzo stampato in precedenza all’interno di uno stampo secondario, a cui sarà poi aggiunto il materiale del sovrastampo. Vi sono però alcuni aspetti che è bene considerare. I due materiali utilizzati dovrebbero essere compatibili: l’impiego di poliuretano termoplastico (TPU) su ABS o policarbonato funziona a dovere, così come anche l’accoppiata di TPE con alcuni polipropileni. La gomma siliconica liquida è anch’essa un buon materiale da sovrastampaggio, ma richiede una temperatura talmente elevata (177°) che ci si potrebbe cuocere una lasagna. Il nylon rinforzato con fibra di vetro è invece un’opzione efficace.

Occorre considerare anche il tipo di legame. Gli esempi elencati offrono tutti un legame chimico sicuro, ma alcuni materiali non sono altrettanto compatibili e richiedono invece un legame meccanico. A questo punto sarai senza dubbio restio all’idea di aggiungere sottosquadri ai pezzi stampati a iniezione, ma questi sono anzi un metodo efficace per garantire l’adeguatezza dell’interblocco meccanico nei pezzi sovrastampati. A prescindere dalle opzioni di materiale considerate, la maggior parte dei produttori di polimeri raccomanda il ricorso a un doppio legame chimico-meccanico. È consigliabile anche discutere con il fornitore dei materiali da sovrastampaggio prima di intraprendere progetti complessi e voluminosi. E glis esperti di Proto Labs saranno lieti di assisterti.

Per concludere, ti invitiamo come sempre a contattarci per qualsiasi domanda al numero +39 0321 381211, oppure all’indirizzo customerservice@protolabs.it. Per dare inizio oggi stesso al tuo prossimo progetto, è sufficiente caricare un modello 3D sul portale protolabs.it per ricevere in poche ore un preventivo interattivo.