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Cordoni di saldatura e come evitarli

Nella fase di progettazione di pezzi destinati allo stampaggio a iniezione, è bene rifarsi ai suggerimenti qui riportati per evitare la formazione di cordoni di saldatura

Lo stampaggio a iniezione di materie plastiche è da tempo un processo efficiente e conveniente per la fabbricazione di prototipi personalizzati e componenti da produzione. I progettisti sono chiamati a confrontarsi con difficoltà di vario tipo, nelle fasi di creazione e sviluppo di pezzi stampati, tra cui sollecitazioni, deformazioni e cordoni di saldatura. Questo suggerimento si concentra sui cordoni di saldatura, spiegando come e perché si verificano nel processo di stampaggio e offrendo alcune soluzioni per evitarli.

Il processo di raffreddamento della resina

Lo stampaggio a iniezione è un processo di fabbricazione in cui la resina viene riscaldata all'interno di un cilindro e portata a fusione per consentire la realizzazione del pezzo finale in materiale termoplastico. La resina si raffredda quando viene iniettata nello stampo. Per questo motivo, il fronte del flusso della resina all'interno dello stampo è sempre l'area più fredda della resina e, pertanto, quella che si solidifica prima. Se lo stampo è ben progettato, generalmente il problema non si pone. Un’eccezione può però verificarsi quando il flusso della resina si divide per aggirare un ostacolo, ricomponendosi sull'altro lato dell’ostruzione; un esempio è rappresentato da un nucleo che crea un foro rettangolare su una piastra di copertura. In questo caso, le due superfici si incontrano a valle dell'ostruzione. Idealmente, i due fronti si rifonderanno formando una giunzione solida; un eccessivo raffreddamento, però, ostacolerebbe la fusione completa, portando alla formazione di un cordone di saldatura.

L’animazione illustra la formazione di cordoni di saldatura con l’incontro di due flussi separati di materiale plastico.
L’animazione illustra la formazione di cordoni di saldatura con l’incontro di due flussi separati di materiale plastico.
Cordoni di saldatura e resine

I cordoni di saldatura sono le linee, più o meno visibili, di incontro tra due flussi di resina. A seconda del progetto dello stampo e del materiale iniettato, il cordone di saldatura può costituire o meno un problema, un difetto estetico o causare problemi strutturali potenzialmente gravi. Uno dei fattori decisivi è il tipo di resina iniettata, perché la tendenza a formare cordoni di saldatura varia in misura considerevole da resina a resina. Tra le più soggette a lasciare segni visibili c'è l'ABS. In molti casi, un cordone di saldatura in ABS ha una solidità tale da non indebolire il pezzo, ma può assumere l'aspetto di una crepa nel componente finito.

Possibili problemi

Un'area in cui la presenza di cordoni di saldatura potrebbe causare problemi strutturali è la parte posteriore di una borchia. Una borchia è un elemento forato progettato per accomodare elementi di fissaggio filettati. (Proto Labs non realizza filettature interne; queste sono invece incise con una vite autofilettante e fresate con un'operazione separata o aggiunte sotto forma di inserti.)

Un telecomando è un buon esempio di come la presenza di numerosi dettagli possa creare un ambiente favorevole ai cordoni di saldatura. Ciò può essere scongiurato in vari modi, come evitando l’utilizzo di resine con rinforzi in fibra di vetro o minerali.
Un telecomando è un buon esempio di come la presenza di numerosi dettagli possa creare un ambiente favorevole ai cordoni di saldatura. Ciò può essere scongiurato in vari modi, come evitando l’utilizzo di resine con rinforzi in fibra di vetro o minerali.

La borchia viene realizzata con un perno a spina in rilievo all'interno dello stampo, attorno al quale scorre la resina. Quando i fronti della resina si incontrano nella parte posteriore del perno, formano un cordone di saldatura.

Due fattori possono rendere quest'operazione particolarmente problematica. Quando la borchia si trova in prossimità del bordo del pezzo, si forma un cordone di saldatura molto corto e la superficie non è sufficiente a tenere insieme le due facce. Quando si aggiunge l'effetto “cuneo” di una vite inserita nella borchia, il cordone di saldatura può trasformarsi in una crepa.

I cordoni di saldatura possono formarsi anche tra i punti di iniezione di un pezzo. Gli accessi sono le aree in cui la resina viene iniettata nel pezzo. Verifica il layout dei punti di iniezione e degli estrattori che ti proponiamo. Usiamo raramente gli accessi multipli ma, quando sono presenti, è bene verificare che il pezzo non abbia particolari esigenze estetiche o fisiche nello spazio a metà strada tra due accessi.

Il problema dei cordoni di saldatura può essere provocato da un altro fattore: l'impiego di resine rinforzate. Proviamo a immaginare lo scorrimento di una resina liquida rinforzata con fibra di vetro, ad esempio. Naturalmente, quando la resina si sposta nello stampo, il materiale di rinforzo si troverà sempre dietro il fronte del flusso. Perciò, quando due fronti si uniscono e si solidificano, la fibra di vetro in corrispondenza della linea di incontro sarà presente in quantità limitata o del tutto assente. Ciò non significa necessariamente che il cordone di saldatura sia debole, ma solo che non avrà il vantaggio del rinforzo della fibra di vetro.

Soluzioni

Cosa possiamo fare per prevenire il problema dei cordoni di saldatura? Elementi come le borchie probabilmente non potranno essere eliminati, ma è possibile scegliere resine meno soggette alla formazione di cordoni di saldatura. Nello specifico, è bene evitare le resine rinforzate nei pezzi che presentano elementi come fori di passaggio. È possibile ispessire le pareti del pezzo per rallentare il raffreddamento della resina, avendo cura di non raggiungere uno spessore tale da causare il rischio di depressioni. Inoltre, se il progetto lo consente, è preferibile allontanare dal bordo del pezzo gli elementi responsabili della formazione di cordoni di saldatura.

È sempre meglio scoprire un cordone di saldatura in un prototipo che nei pezzi di produzione. E la prototipazione serve proprio a questo. Se hai esigenze importanti riguardo alla resistenza dei cordoni di saldatura, parlane con un esperto del Servizio Proto Labs chiamando il numero +39 0321 381211 o all'indirizzo  customerservice@protolabs.it

È possibile anche richiedere gratuitamente il nostro Design Cube, un accessorio che aiuta ad acquisire una migliore comprensione dei cordoni di saldatura e di altri aspetti importanti da considerare nella fase di progettazione.