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Elementi chiave da considerare nella progettazione di pezzi stampati a iniezione con il sovrastampaggio rapido


Lo stampaggio a iniezione è un metodo comune ed economico per produrre pezzi. È ampiamente usato per realizzare prodotti di ogni tipo, dai dispositivi medicali ai giocattoli, dagli elettrodomestici ai componenti di automobili, e consente di produrre pezzi resistenti ma al contempo leggeri che in molti casi sostituiscono prodotti lavorati a macchina o in metallo fuso.

Tuttavia, a volte, i pezzi in plastica stampati a iniezione devono essere leggermente modificati. Una bassa resistenza agli urti o alle vibrazioni, superfici scivolose, un livello inadeguato di ergonomia e considerazioni di carattere estetico non sono che alcuni dei motivi per i quali un secondo pezzo stampato viene spesso aggiunto come presa, impugnatura, copertura o più genericamente come superficie di contatto.

Example of overmolding
Il processo di sovrastampaggio Proto Labs, prevede la realizzazione di 2 stampi distinti per consentire la produzione del pezzo finale, come si vede nelle figura.

Alcuni fabbricanti scelgono di assemblare questi due diversi componenti stampati utilizzando colla, viti o un accoppiamento bloccato, ma questo richiede tempo e denaro, e può portare a risultati tutt'altro che auspicabili. Fortunatamente, il processo di sovrastampaggio rapido offre un'alternativa a questa impasse.

Questo suggerimento di progettazione esamina tre elementi importanti del sovrastampaggio rapido:

  • Legame
  • Materiali
  • Principi
Che cos'è il Sovrastampaggio rapido?

Questo processo si avvale di un legame meccanico o chimico (e spesso di entrambi) per unire in modo permanente due pezzi. Si possono così bypassare i problemi di assemblaggio, semplificare la progettazione dei prodotti e migliorare le caratteristiche di molti pezzi stampati a iniezione.

In Proto Labs, nella pressa si posiziona un pezzo stampato in precedenza, il substrato, e si inietta una seconda plastica o gomma siliconica liquida (LSR) sopra, all'interno e attorno ad esso. Il processo in due fasi richiede una coppia di stampi, uno per il substrato e uno per il prodotto sovrastampato completo. Necessita anche dell'intervento di un operatore che si occupi del funzionamento della macchina, carichi i pezzi di substrato e scarichi i prodotti completi, procedimento conosciuto con il nome di sovrastampaggio “pick-and-place”.

E dopo? Prima di progettare un pezzo da sovrastampare, occorre tenere in considerazione alcuni aspetti:

  • Legame. Aspetto critico del sovrastampaggio è la presenza di un forte legame tra due materiali.
  • Materiali. I materiali del substrato e dello strato sovrastampato devono essere compatibili a livello fisico, chimico e termico.
  • Principi. I principi della stampabilità si applicano anche al sovrastampaggio, ma occorre tenere in conto alcune ulteriori considerazioni.
Chemical bonding compatibility chart
Legame 

Iniziamo dal legame. In un pezzo perfettamente sovrastampato, è impossibile rimuovere il rivestimento che si si strapperà prima di separarsi dal substrato, o porterà con sé parte del materiale sottostante. I materiali termoplastici TPU e TPC, per esempio, formano un forte legame chimico con l'ABS, il policarbonato e il PBT Valox (un tipo di polibutilene). Il Santoprene TPV, un materiale “vulcanizzato” resistente ma al contempo flessibile diffusamente usato nelle protezioni isolanti, nei servizi alimentari e nelle applicazioni che impiegano fili e cavi, ha impieghi più limitati, in quanto si lega rapidamente al polipropilene ma a pochi altri materiali.

Tuttavia, non è sempre possibile ottenere un legame chimico di livello elevato, e in molti casi non è neppure necessario. Prendiamo ad esempio il coperchio stampato di una scatola per componenti elettronici con una guarnizione sovrastampata realizzata in materiale sigillante morbido. Una volta bloccato in posizione il coperchio, la guarnizione non si può muovere. Non è richiesto altro che un legame sufficiente a fissare la guarnizione al substrato, onde evitare che cada o si sposti durante l'assemblaggio. Questa è un'applicazione eccellente per il sovrastampaggio in quanto elimina l'esigenza di una guarnizione stampata in carta o in gomma da incollare manualmente in posizione.

Nella maggior parte dei casi, raccomandiamo l'uso di un vincolo meccanico per aumentare o addirittura sostituire un legame chimico. Questo si può ottenere posizionando un sottosquadro nel pezzo del substrato o una serie di fori conici inversi o borchie nei quali il materiale del sovrastampato può fluire, garantendo un meccanismo perfettamente funzionante in tutte le applicazioni ad eccezione di quelle più impegnative. Se non siete sicuri di come aggiungere queste caratteristiche al disegno deI vostro pezzo, contattate uno dei nostri specialisti al numero +39 0321 381211 oppure inviate una mail all'indirizzo customerservice@protolabs.it.

Mechanical interlock illustration
I vincoli meccanici, come mostrato, sono fortemente raccomandati se la mutua adesione delle due parti risultasse critica. Ciò aumenta o addirittura sostituisce l’adesione chimica dei due materiali fra loro.
Massimizzare la scelta dei materiali

Molti sono i motivi per produrre un componente sovrastampato. Uno dei più comuni è migliorare la presa di un prodotto conservandone al contempo la resistenza fisica; il manico su un attrezzo elettrico, per esempio, o l'impugnatura antiscivolo di uno strumento chirurgico. In questo caso, il TPU applicato sull'ABS rappresenta una scelta eccellente. Anche l'estetica e il branding dei prodotti sono facilmente realizzabili con il sovrastampaggio: un franchising sportivo potrebbe usare i colori di una determinata squadra per i paradenti sovrastampati in due pezzi che indosseranno i giocatori, mentre un famoso produttore di apparecchiature da giardinaggio potrebbe "vestire elegantemente" i suoi "tagliaerba cavalcabili" con una cappottatura sovrastampata in verde e giallo.

La gomma siliconica liquida (LSR) è un altro materiale per lo stampaggio a iniezione molto conosciuto. Offre una eccellente resistenza alla trazione ed allo strappo, è idrofobico (idrorepellente), flessibile, resistente ai batteri e alla luce UV ed è biocompatibile. L'unico lato negativo della LSR, almeno per quanto riguarda il sovrastampaggio, è la temperatura di stampaggio relativamente elevata, pari a 177 °C, sufficientemente calda da ammorbidire i materiali del substrato come l'ABS o il polietilene. Fortunatamente, il polibutilene tereftalato (PBT) e il nylon rinforzato con vetro, resistono bene a questa temperatura.

 

In Proto Labs offriamo oltre 100 materiali termoplastici industriali e in gomma siliconica liquida, e decine di coloranti.

Seguire le regole (Principi)

Il sovrastampaggio segue le stesse regole dei tradizionali processi di stampaggio a iniezione, ma presenta alcune ulteriori incompatibilità:

  • Angoli di spoglia appropriati, spessore uniforme della parete e linee di transizione regolari devono essere mantenuti su entrambi i pezzi.
  • Lo spessore del materiale del sovrastampato deve essere inferiore o uguale a quello del substrato sottostante.
  • La temperatura di fusione del materiale di sovrastampaggio deve essere inferiore a quella del substrato (come nell'esempio della LSR).
  • Se il legame chimico non si rivela pratico, non disperate. I vincoli meccanici rappresentano un'ottima modalità per “tenere tutto assieme” e, ove possibile, dovrebbero essere usati.
  • La texture del pezzo del substrato potrebbe favorire l'aderenza. La texture della parte sovrastampata potrebbe offrire una presa migliore e una superficie più attraente.
  • La superficie del pezzo sovrastampato dovrebbe essere uniforme a quella adiacente del substrato o leggermente più bassa.

Il sovrastampaggio rappresenta un'ottima soluzione per migliorare le caratteristiche fisiche del vostro prodotto o il suo aspetto. Come per i nostri altri servizi di stampaggio a iniezione, produciamo attrezzi economici per quantità di produzione da 25 a 10.000 pezzi o più in circa 15 giorni. Se intendete produrre milioni di pezzi, il sovrastampaggio rapido rappresenta anche un'ottima modalità per testare i prototipi in termini di legame e compatibilità dei materiali prima di investire negli stampi da produzione a due fasi o per utilizzarli come utensileria di raccordo fino a quando gli stampi non sono pronti.

Poiché il sovrastampaggio rapido è più complesso del tradizionale stampaggio a iniezione, i costi immediati di lavorazione con utensili possono essere leggermente superiori rispetto a quelli relativi ai due componenti stampati e assemblati. Ogni investimento aggiuntivo viene tuttavia assorbito in poco tempo perché si eliminano i costi dell'assemblaggio secondario, oltre ad ottenere un prodotto più duraturo e di qualità superiore.

Come sempre, vi invitiamo a contattarci per qualsiasi domanda, al numero +39 0321 381211 oppure inviando una email all'indirizzo customerservice@protolabs.it. Per iniziare oggi stesso il vostro prossimo progetto, non dovete fare altro che inviare un modello in 3D a protolabs.it per ottenere in poche ore un preventivo interattivo.

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