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Esercizi di potenziamento:

Rinforzare i pezzi con elementi di supporto e il giusto materiale

I progettisti rafforzano i pezzi stampati a iniezione in diversi modi e per diverse ragioni. Il primo mezzo per stabilire se il pezzo ha bisogno di una resistenza maggiore è lo studio attento delle sue applicazioni. Come e in quale ambiente sarà utilizzato il prodotto? Il pezzo potrebbe dover resistere a urti ripetuti o all'usura o sopportare carichi pesanti. Potrebbe essere sufficiente inserire nel progetto qualche nervatura o fazzoletto triangolare di rinforzo, oppure potrebbe essere necessaria una combinazione più complessa di aspetti progettuali, come elementi di supporto, materiale, spessore di parete e altro. Il giusto equilibrio tra i diversi aspetti del progetto permette di soddisfare le esigenze di resistenza e stabilità del pezzo.

Le nervature e i fazzoletti

Le nervature sono elementi sottili, simili a pareti, inseriti solitamente nella geometria di un pezzo per dare sostegno interno alle pareti o ad altri elementi come le borchie. Analogamente, i fazzoletti triangolari sono elementi di supporto che rinforzano pareti, borchie da pavimento e altre aree. Nei ponti, le travi e le colonne sono sostenute al vertice con fazzoletti triangolari che danno maggiore resistenza alla struttura. Lo stesso concetto si applica allo stampaggio a iniezione della plastica.

Design cube di Proto Labs
Il nostro Design Cube mostra nervature di diverso spessore, l'uso corretto dei fazzoletti triangolari, la giusta progettazione delle borchie e altri aspetti utili da considerare quando si vogliono irrobustire i pezzi.*

Le nervature e i fazzoletti triangolari danno stabilità ai pezzi senza aumentare necessariamente lo spessore di parete e sono particolarmente utili per i pezzi con pareti sottili, che potrebbero rovinarsi con l'usura e gli strappi dell'uso finale. È importante ricordare che lo spessore delle nervature e dei fazzoletti triangolari non deve mai superare il 60% dello spessore di parete nominale. Questi particolari devono essere più sottili delle pareti principali per evitare la presenza di sezioni eccessivamente spesse nei punti in cui le nervature e i fazzoletti si intersecano con le pareti. La presenza di materiale in eccesso nel punto di intersezione interno tra una nervatura e la parete potrebbe provocare la formazione di segni di depressione sul lato visibile del pezzo.

I progettisti possono giocare con diversi tipi di nervature per creare motivi di rinforzo quadrati, rettangolari, romboidali, triangolari o a nido d'ape. Aggiungere una struttura di nervature equivale a rimuovere il materiale superfluo, lasciando soltanto il sistema di sostegno delle nervature. Inoltre, riduce il peso e il costo del pezzo. Occorre fare attenzione, tuttavia, a non rimuovere le superfici e gli elementi che interagiscono con le altri parti dell'assemblaggio.

Fasce

Siccome gli angoli vivi indeboliscono il pezzo, è possibile inserire nella geometria dei pezzi anche delle fasce (superfici curve di incontro tra le nervature e le pareti) che eliminano concentrazioni aggiuntive di sollecitazioni meccaniche sul pezzo finito. Come nel caso dei fazzoletti triangolari, una fascia troppo piccola non potrà svolgere la funzione di riduzione delle sollecitazioni, mentre una fascia troppo grande potrebbe causare ancora una volta la formazione di depressioni. È importante individuare la giusta dimensione e posizione delle fasce (delle nervature e dei fazzoletti tasselli triangolari). Quando si aggiunge una fascia all'interno di un angolo, è bene aggiungere, se possibile, anche un raggio di curvatura all'esterno dell'angolo. Se in alcune sezioni il rischio di depressione è troppo elevato, conviene considerare altri metodi di rafforzamento.

Termoplastici

Anche la scelta del materiale svolge un ruolo importante per la rigidezza, la durabilità, la tenacia e altre caratteristiche dei pezzi. È essenziale equilibrare il rapporto tra queste proprietà dei materiali e la funzionalità dei pezzi. Ad esempio, i progettisti potrebbero scegliere una resina termoplastica in grado di dare rigidezza al pezzo, ma quando l'applicazione finale richiede un grado elevato di resistenza agli urti, la fragilità di un pezzo non flessibile potrebbe essere la causa di rotture. Le proprietà dei materiali variano da resina a resina. Ecco alcune delle resine che utilizziamo più spesso:

  • L'ABS è una buona resina stabile di grande consumo, tenace e resistente agli urti, ideale per l'uso quotidiano. È usata spesso per gli alloggiamenti dei telecomandi, nei dispositivi alimentati a batteria e per i pannelli di monitor, stampanti e fotocopiatrici. Potrebbe presentare qualche problema di resistenza chimica.
  • Il policarbonato è più resistente agli urti rispetto all'ABS ed è indicato per la realizzazione di lenti e pezzi che richiedono maggiore lucentezza. È soggetto a stress cracking e a screpolature e velature dovute a problemi di compatibilità chimica.
  • Il nylon non riempito è flessibile, resistente agli urti e ha buone proprietà lubrificanti per l'usura. Il riempimento in fibra di vetro incrementa la rigidezza e la resistenza alla compressione del nylon, ma il materiale diventa più fragile se sottoposto a urti. Il riempimento in fibra di vetro aiuta ad aumentare l'inflessione per calore.
  • L'acetale è un eccellente materiale autolubrificante per cuscinetti con un ottimo comportamento all'usura e una buona rigidezza. Non è indicato per i pezzi con funzione estetica o da sottoporre a impressione, verniciatura o applicazione di decalcomanie.
  • Gli elastomeri termoplastici sono ottimi per realizzare parapolveri e paraspigoli grazie alla resistenza agli urti e sono usati nelle applicazioni con sovrastampaggio per le loro proprietà di aderenza. Sono più adatti per le applicazioni statiche e non sono sempre indicati per applicazioni dinamiche. Potrebbero presentare qualche problema di resistenza chimica.

Un altro modo per aumentare la resistenza dei pezzi è l’utilizzo di un additivo per i materiali. Le fibre di vetro (corte o lunghe) rendono la resina più resistente e rigida (ma anche più fragile), mentre le fibre di carbonio possono rendere le resine ancora più rigide. Si utilizzano spesso minerali come il talco e l'argilla come riempimento per aumentare la durezza dei pezzi finiti, mentre le perle di vetro e le foglie di mica sono utilizzate per irrigidire il pezzo e ridurre deformazioni e restringimenti.

Lo spessore di parete

A volte per rinforzare un pezzo è sufficiente aumentare lo spessore complessivo di parete. Proto Labs fornisce un elenco di spessori di parete consigliati in base al tipo di resina per aiutare a progettare pezzi non troppo sottili né troppo spessi. Più grande è il pezzo e maggiore attenzione occorre prestare a nervature, fazzoletti triangolari, materiali e altri fattori che aumentano la resistenza. Come sempre, i tecnici del nostro Servizio Clienti sono pronti a discutere la geometria e il progetto dei pezzi, senza dimenticare l'analisi interattiva della fattibilità che correda ogni preventivo Proto Labs.

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