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Informazioni fondamentali sulla progettazione per lo stampaggio a iniezione

Come angolo di spoglia, raggio di curvatura, spessore delle pareti e altri elementi della progettazione migliorano la realizzabilità dei pezzi

I pezzi arrivano alla fase di stampaggio a iniezione in modi diversi. Alcuni vengono prima sottoposti a prototipazione mediante stampa in 3D, processo in cui le considerazioni di stampabilità hanno un'importanza relativa. Altri prendono la strada più tradizionale della lavorazione a macchina che permette di eseguire test iterativi. E molti vengono semplicemente sottoposti subito allo stampaggio a iniezione.

L'esperienza ci ha insegnato che, prima di procedere alla produzione, occorre considerare aspetti importanti della progettazione. Questi possono migliorare la stampabilità dei pezzi e, in ultima analisi, ridurre la possibilità che insorgano problemi di produzione, difetti cosmetici e altre questioni.

Angolo di spoglia e raggi di curvatura

L'applicazione di un angolo di spoglia e raggi di curvatura ad un pezzo è estremamente importante per una parte stampata a iniezione correttamente progettata. L'angolo di spoglia aiuta a far uscire il pezzo dallo stampo con un minor grado di tiratura sulla sua superficie poiché il materiale si ritira sul nucleo dello stampo. Un angolo di spoglia limitato richiede una pressione eccessiva sul sistema di espulsione che potrebbe danneggiare i pezzi ed eventualmente lo stampo.

Una buona regola consiste nell'applicare un angolo di spoglia di 1 grado ogni 25 mm di profondità della cavità sebbene questo potrebbe non essere tuttavia sufficiente a seconda del materiale selezionato e delle capacità dello stampo. Proto Labs si avvale della lavorazione con macchine CNC per fabbricare la maggior parte delle caratteristiche dello stampo. Il risultato del nostro processo di produzione è uno spessore di parete e un angolo di spoglia dipendenti dalla fresa a codolo che utilizziamo per ogni caratteristica. Ecco perché la nostra analisi di realizzabilità (DFM) diventa particolarmente utile in quanto il nostro software esamina distintamente ciascuna caratteristica del pezzo e la confronta alla nostra serie di strumenti. L'analisi di realizzabilità mette in luce la geometria del pezzo che potrebbe richiedere un angolo di spoglia e uno spessore superiori.

Angoli
Gli angoli vivi comportano alte concentrazioni di sollecitazioni e ostacolano il flusso della plastica. Gli angoli arrotondati hanno concentrazioni ridotte di sollecitazioni e agevolano il flusso della plastica.

Il raggio di curvatura non è invece necessario per lo stampo a iniezione, ma dovrebbe essere applicato al vostro pezzo per svariati motivi, in quanto l'eliminazione degli angoli vivi migliorerà il flusso di materiale e l'integrità del pezzo stesso.

La resina che riempie la cavità dello stampo fluisce meglio attorno agli angoli arrotondati, proprio come un fiume quando scorre. I fiumi non seguono angoli di 90 gradi perché il flusso dell'acqua crea angoli interni ed esterni e si muove quindi con facilità verso la sua destinazione finale. Allo stesso modo, la resina plastica segue il percorso che offre il minor grado di resistenza per minimizzare la quantità di sollecitazioni sul materiale e sullo stampo. Come l'angolo di spoglia, anche gli angoli di curvatura aiutano nell'espulsione del pezzo in quanto spigoli arrotondati riducono le possibilità che questo aderisca allo stampo, subendo deformazioni o addirittura rompendosi.

Spessore di parete
Raccomandazioni sullo spessore
Spessore di parete

Il controllo dello spessore della parete durante la progettazione di un pezzo contribuisce a gestirne l'estetica, il peso e la robustezza. I pezzi troppo spessi presentano depressioni antiestetiche, deformazioni e vuoti interni (tasche o bolle d'aria). Per evitare questi inconvenienti, sono state stabilite linee guida per lo spessore delle pareti dei materiali; occorre però ricordare che questa è una regola generale in quanto non tutti i pezzi possono presentare spessori di parete compresi tra quelli indicati in tabella.

Alleggerimento delle parti spesse e nervature

Oltre ad utilizzare il corretto spessore di parete, occorre esaminare ulteriori aspetti per garantire che l'integrità del design di un pezzo rimanga intatta. L'ipotesi che quanto più spesso tanto più robusto è un pezzo, è assolutamente falsa. Un pezzo destinato a svolgere una funzione strutturale che sia correttamente progettato deve contenere nervature e rinforzi di supporto che ne aumentano la robustezza e possono contribuire a eliminare difetti cosmetici quali deformazioni, depressioni e vuoti.

Rib-to-wall thickness ratios
Osservate i rapporti di spessore tra nervatura e parete: per evitare depressioni, lo spessore della nervatura dovrebbe essere circa metà di quello della parete.

Iniziate quindi ad alleggerire le parti spesse del vostro pezzo, mantenendone comunque l'altezza complessiva e il diametro senza causare necessariamente un calo delle prestazioni. È molto probabile che in questo modo aumenterete la performance del pezzo e anche il suo aspetto estetico.

Passate ora a progettare le nervature di supporto. Il modo ideale per progettare le nervature è quello di utilizzare un rapporto di spessore nervatura-parete pari al 40-60% dello spessore delle superfici adiacenti. Il corpo principale del pezzo deve avere uno spessore sufficiente affinché le nervature adiacenti che da esso vengono estruse abbiano uno spessore pari a circa la metà. Questo contribuisce a evitare la formazione di sezioni spesse che potrebbero raffreddarsi in tempi diversi rispetto alle sezioni più sottili e aiuta inoltre a ridurre il rischio di depressioni e sollecitazioni che possono creare deformazioni nel pezzo.

Rampe e rinforzi sono anch'essi elementi di progettazione atti a rafforzare e a migliorare esteticamente il vostro pezzo. Ancora una volta, ribadiamo il concetto che la plastica preferisce transizioni graduali da una geometria all'altra e che una lieve rampa aiuta il materiale a fluire tra un livello e l'altro. I rinforzi supportano pareti o caratteristiche e riducono al contempo le sollecitazioni di stampaggio.

Nucleo-cavità

Al nucleo e alla cavità viene spesso fatto riferimento come ai lati A e B o alle metà superiore e inferiore di uno stampo. In fase di progettazione del pezzo, considerare l'adozione del metodo nucleo-cavità può far risparmiare tempo di produzione e denaro nonché migliorare l'aspetto estetico complessivo del pezzo stesso.

Immaginate di progettare una semplice scatola. Quando applicate l'angolo di spoglia alle superfici esterne e interne dello stesso semistampo, create una nervatura molto profonda difficile da fabbricare e aumentate i costi della lavorazione con utensili. Questo aumenta anche le possibilità che si verifichino danni allo stampo a causa della difficoltà di espulsione del pezzo e stampate incomplete provocate dalla mancanza di sfiato dello stampo nella nervatura profonda.

Presenza di nervature profonde: Scatola progettata con pareti come nervature. Costi più alti per lavorare e lucidare la cavità. Adozione del metodo nucleo-cavità: Scatola progettata con il metodo nucleo-cavità. Si possono ottenere caratteristiche con una fresa più grande e più veloce, più facili e più rapide da lucidare.

Potete dissipare tutti questi timori adottando il metodo nucleo-cavità. Questa tecnica di progettazione richiede l'applicazione di un angolo di spoglia alle pareti esterne e interne, affinché siano parallele tra loro. Questo metodo mantiene uno spessore di parete costante, assicura l'integrità del pezzo, migliora la robustezza e la stampabilità e riduce il costo complessivo di produzione.

Sottosquadri

Lo stampaggio a iniezione rapida richiede che il design del vostro pezzo sia il più semplice possibile, vero? Questa è un'altra falsa credenza in quanto supportiamo design complessi che richiedono sottosquadri attraverso l'uso di fori e altre caratteristiche.

I sottosquadri esterni sono i più semplici e i più economici da realizzare in quanto inseriamo azionamenti laterali attivati da estrattori. Questi azionamenti laterali si muovono insieme allo stampo alla sua apertura e chiusura, mentre la camma scorre lungo un estrattore ad angolo. Quando aperto, la camma è completamente ritratta consentendo l'agevole espulsione del pezzo senza causare danni allo stampo che si richiude nuovamente fino a quando la camma ritorna in posizione per creare il pezzo successivo.

Nei casi in cui non si possano utilizzare gli azionamenti laterali, impieghiamo inserti che vengono rimossi manualmente. Si tratta di componenti dello stampo più grandi di un cubo di 12,5 mm di lato caricati da un operatore nella pressa prima che questa si chiuda. Una volta stampato, il pezzo viene espulso insieme all'inserto. L'operatore prende il pezzo e rimuove manualmente l'inserto riponendo lo stampo in posizione per la lavorazione del pezzo successivo.

Accessi e perni dell'espulsore

Gli accessi e i perni dell'espulsore sono necessari per consentire alla resina plastica di riempire strategicamente lo stampo e alle parti in plastica di essere espulse correttamente dal medesimo. Abbiamo appreso dall'esperienza che esistono diversi modi per accedere ai pezzi o espellerli, per cui occorre considerare la posizione degli accessi e dei perni dell'espulsore prima di procedere alla lavorazione con utensili.

Gli accessi a linguetta sono quelli più comunemente usati in quanto offrono al tecnico capacità di lavorazione ottimali e permettono di aumentarne le dimensioni, se richiesto dal processo. Un accesso a linguetta ha una forma rastremata rispetto al canale di colata, per cui è più stretto a contatto con la superficie del pezzo. Questo permette di avere un punto di congelamento tra il pezzo e il canale di colata che elimina il calore dalla superficie del pezzo. Occorre rimuovere il calore da questa superficie per ridurre al minimo il rischio della formazione di depressioni nel pezzo. Dopo lo stampaggio, l'accesso a linguetta deve essere rimosso manualmente, e lascia dei residui di circa 0,13 mm.

I sub-gate vengono solitamente usati incorporando un punto di iniezione a tunnel nel lato del pezzo o in un perno dell'espulsore (punto di iniezione a sottomarino). Entrambi i tipi di accesso consentono generalmente di ridurre le dimensioni dei residui rimasti sulla parte esterna del pezzo. I punti di iniezione a tunnel entrano sempre esternamente nel pezzo ma sono posizionati a metà della sua superficie, per cui lasciano solitamente meno residui. I punti di iniezione a sottomarino non lasciano residui visibili sulla parte esterna del pezzo che viene riempito da uno dei perni dell'espulsore vicino al suo perimetro. Il rischio di questa operazione è l'ombra antiestetica che si viene a formare sul lato opposto del pezzo a causa del calore e dello spessore del pezzo stesso. Pertanto, occorre prestare estrema attenzione se questa lavorazione viene usata per pezzi altamente cosmetici che presentano una superficie goffrata o molto lucida.

I punti di iniezione a caldo funzionano bene in quanto lasciano un residuo minimo se paragonati ai sistemi formati dal cono e dal canale di colata. Il punto di iniezione a caldo è più indicato per i pezzi che richiedono un riempimento equilibrato dal centro ai bordi esterni. Questo minimizza eventuali spostamenti dello stampo in quanto gli accessi a linguetta possono creare una pressione non uniforme all'interno dello stampo. I punti di iniezione a caldo rappresentano spesso gli accessi più utilizzati per questioni estetiche (hanno un diametro di circa 1,3 mm) e si possono spesso nascondere in un incavo o attorno al logo o al testo.

I punti di iniezione a colata diretta sono i meno attraenti dal punto di vista estetico e vengono usati con materiali specifici a elevato contenuto di fibra di vetro o nei casi in cui la parte centrale del pezzo richiede una lavorazione secondaria. I punti di iniezione a colata diretta hanno un grande diametro, difficile da rimuovere manualmente, e richiedono spesso l'impiego di un dispositivo di fissaggio che viene rimosso con la lavorazione.

Assistenza tecnica

Se si possiedono solide conoscenze delle tecniche da utilizzare per migliorare la stampabilità dei pezzi, è molto più semplice passare alla produzione in volumi ridotti ed eventualmente allo stampaggio a iniezione di grandi quantitativi. Il passo successivo consiste nel caricare online il vostro modello 3D per ricevere un preventivo interattivo ed un'analisi di realizzabilità (DFM) gratuita in poche ore. Come già detto, l'analisi DFM evidenzierà eventuali problemi di stampabilità e suggerirà soluzioni pratiche. Una volta ottenuto il feedback sul vostro design, vi consigliamo di contattare uno dei nostri esperti tecnici del Servizio clienti, a disposizione per offrirvi ulteriori consigli prima di avviare la produzione. Li potrete contattare al numero 0321 381211 o all'indirizzo customerservice@protolabs.it.

Vi invitiamo inoltre a consultare altri suggerimenti utili nella sezione Principi fondamentali dello stampaggio del nostro sito Web e a scaricare il volume 1 e il volume 2 dei nostri White Paper sullo stampaggio a iniezione.