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Migliorare la progettazione dei modelli puntando sullo spessore uniforme delle pareti

Ottenere pareti e dettagli uniformi apportando lievi modifiche alla geometria del pezzo e ai materiali impiegati

Proviamo a osservare un portaspazzolino stampato a iniezione, una tanica di benzina o il vassoio portaposate riposto nella credenza in cucina. Se li guardiamo attentamente, notiamo che tutti questi oggetti sono caratterizzati da pareti relativamente uniformi. Ciò costituisce una delle regole basilari della stampa a iniezione di materiali plastici e ignorarla significa accettare il rischio di ottenere pezzi soggetti a depressioni o deformazioni, o addirittura imprecisi e inutilizzabili. Eppure, i requisiti funzionali dei prodotti destinati ai settori dei beni di consumo, medico, aerospaziale e industriale molto spesso non consentono ai progettisti di dedicare la dovuta considerazione al flusso del materiale e alle proprietà di rinforzo della plastica; aspetti, questi, che sono almeno in parte determinati dallo spessore delle pareti.

Per ottenere pareti di spessore uniforme occorre prima chiarire alcuni principi di base:

Recommended wall thickness in injection molding design
Proper wall thickness will reduce the risk of cosmetic defects in plastic parts.
  • Le pareti di qualsiasi pezzo stampato a iniezione dovrebbero avere uno spessore pari al 40-60 percento rispetto a quello delle pareti adiacenti. Lo spessore dovrebbe inoltre rientrare negli intervalli definiti per il materiale selezionato.
  • È consigliabile evitare geometrie di pezzi che includano dettagli quali lunghi elementi autoportanti, angoli vivi interni e borchie mal progettate, a prescindere dallo spessore delle pareti.
  • Ove necessario, è bene servirsi di nervature per il rafforzamento di pareti particolarmente alte.
  • Gli angoli vivi esterni non pongono particolari problemi, ma l'inserimento di un angolo arrotondato all'interno (modello permettendo) rafforza l'estremità e provvede ad alleviare la sollecitazione responsabile di possibili deformazioni.
  • Per quanto riguarda le borchie, è bene osservare le indicazioni di progettazione applicabili allo stampaggio per evitare possibili depressioni, mantenendo lo spessore delle pareti entro il 40-60 percento rispetto all'area circostante.
  • Raccomandiamo infine di seguire le raccomandazioni sugli angoli di spoglia: 1 grado di spoglia per ogni 25 mm di profondità costituisce solitamente una regola valida. Attenzione anche a mantenere uniforme l'angolo di spoglia nella totalità del pezzo, al fine di prevenire le sollecitazioni interne che potrebbero provocare deformazioni e arricciature.
La scelta dei materiali

Quando si tratta di spessore delle pareti, una delle considerazioni principali è la scelta del materiale da utilizzare per il proprio progetto. E con centinaia di materiali a disposizione, l'impresa può essere tutt'altro che semplice. Su internet è possibile reperire informazioni sulla gamma di resine disponibile raggruppate in base alla categoria, con indicazione degli intervalli di spessore raccomandati e informazioni dettagliate sulle proprietà del materiale, resistenza alla trazione e agli urti e temperatura di esercizio massima. Ulteriori informazioni sono inoltre disponibili sulla nostra pagina dedicata ai materiali.

Resina mm
ABS 1.143 - 3.556
Acetale 0.762 - 3.048
Acrilico 0.635 - 3.810
Polimero liquido cristallizzato 0.762 - 3.048
Materiali plastici rinforzati a fibra lunga 1.905 - 2.540
Nylon 0.762 - 2.921
Policarbonato 1.016 - 3.180
Poliestere 0.635- 3.175
Polietilene 0.762 - 5.080
Solfuro di polifenilene 0.508 - 4.572
Polipropilene 0.635 - 3.810
Polistirene 0.889 - 3.810
Poliuretano 2.032 - 1.905

   Spessore pareti raccomandato per tipo di resina.

Iniziate a ricercare gli attributi più importanti per il prodotto finito:

  • Il prodotto necessita di resistenza chimica o alla luce ultravioletta (UV)?
  • La plastica sarà esposta direttamente a fiamme o a temperature estreme?
  • Quanto deve essere resistente il pezzo? È necessario che sia in grado di flettersi sotto carico?
  • Se il colore è importante, il materiale è indicato per la verniciatura o l'aggiunta di colorante (nel caso delle resine) prima del processo di iniezione?
  • E l'opacità? Alcune plastiche sono caratterizzate da buone proprietà ottiche, mentre altre lasciano un po' a desiderare sotto questo punto di vista.
  • Il prodotto sarà utilizzato in un ambiente elettromagnetico?

Mentre riflettete su tutti questi fattori, date uno sguardo alla sezione del sito web dedicata allo spessore delle pareti. Ovviamente, l'utilizzo di un dato materiale può essere preso in considerazione solo se quest'ultimo consente di riprodurre le dimensioni e la geometria definite per il progetto in questione, pur rispettando i requisiti di fabbricazione del materiale stesso. Quando siete finalmente pronti a scegliere un materiale, rivolgetevi al nostro servizio clienti. I nostri tecnici saranno in grado di consigliarvi o di mettervi in contatto con una figura competente presso le nostre aziende fornitrici.

Ad esempio, il nylon 6/6 ha un flusso scorrevole, è particolarmente adatto a pezzi con pareti sottili e ha un'eccellente resistenza agli urti, ma talvolta viene scartato per via della sua minore robustezza e incapacità di resistere al calore. Tali limitazioni possono però essere risolte con l'aggiunta di rinforzi in fibra di vetro che rendono il nylon non solo molto più robusto, ma possono accrescerne sensibilmente anche la resistenza alle elevate temperature. Inoltre, sebbene il vetro riduca il rischio di depressioni in corrispondenza delle aree più spesse, potrebbe provocare deformazioni in quelle più sottili a seconda del flusso del materiale durante il processo di stampaggio.

Optical LSR part example
An example of an optical LSR part.

In alcuni casi potrebbe essere consigliabile passare a una famiglia di materiali completamente diversa:

  • Il policarbonato è un materiale comunemente utilizzato nella progettazione di componenti ottici, ma l'acrilico risulta spesso una scelta più efficace per le parti spesse, poiché riduce il rischio di incorrere in depressioni, vuoti, bolle e scadente qualità dei dettagli.
  • La gomma siliconica liquida (LSR) di grado ottico offre una migliore trasmissione luminosa e chiarezza del prodotto, permettendo ai progettisti anche di ignorare le tradizionali regole di spessore anche nella realizzazione di dettagli estremamente piccoli.
  • Un polimero stirenico noto con il nome di K-Resin è spesso un valido sostituto dell'ABS o del policarbonato nei componenti strutturali di grandi dimensioni.
  • Il polimero a cristalli liquidi (LCP) è un altro materiale con rinforzi in fibra di vetro che offre robustezza ma che si presta anche a essere utilizzato per realizzare dettagli sottili (se necessario).

Insomma, i materiali a disposizione sono centinaia e ciascuno si presta a essere adattato, messo a punto o utilizzato in combinazione con altri materiali al fine di generare i risultati desiderati.

Modifiche intelligenti

Ma se non riuscite a individuare materiali con la giusta combinazione di caratteristiche, non disperate. Sarà sufficiente apportare alcuni aggiustamenti alla geometria del pezzo per alleviare le sollecitazioni interne e ridurre la fragilità generata da pareti di spessore inadeguato. I pezzi a forma di manubri o di rocchetti sono i candidati perfetti da sottoporre al processo di rimozione del nucleo ("coring"), una tecnica che consente di eliminare ampie sezioni di materiale lasciando però intatto il nucleo (un po' come avviene quando si taglia una mela a spicchi). Si tratta di un metodo perfetto per scongiurare il rischio di depressioni, ridurre l'impiego del materiale e realizzare pezzi più leggeri ma altrettanto robusti (anzi, forse anche più robusti). I coperchi di contenitori o altri pezzi simili caratterizzati da pareti lunghe e sottili possono essere rinforzati con l'ausilio di tasselli triangolari, purché lo spessore relativo delle pareti del materiale di supporto rispetti la regola del 40-60 percento di cui abbiamo parlato prima. Questa tecnica elimina anche il rischio di formazione di ombre antiestetica, che si verifica quando un'area del pezzo si raffredda più rapidamente rispetto alle altre.

Analisi della realizzabilità

Una volta ricevuto il preventivo per il vostro modello, raccomandiamo di dare anche uno sguardo all'analisi allegata (DFM), con cui mettiamo a disposizione una serie di indicazioni utili su come migliorare la realizzabilità del pezzo. Le aree eccessivamente spesse o sottili vengono segnalate secondo un codice a colori sulla base dei normali valori di spessore delle pareti, e il tutto è accompagnato da una serie di consigli sulle modifiche da apportare agli angoli di spoglia. L'analisi evidenzia linee di separazione, perni di espulsione e l'ubicazione degli accessi, nonché sottosquadri, azionamenti laterali e la necessità di introdurre inserti caricati a mano. Se ritenuto necessario, è possibile eseguire anche un'analisi del flusso al fine di studiare i punti di pressione attorno alle aree degli accessi, nonché identificare potenziali cordoni di saldatura. Come sempre, non esitate a contattarci al numero +39 0321 381211 o all'indirizzo customerservice@protolabs.it per qualsiasi domanda o chiarimento.

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