Progettazione per stampaggio a iniezione: prima di tutto pareti uniformi
La plastica si ritira raffreddandosi, e le zone spesse si ritirano di più e si raffreddano più lentamente di quelle sottili. Il risultato sono risucchi, vuoti interni e deformazioni. La regola di base è quindi tenere lo spessore il più uniforme possibile in tutto il pezzo. I passaggi tra spessori diversi devono essere graduali, su una lunghezza di circa tre volte la differenza di spessore.
Lo spessore ragionevole dipende dal materiale. ABS e PC funzionano tipicamente bene tra circa 1,2 e 3,5 mm, mentre PP, PA e POM si possono stampare più sottili. Pareti più spesse del necessario allungano il tempo ciclo, e il tempo ciclo determina il prezzo unitario in serie. Se serve rigidezza, le nervature sono quasi sempre meglio di pareti più spesse.
Un pezzo disegnato per la stampa 3D o la fresatura ha spesso zone massicce che lì funzionano, ma non in uno stampo. Svuotiamo queste zone dal retro, così la parete diventa uniforme, e sostituiamo il materiale pieno con una rete di nervature. Il pezzo diventa più leggero e ha un tempo ciclo più breve senza perdere rigidezza.
Angoli di sformo e linea di divisione
Tutte le superfici parallele alla direzione di apertura dello stampo richiedono un angolo di sformo, così il pezzo si stacca senza graffiarsi. Il valore indicativo è almeno 0,5–1° sulle superfici lucide. Le superfici goffrate ne richiedono di più, spesso 1–1,5° in più ogni 0,025 mm di profondità della goffratura, secondo le indicazioni dello stampista o del fornitore della texture. I pezzi profondi richiedono in genere un angolo maggiore di quelli bassi, perché l'attrito sul maschio cresce con la profondità.
La linea di divisione, dove si incontrano le due metà dello stampo, lascia sempre un leggero segno sul pezzo. La collochiamo su uno spigolo dove non si vede e non disturba una tenuta, in accordo con lo stampista. Fori e sottosquadri non allineati alla direzione di apertura richiedono carrelli o tasselli mobili, che rendono lo stampo più costoso. Spesso una geometria modificata elimina del tutto questa necessità, per esempio una finestra passante al posto di una cava cieca.
I sottosquadri, cioè le forme che si agganciano allo stampo, a volte si risolvono con un'apertura passante sul fondo. Un maschio dall'altro lato può così formare il dente. La tecnica si usa spesso per gli incastri a scatto e fa risparmiare un carrello. Proponiamo queste soluzioni presto, prima che lo stampista faccia il preventivo dello stampo.
Nervature, raggi e torrette
Una nervatura dà rigidezza senza pareti spesse. Come valore indicativo lo spessore della nervatura è il 50–60% della parete, o meno per materiali soggetti a risucchi. L'altezza dovrebbe essere al massimo circa tre volte lo spessore di parete e la distanza tra nervature almeno due volte. Anche le nervature ricevono angolo di sformo e un piccolo raggio alla base.
Gli spigoli interni vivi creano concentrazioni di tensione e un riempimento peggiore. I raggi interni dovrebbero essere almeno metà dello spessore di parete. I raggi esterni sono uguali al raggio interno più lo spessore, così la parete resta uniforme attorno allo spigolo. Le torrette si collegano alla parete con nervature e si tengono lontane da zone spesse. La parete della torretta è circa il 60% della parete nominale, per evitare risucchi sul lato in vista.
Gli incastri a scatto si dimensionano in base alla deformazione che il materiale sopporta. Una linguetta che si assottiglia verso la punta distribuisce la deformazione meglio di una dritta, e un raggio alla base riduce il rischio di rottura. Facciamo un calcolo semplificato della flessione e poi verifichiamo la funzione con un prototipo stampato.
Scelta del materiale e ritiro
Il materiale influisce sia sul progetto sia sullo stampo. Le plastiche amorfe come ABS e PC si ritirano poco e in modo uniforme, circa 0,4–0,7%. Le semicristalline come PP, PA e POM si ritirano di più, spesso 1–2,5%, e in misura diversa lungo e attraverso il flusso. Le varianti caricate vetro si ritirano meno ma diventano anisotrope.
Gli incastri a scatto funzionano meglio in materiali tenaci come PP, PA e POM, che sopportano deformazioni maggiori di PC e ABS. Il PP è adatto alle cerniere film, che si possono piegare migliaia di volte senza rompersi. Scegliamo il materiale in base a temperatura, sostanze chimiche, rigidezza e superficie e ne indichiamo la designazione sul disegno. Il ritiro vero e proprio lo compensa lo stampista, che maggiora la cavità.
Il nostro compito è indicare chiaramente il materiale ed evitare geometrie che si ritirano in modo irregolare. Ne sono un esempio le grandi superfici piane senza nervature.
Provare con un prototipo prima di ordinare lo stampo
Uno stampo è difficile e costoso da modificare una volta lavorato l'acciaio. Per questo verifichiamo prima la geometria con prototipi stampati in 3D. Accoppiamenti, incastri e montaggio si possono valutare, anche se una stampa non avrà mai esattamente le proprietà di un pezzo iniettato. Il percorso completo è descritto in sviluppo prodotto e prototipi. A volte conviene anche ordinare prima uno stampo prototipo più semplice in alluminio per i primi pezzi.
A progetto finito lo STEP va allo stampista insieme a un disegno con quote critiche, superfici con requisiti di finitura e posizioni ammesse per punto di iniezione ed estrattori. Non eseguiamo simulazioni di riempimento, ma consegniamo una documentazione pulita a chi fa l'analisi. Gli involucri sono un'applicazione frequente: vedi progettazione involucri per elettronica.
Pensa anche alle marcature. Codice del materiale secondo ISO 11469, datario e numero di cavità vanno su una superficie nascosta. Li inseriamo nel modello fin dall'inizio, così lo stampista non deve aggiungerli dopo.
Valori indicativi per pezzi stampati a iniezione
| Parametro | Valore indicativo |
|---|---|
| Spessore parete ABS | circa 1,2–3,5 mm |
| Spessore parete PP | circa 0,8–3,8 mm |
| Spessore parete PA (PA6, PA66) | circa 0,8–3,0 mm |
| Spessore parete PC | circa 1,0–3,8 mm |
| Spessore parete POM | circa 0,8–3,0 mm |
| Angolo di sformo, superficie lucida | almeno 0,5–1° |
| Angolo di sformo, superficie goffrata | circa 1–1,5° in più ogni 0,025 mm di goffratura |
| Nervatura: spessore / altezza / distanza | 50–60% della parete / ≤ 3 × parete / ≥ 2 × parete |
| Raggi | interno ≥ 0,5 × parete, esterno = interno + parete |
| Ritiro | ABS e PC circa 0,4–0,7%; PP, PA e POM circa 1–2,5% |
Valori indicativi per materiali non caricati. La scheda tecnica del fornitore e l'esperienza dello stampista valgono prima della tabella.
Cosa ci serve da te
- Modello 3D in STEP o un prototipo stampato esistente
- Funzione e ambiente: carico, temperatura, sostanze chimiche, raggi UV e contatto con alimenti
- Materiale desiderato o i requisiti che ne guidano la scelta
- Superfici in vista e requisiti di finitura o goffratura
- Volume annuo previsto
- Parti con cui il pezzo si monta: viti, inserti e altri pezzi in plastica
- Contatti dello stampista, se è già stato scelto
Esempi di lavori
- Scocca e coperchio per elettronica
- Incastri a scatto e clip
- Maniglia con nervature invece di materiale pieno
- Barattolo con tappo a vite
- Coperchio con cerniera film in PP
- Ruote e rulli
- Carter con torrette e inserti filettati
- Riprogettazione di un pezzo stampato in 3D per la serie
- Staffa in PA caricato vetro
- Pezzi con superficie goffrata
Cosa influisce su prezzo e tempi di consegna
- Quanta parte della geometria esistente va modificata
- Numero di carrelli e tasselli mobili da eliminare con il progetto
- Incastri a scatto, cerniere film e filettature
- Numero di pezzi che devono combaciare in un assieme
- Numero di giri di prototipo prima dell'ordine dello stampo
- Revisioni dopo le osservazioni dello stampista
Cosa ricevi
- STEP per lo stampista
- Verifica di angoli di sformo e spessori su tutto il pezzo
- Proposta di linea di divisione, punto di iniezione ed estrattori
- Disegno con quote critiche, materiale e requisiti superficiali
- File di prototipo e pezzi di prova stampati
- Gestione delle revisioni dopo le osservazioni dello stampista
Domande frequenti
Quale angolo di sformo serve nello stampaggio a iniezione?
Come valore indicativo almeno 0,5–1° sulle superfici lucide nella direzione di apertura. Superfici goffrate e pezzi profondi ne richiedono di più. Lo stampista può indicare i valori esatti per il suo stampo.
Quanto deve essere spessa la parete di un pezzo stampato a iniezione?
Dipende da materiale e dimensioni. Per scocche in ABS e PC è comune circa 1,5–3 mm, per PP e PA spesso un po' meno. La cosa più importante è che la parete sia uniforme.
Realizzate lo stampo?
No. Progettiamo il pezzo, prepariamo la documentazione e ti supportiamo nel dialogo con lo stampista. Lo stampo vero e proprio lo produce uno stampista scelto da te.
Un pezzo stampato in 3D si può adattare allo stampaggio a iniezione?
Sì. Rendiamo uniformi le pareti, aggiungiamo angoli di sformo e nervature ed eliminiamo i dettagli che richiedono carrelli. Spesso il pezzo diventa più leggero e più robusto.
Cosa causa i risucchi?
Zone spesse che si ritirano più di quelle attorno, spesso vicino a nervature e torrette. Si evitano con pareti uniformi, nervature più sottili e zone svuotate.
Serve una simulazione di riempimento?
Per pezzi grandi o a parete sottile e con alte esigenze estetiche spesso ne vale la pena. Di solito l'analisi la fa lo stampista o uno specialista, e noi consegniamo una documentazione già preparata per questo.