Renforcez vos pièces grâce aux éléments de support et à la sélection des matières
Les ingénieurs produits renforcent leurs pièces moulées par injection de différentes manières et pour différentes raisons. La dissection de l'application de la pièce est une bonne première étape pour déterminer s'il convient d'intégrer une plus grande résistance dans une pièce. Comment les clients utiliseront-ils le produit et dans quel environnement évoluera-t-il ? Vous pouvez avoir besoin de pièces capables de résister à des impacts répétitifs, à l'usure ou à de lourdes charges. Il peut s'agir simplement d'intégrer des nervures ou des bossages dans votre conception, ou d'une combinaison plus complexe d'éléments de conception impliquant des caractéristiques de support, de la matière, de l'épaisseur de paroi, etc. Trouver le bon équilibre entre les différents éléments permet de répondre aux besoins de résistance et de stabilité de votre pièce.
Les nervures sont des éléments fins, semblables à des parois, généralement conçus dans la géométrie d'une pièce pour ajouter un support interne aux parois ou à d'autres éléments tels que les bossages. De la même manière, les goussets sont des éléments de soutien qui renforcent des zones telles que les murs ou les bossages au sol. Tout comme les poutres et les colonnes des ponts sont soutenues à leur sommet par des goussets afin d'ajouter une résistance critique à la structure, le même concept s'applique au moulage par injection de plastique.
Les nervures et les goussets assurent la stabilité des pièces sans qu'il soit nécessaire d'augmenter l'épaisseur des parois. Ils sont particulièrement utiles pour les pièces dont les parois sont déjà minces et qui pourraient être compromises par l'usure de l'utilisateur final. Il est important de noter que les nervures et les goussets ne doivent pas représenter plus de 60 % de l'épaisseur nominale de la paroi. Ces caractéristiques sont maintenues plus minces que les parois primaires afin d'éviter des sections trop épaisses à l'intersection des nervures et des goussets avec la paroi. Lorsqu'il y a un surplus de matière aux intersections entre les nervures et les parois, des marques d'enfoncement peuvent apparaître sur la face visible de la pièce.
Les concepteurs de produits peuvent jouer avec différentes formations de nervures pour créer des motifs carrés, rectangulaires, en losange ou en triangle qui rigidifient la pièce. Un motif de nervures équivaut à un carottage de la matière inutile, ne laissant que le système de support des nervures - il réduit également le poids et le coût de la pièce. Mais n'oubliez pas de ne pas enlever les surfaces et les caractéristiques qui sont en interface avec les autres pièces de l'assemblage du produit.
Étant donné que les angles pointus sont source d'affaiblissement des pièces, les congés (faces incurvées où les nervures rencontrent les parois) peuvent également être intégrés à la géométrie de la pièce afin d'éliminer les concentrations de contraintes mécaniques supplémentaires sur une pièce finie. À peu près comme pour les goussets, un congé trop petit ne parviendra pas à réduire les contraintes, mais un congé trop grand peut à nouveau créer un enfoncement. Il est important de déterminer la taille et l'emplacement appropriés des congés (ainsi que des nervures et des goussets). Lorsque vous ajoutez un congé à l'intérieur d'un angle, ajoutez également un rayon à l'extérieur de l'angle, si possible. Si le risque d'enfoncement est trop élevé dans certaines sections, il convient d'envisager d'autres méthodes de renforcement de la résistance.
La sélection des matières a également une influence sur la rigidité, la durabilité, la ténacité et d'autres caractéristiques des pièces ; il est essentiel d'équilibrer la relation entre ces propriétés des matières et la fonctionnalité des pièces. Par exemple, les concepteurs de produits peuvent choisir une résine thermoplastique qui produira une pièce rigide, mais si l'application exige une très grande résistance aux chocs, la fragilité d'une pièce inflexible peut entraîner sa rupture. Les propriétés des matières diffèrent d'une résine à l'autre. Voici un aperçu de quelques-unes de nos résines les plus fréquemment utilisées :
- L'ABS est une résine grand public stable et de bonne qualité qui est solide et résistante aux chocs dans les environnements d'utilisation quotidienne. Il est couramment utilisé dans les boîtiers de télécommandes, les outils à piles et les panneaux de carrosserie des moniteurs, des imprimantes et des photocopieuses. L'ABS peut poser des problèmes de résistance aux produits chimiques.
- Le polycarbonate est plus résistant aux chocs que l'ABS et convient bien aux lentilles et aux pièces qui doivent être plus brillantes. Il est susceptible de se fissurer sous l'effet de la contrainte et risque de se craqueler ou de se déformer en raison de problèmes de compatibilité chimique.
- Le nylon non chargé est souple et résistant aux chocs, avec un bon pouvoir lubrifiant. La charge de fibre de verre augmente la rigidité et la résistance à la compression du nylon, mais la matière devient plus fragile à l'impact. La charge de fibre de verre permet d'augmenter la déviation de la chaleur.
- L'acétal est une excellente matière autolubrifiante pour les roulements, avec d'excellentes propriétés d'usure et une bonne rigidité. Il ne convient pas aux pièces cosmétiques ou aux pièces nécessitant une tampographie, de la peinture ou des décalcomanies.
- Les TPE sont parfaits pour les joints anti-poussière et le rembourrage des coins pour la résistance aux chocs, et sont utilisés dans les applications de surmoulage pour les caractéristiques d'adhérence. Ils ne conviennent pas toujours aux applications dynamiques ; les applications statiques sont préférables. Les TPE peuvent poser des problèmes de résistance chimique.
Le renforcement des matières à l'aide d'un additif peut également renforcer la solidité des pièces. Les fibres de verre longues et courtes rendent les résines plus solides et plus rigides (mais plus cassantes), et les fibres de carbone peuvent rendre les résines encore plus rigides. Les minéraux tels que le talc et l'argile sont souvent utilisés comme charges pour augmenter la dureté des pièces finies ; les billes de verre et les paillettes de mica sont utilisées pour rigidifier une pièce et réduire le gauchissement et le rétrécissement.
Parfois, pour renforcer une pièce, il suffit d'augmenter l'épaisseur globale de la paroi. Protolabs fournit une liste des épaisseurs de paroi recommandées en fonction du type de résine pour aider à concevoir des pièces qui ne sont ni trop fines ni trop épaisses. Plus les pièces sont grandes, plus il faut prêter attention aux nervures, aux goussets, aux matières et aux autres facteurs qui améliorent la résistance. Comme d'habitude, nos ingénieurs d'application sont à votre disposition pour discuter de la géométrie et de la conception des pièces, et n'oubliez pas l'analyse interactive de la moulabilité qui accompagne chaque pièce citée chez Protolabs.
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