Perché la scienza dei materiali rappresenta un aspetto fondamentale nell’interazione dei componenti

Nell’esempio del sistema a scatto della grappa, un polimero resistente all’usura come l’HDPE potrebbe essere una scelta valida, sebbene anche un materiale dalle proprietà relativamente lubrificanti come l’acetale potrebbe rappresentare una buona alternativa. Entrambi questi materiali possiedono proprietà uniche da ponderare attentamente nelle fasi iniziali del processo di sviluppo. Anche il design stesso del prodotto può avere un ruolo importante per quanto riguarda la tribologia. Le superfici che interagiscono tra loro devono essere lisce, onde evitare che i minuscoli picchi e avvallamenti presenti sulle superfici più ruvide si aggancino e si rompano con l'uso ripetuto.

Anche il metodo impiegato per realizzare il pezzo è importante. Nell’esempio della grappa, applicabile a numerosi pezzi in plastica con superfici combacianti o a incastro, una finitura lavorata alla macchina utensile è diversa da quella stampata in 3D o a iniezione (e risulterà probabilmente più liscia delle altre due). Il concetto è che occorre analizzare e verificare attentamente queste e altre caratteristiche del pezzo prima di addentrarsi troppo sulla strada del design quando l’interazione è un aspetto che potrebbe creare dei problemi in fase di progettazione.

Ecco un altro esempio. In Protolabs è molto diffusa l’opzione di utilizzare gli inserti metallici. Sia che dobbiate inserire una boccola in bronzo in una lama di ventilatore stampata a iniezione, un manicotto in acciaio inossidabile in una puleggia in plastica o un dado filettato in ottone nel pomello di un macchinario, il posizionamento di questi e altri inserti nei pezzi da stampare a iniezione non è un’operazione difficile. Non ci sono grandi problemi di compatibilità dei materiali e l’ostacolo maggiore per il progettista è assicurarsi che venga creato un buon legame meccanico quando la plastica viene iniettata sopra e attorno all’inserto. Detto ciò, bronzo e ottone permettono di realizzare a basso costo buone superfici di cuscinetti, ma tendono maggiormente a usurarsi rispetto ai cuscinetti veri e propri. Dovete quindi chiedervi se il vostro design soddisfa i requisiti a lungo termine del prodotto. Una buona conoscenza della tribologia vi aiuterà a rispondere a questa e ad altre domande importanti.

Compatibilità dei materiali

Alcune persone sostengono che il sovrastampaggio è una delle cose migliori che sia potuta accadere ai pezzi in plastica dalla creazione degli stampi a iniezione. È davvero un’ottima opzione laddove si renda necessario utilizzare un materiale morbido o facile da usare sopra un nucleo strutturale - il manico di uno strumento, oppure l’alloggiamento di un dispositivo elettronico palmare - o ancora nei casi in cui, per motivi estetici, si desiderino ottenere colori multipli. On-line sono reperibili molte informazioni sulla progettazione per il sovrastampaggio, e si parla dell’esigenza di un solido legame meccanico così come di compatibilità chimica tra due materiali adiacenti.

Vi farà piacere sapere che sono disponibili numerosissimi materiali compatibili a livello chimico. Per esempio, Protolabs offre TPV Sarlink 3170, un elastomero termoplastico che forma un forte legame chimico con il polipropilene. C’è anche il TPC Hytrel 4068, un elastomero termoplastico che si unisce bene con l’ABS, il policarbonato e altri materiali. Per contro, il nylon è tra i substrati più difficili da impiegare per il sovrastampaggio a causa della sua tendenza ad assorbire l’umidità, sebbene rimanga una scelta diffusa per una ampia gamma di applicazioni.

Aderenza

Ma ci sono tuttavia altre considerazioni da fare. Il design può avere un effetto importante sul livello di aderenza dei pezzi sovrastampati. La transizione dal substrato al sovrastampo dovrebbe essere netta onde sbavature o assottigliamenti; provate a valutare la possibilità di inserire una scanalatura o uno spallamento per creare un punto di taglio nitido. Eventuali arricciature e potenziali punti di lacerazione si possono eliminare posizionando la chiusura in un’area che crei un punto di arresto rigido per il TPE, materiale morbido, viscoso e molto fluido. L’utilizzo di un sovrastampo troppo sottile - con spessore inferiore a 1,59 mm — potrebbe far raffreddare troppo rapidamente il materiale per ottenere una corretta aderenza. Rapporti elevati lunghezza /spessore possono causare problemi simili.

Quando si pensa al sovrastampaggio, occorre inoltre conoscere le caratteristiche termiche uniche dei due materiali. Potreste scegliere il silicone liquido (LSR) per le sua ottima resistenza termica e chimica, la flessibilità a basse temperature, le proprietà lubrificanti intrinseche, ma dovete ricordare che polimerizza a 150 - 200 gradi centigradi, una temperatura troppo elevata per l’ABS, il polietilene, il polipropilene e diverse altre termoplastiche, che non possono resistere a questo processo. Anche la ventilazione è importante, perché in uno stampo non adeguatamente ventilato si possono verificare bruciature, un’aderenza insufficiente e il riempimento parziale delle cavità - producendo stampate incomplete.

La verifica della compatibilità sulla tabella on-line è facile da eseguire ma se preferite fornire il vostro materiale, dovreste verificarla con il vostro fornitore di materiale plastico, richiedendo consigli per quanto riguarda lo stampaggio e l’applicazione. Questo vale particolarmente se utilizzate un mix di polimeri personalizzati, come accade per un numero sempre maggiore di clienti Protolabs. Ricordate che i coloranti possono creare problemi di aderenza, così come grandi quantitativi di additivi quali il metallo e il vetro. Consigliamo sempre di provare a produrre alcuni pezzi campione e verificarli a fondo prima di passare a volumi elevati.