9 Suggerimenti per la progettazione di prodotti assemblati

Due principi fondamentali che si ispirano alle best practice in materia di progettazione per la successiva produzione e assemblaggio vertono sulla riduzione del costo complessivo della distinta base e sulla realizzazione di prodotti facili da assemblare. Questo mese parliamo delle diverse modalità per semplificare la progettazione del vostro prossimo pezzo assemblato. Molti di questi suggerimenti interessano i pezzi stampati a iniezione, ma alcuni si applicano anche a quelli lavorati a macchine utensili e stampati in 3D. Questi includono:

• Pezzi simmetrici
• Pezzi auto-combacianti
• Stampi multi-cavità
• Elementi di fissaggio
• Pezzi pieghevoli ad incastro
• Considerazioni per l'assemblaggio
• Sovrastampaggio e costampaggio
• Pezzi in gomma siliconica liquida
• Lavorazioni alternative

La ricerca della simmetria

Potrebbe inizialmente essere difficile da considerare, ma molti assemblaggi realizzati tradizionalmente con due componenti unici si possono spesso ottenere da una coppia di pezzi identici. Prendete ad esempio le due metà di una scatola per realizzare l'assemblaggio. Solitamente, si praticano fori per bulloni in una metà e borchie filettate nell'altra, e si utilizza quindi una mezza dozzina circa di dispositivi di fissaggio e rondelle per imbullonare il tutto. Questa procedura richiede però la realizzazione di due stampi distinti. Rendendo simmetriche le due metà e distribuendo fori e filetti in eguale misura su ciascuna delle parti e in posizione reciprocamente opposta, è possibile usare un solo stampo, dimezzando così i costi dell'utensileria.

Pezzi auto-combacianti

Perché, invece, non eliminare completamente le viti? Il nostro esempio di scatola è ora simmetrico, ma richiede ancora l'installazione manuale di inserti filettati, per non parlare poi di tutte quelle fastidiose viti e rondelle da utilizzare. Un semplice sistema di clip e relativi ganci permette alle due metà di agganciarsi, eliminando non solo l'esigenza di ulteriore elementi di fissaggio ma anche facilitando l'assemblaggio. Se fate un ulteriore passo logico in avanti e sostituite i meccanismi delle clip con una cerniera integrale lungo il bordo di una scatola, otterrete un design monocomponente. Il tempo di assemblaggio è pari a zero e occorre acquistare un solo stampo. Potete anche, tra l'altro, stampare in 3D le cerniere integrali utilizzando il nylon con la tecnologia SLS.

Stampi multi-figura

Se non è possibile ottenere un pezzo auto-combaciante simmetrico, un altro modo consiste nell’utilizzo di stampi multi-figura.  Soluzione ideale quando si produce una serie di pezzi aventi forma e dimensione simili. Ovviamente, tutti devono essere prodotti dello stesso materiale.

Ottimizzazione degli elementi di fissaggio

Conosciamo tutti la famosa frase sulla reinvenzione della ruota. Dovreste evitare ad ogni costo di progettare e fabbricare i vostri dadi, viti, alberi, perni, chiavi nonché dozzina di altri componenti facilmente reperibili in commercio. È meglio riprogettare il vostro prodotto massimizzando l'uso di componenti standard, in particolare se si prevede che, ad un certo punto, i volumi di produzione aumenteranno.

Ridurre al singolo componente

Le proprietà che rendono plastiche come il polipropilene (PP) e il polistirene butadiene (SBS) ottimi materiali per la produzione di cerniere integrali le rendono anche adatte alla realizzazione di altri componenti flessibili, di semplificare l'assemblaggio e ridurre il costo della distinta base; in alcuni casi, è possibile ridurre ad un singolo pezzo un assemblaggio un tempo complesso. Per esempio, una serie di paracolpi metallici di un articolo sportivo potrebbe essere sostituita con una in plastica e stampata insieme al componente a cui va accoppiata. Anziché imbullonare molle a balestra metalliche in un lotto ridotto di vetture radiocontrollate, è sufficiente stamparle in nylon come parte del telaio. I progettisti non si devono più attenere alle forme tradizionali: una molla elicoidale può facilmente assumere una forma curva a zig-zag, o quella di una S, C o 3 trasversale. Occorre assicurarsi che le proprietà meccaniche, chimiche ed elettriche del materiale plastico scelto siano adatti all'ambiente in cui saranno usate.

Facile assemblaggio

Se occorre assemblare un prodotto, cercate di semplificare il compito orientando le diverse viti e connettori in modo tale che siano tutti accessibili dallo stesso lato, riducendo così al minimo i movimenti e la rotazione del pezzo. Utilizzate ove possibile elementi di fissaggio, affinché l'addetto non debba perdere tempo per cambiare i diversi utensili manuali da usare. Verificate che l'assemblaggio non sia reso difficoltoso da eventuali errori progettando perni di allineamento o guide per evitare di ottenere pezzi non combacianti. Passate poi un po' di tempo nella sala dedicata all'assemblaggio: conoscere le problematiche che emergono in questa fase spesso permette di apportare notevoli miglioramenti al design del pezzo.

Sovrastampaggio

È spesso possibile stampare contemporaneamente due o più componenti. Anziché saldare, incollare o avvitare un manico di gomma su una scatola portastrumenti in plastica, il sovrastampaggio crea un accoppiamento permanente che non richiede processi di assemblaggio secondari. Le due plastiche devono essere chimicamente compatibili, e a tal fine è disponibile una serie di combinazioni di materiali e colori. Analogamente, gli inserti filettati citati in precedenza possono essere posizionati nello stampo prima dell'inizio del ciclo di pressione della macchina per stampaggio a iniezione. È possibile incorporare costampando direttamente nei pezzi in plastica un'ampia gamma di boccole, perni e dispositivi di fissaggio, consentendo di risparmiare tempo e semplificare il design. 

Pezzi in gomma siliconica liquida

Grazie alle sue proprietà “cold set”, a caratteristiche di flusso estremamente favorevoli e al non essere soggetta ai tradizionali problemi di stampaggio quali depressioni e cordoni di saldatura, la gomma siliconica liquida (LSR) si sta rivelando un ottimo materiale per lo stampaggio a iniezione. I pezzi in LSR probabilmente non ridurranno il numero dei componenti dell'assemblaggio ma eliminano molte problematiche di stampaggio e spesso rappresentano un'ottima alternativa ad altri materiali “gommosi”. Si possono stampare in modo accurato guarnizioni e tenute complesse e poiché la LSR è biocompatibile, termoresistente e in grado di resistere alla sterilizzazione, è il materiale preferito per molte applicazioni medicali e alimentari. La LSR ammette anche grandi variazioni nello spessore delle pareti ed è in grado di accomodare facilmente i sottosquadri. 

Valutare tutte le alternative

Tecnologie e materiali di cui si poteva soltanto sognare fino a pochi decenni fa stanno ora trasformando completamente il mondo della progettazione e dell'ingegneria. La stampa 3D industriale è una di queste. E c'è di più: la libertà sulla geometria della stampa 3D può produrre pezzi unici in tempi brevi, poichè si elimina l'assemblaggio. Protolabs offre diverse opzioni di stampa 3D tra le quali processi che possono creare pezzi in plastica e metallo. Ovviamente, alcuni assemblaggi complessi riescono meglio se prodotti in modo tradizionale, mediante la lavorazione a macchina dei singoli componenti ed il loro successivo assemblaggio. Ma anche in questi casi, valgono le regole di una progettazione che tenga in considerazione la fattibilità e l'assemblaggio. Semplificate il vostro progetto, non create quello che potete acquistare, esplorate tutte le vostre opzioni di produzione e comprendete le regole che si applicano a ciascuna di esse. 

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