Cruscotto con venature in legno Objet

Applicazioni di finitura

Unisci, sigilla e decora le parti stampate in 3D

Per prototipi difficilmente distinguibili dai prodotti stampati a iniezione, applicazioni per la realizzazione di attrezzature avanzate e dispositivi personalizzati duraturi di aspetto gradevole, è possibile applicare una fase di post-trattamento alle parti stampate in 3D.

Unione e incollaggio

Panoramica

Crea modelli con dimensioni maggiori di quelli di costruzione della stampante 3D oppure combina parti stampate in 3D con altri componenti.

Incollaggio di parti FDM

Per le parti troppo grandi per essere create con un singolo processo produttivo, per processi più rapidi con una quantità minore di materiali di supporto oppure per parti più precise, il sezionamento e l'unione di parti FDM (Fused Deposition Modeling, modellazione a deposizione fusa) rappresentano una soluzione ottimale. Per l'unione di parti FDM vi sono molti metodi e moltissimi materiali.

I fattori principali da prendere in considerazione quando scegli un metodo di unione sono la resistenza dei punti di giunzione e la compatibilità con ogni materiale FDM. Per quanto riguarda i dati sulla resistenza, Stratasys ha svolto test di laboratorio presso l'Università del Texas a El Paso per misurare la resistenza alla trazione. Sono stati presi in considerazione anche altri criteri, tra cui tempo, costi, difficoltà delle operazioni, configurazione delle parti e prestazioni generali. L'accuratezza delle parti unite dipende tuttavia da numerosi fattori. Le caratteristiche adesive, come la viscosità, sono ad esempio tra i fattori che influiscono sull'accuratezza. L'abilità del tecnico, lo stile della giunzione e il tipo di assemblaggio hanno un impatto ancora maggiore.

Per aiutarti a scegliere l'approccio per l'unione più appropriato per le tue esigenze, di seguito è disponibile una breve valutazione dei metodi comuni di unione delle parti con materiali FDM di vario tipo.

Adesivo (resina epossidica)

Le resine epossidiche in due parti sono comunemente utilizzate per unire parti FDM. I componenti epossidici vengono miscelati e quindi applicati tramite dispenser, pennelli o infiltrazione. La viscosità varia da rada, con effetto di calafataggio, a densa, con effetto di stucco, pertanto le tecniche di applicazione sono di diversi tipi. Dopo l'applicazione, le sezioni unite vengono fissate o bloccate con un morsetto fino a quando la resina epossidica non indurisce.

Le resine epossidiche differiscono per tempi di indurimento, proprietà dei materiali e tenuta. In generale, il loro utilizzo è semplice. Offrono una resistenza meccanica molto buona e in genere resistono bene alla temperatura e alle sostanze chimiche. Questi adesivi offrono il vantaggio di tempi di lavorazione compresi tra i 20 e i 70 minuti, pertanto, dopo avere unito le sezioni, è possibile fare piccole modifiche. Lo svantaggio è rappresentato invece dai tempi di indurimento lunghi. A temperatura ambiente, le parti non possono essere maneggiate per molte ore e i cicli di indurimento vanno da uno a cinque giorni. In caso di indurimento a caldo, il ciclo può essere accelerato notevolmente.

Adesivo (cianoacrilato)

Il cianoacrilato è comunemente noto come super colla. È un adesivo a indurimento rapido che può essere utilizzato per riparazioni semplici e rapide e per applicazioni di unione semplici. La super colla viene semplicemente applicata sulle superfici da accoppiare e le sezioni vengono unite. L'adesivo agisce in pochi minuti. La resistenza alla trazione delle parti FDM attaccate con super colla è superiore a quella ottenuta utilizzando adesivi epossidici. Tuttavia, la super colla offre scarsa resistenza a temperature elevate e sostanze chimiche. L'utilizzo di super colla per l'unione può quindi comportare una riduzione delle prestazioni delle parti FDM. Questa soluzione è pertanto consigliata per modelli concettuali e prototipi per prove di forma, mentre è meno appropriata per prototipi funzionali o parti di produzione.

Solvente

L'unione tramite solvente funziona tramite fusione chimica della plastica sulle superfici da unire. Il solvente può essere applicato sulle sezioni che vengono quindi accoppiate e fissate oppure può essere iniettato in una giunzione pre-accoppiata o una fessura esistente. Il solvente acquoso penetra nella superficie della parte, migliorando la resistenza della riparazione o dell'unione. È possibile utilizzare diversi solventi, ma il prodotto consigliato è SAME STUFF di Micro–Mark. Questo metodo consente di ottenere unioni più resistenti rispetto a molti adesivi. Analogamente alla super-colla, il processo è semplice e il fissaggio avviene in pochi secondi. Un'altra analogia consiste nella possibilità di applicazione in aree difficili da raggiungere, in quanto il solvente è in grado di penetrare in una giunzione o in una frattura.

Un vantaggio rispetto alla super colla o alla resina epossidica consiste nel fatto che le parti unite conterranno solo materiale FDM. Sebbene l'unione venga fissata nel giro di pochi secondi, è necessario lasciare asciugare le parti per almeno otto ore. Tieni inoltre presente che se la parte viene esposta a temperature superiori a 80 °C (176 F), potrebbero formarsi bolle sulla superficie. L'unione tramite solvente non è appropriata per PPSF o ULTEM 9085. Questi materiali FDM sono resistenti agli agenti chimici e pertanto reagiscono poco ai solventi.

Saldatura della plastica ad aria calda

La saldatura della plastica ad aria calda è simile alla saldatura ossiacetilenica del metallo. Al posto della fiamma viene utilizzato un flusso di aria calda e al posto della bacchetta d'apporto viene utilizzato un filamento di materiale FDM. Per unire le parti, uno strumento di saldatura ad aria calda viene fatto passare lentamente lungo la giunzione. Il calore scioglie il filamento che quindi va a riempire la linea di giunzione. Questo metodo consente di ottenere unioni più resistenti rispetto a tutti gli altri metodi. È inoltre una soluzione rapida ed economica.

Le parti possono essere utilizzate non appena risultano fredde al tocco. Poiché il materiale utilizzato per l'unione è un piccolo pezzo di plastica FDM, il costo è irrisorio. Un altro vantaggio che deriva dall'utilizzo di materiale FDM per l'unione è la continuità del materiale. Il materiale di unione ha le stesse proprietà e le stesse caratteristiche della parte. Per ottenere risultati migliori, la saldatura ad aria calda non deve essere utilizzata in sezioni con pareti sottili. Il processo richiede inoltre una certa abilità, pertanto i risultati dipendono dall'esperienza e dalla perizia del tecnico.

Saldatura a punti a ultrasuoni

Questa tecnica è largamente utilizzata nei processi di produzione per la creazione di un'unione permanente tra parti in plastica. Lo strumento di saldatura a punti a ultrasuoni utilizza le onde sonore per fondere aree localizzate della giunzione. Grazie alla disponibilità di saldatori a ultrasuoni portatili, questo metodo può essere utilizzato anche per la creazione di prototipi di piccolo volume o per applicazioni di produzione digitale diretta. Rispetto agli altri metodi di unione, la saldatura a ultrasuoni non presenta quasi nessuno svantaggio, se non la necessità di acquistare lo strumento per la saldatura. Le aree saldate sono più robuste rispetto al materiale circostante, tuttavia la resistenza alla trazione non è elevata come quella delle parti saldate ad aria calda o non unite. Il braccio e le punte del saldatore a ultrasuoni sono spesso intercambiabili. Sono disponibili diversi tipi di bracci e punte, che determinano lo spessore del materiale che può essere saldato, il diametro della saldatura e il tipo di saldatura creata.

Poiché nella giunzione non viene inserito materiale, l'accuratezza o le proprietà della parte vengono modificate in misura minima. Per questo motivo, la saldatura a ultrasuoni è ideale per le applicazioni mediche in cui sono importanti la qualità della parte e l'idoneità per il contatto con i tessuti umani.

Quando è necessaria una maggiore resistenza, è possibile utilizzare la saldatura a ultrasuoni in combinazione con altri metodi. Salda in punti isolati i singoli pezzi per fissarne la posizione e quindi applica adesivi, solventi o altri agenti di unione. Questo approccio è molto utile per assemblaggi voluminosi o poco maneggevoli. La saldatura a ultrasuoni è rapida e molto economica. Al termine dell'operazione di saldatura, la parte può essere utilizzata immediatamente. Poiché non sono necessari materiali di consumo, l'unica spesa è quella della manodopera diretta.

Dispositivi di fissaggio (meccanici)

Sebbene questo approccio preveda un'unione senza adesione, può rappresentare comunque un'alternativa efficace. Vi sono numerosi approcci di fissaggio meccanico e componenti in metallo che è possibile utilizzare per unire parti FDM. Un approccio per l'unione meccanica di sezioni consiste nell'inserire materiali di fissaggio nella parte FDM durante il processo di produzione. Quando la parte emerge dalla macchina Fortus, i dispositivi di fissaggio sono integrati in essa.

Testimonianza di un cliente

“Dovremmo tutti desiderare di possedere e guidare un'auto pulita e a bassi consumi”, ha dichiarato Jim Kor, presidente e progettista senior per il gruppo di ingegneria KOR EcoLogic con sede a Winnipeg. La sua passione per l'ambiente l'ha portato a integrare i principi di sostenibilità nella progettazione di un nuovo veicolo, nome in codice Urbee, creato sfruttando le potenzialità produttive di Stratasys. Il veicolo per due passeggeri Urbee, il cui nome deriva da Urban Electric, è un veicolo elettrico con alimentazione di riserva a etanolo progettato per consumare il meno possibile. Può fare fino a 85 km con un litro in autostrada e fino a 42,5 km con un litro in città. Si tratta del primo prototipo di veicolo con l'intera carrozzeria stampata tramite un processo additivo.

Nel valutare le opzioni, Kor ha scoperto che la costruzione dei pannelli della carrozzeria del prototipo tramite FRP (Fiber–Reinforced Polymer, composto fibrorinforzato a matrice polimerica) o vetroresina avrebbe richiesto la costruzione di una calotta in scala 1:1 per ognuno dei pannelli della carrozzeria, con la necessità di creare innanzitutto un telaio resistente in legno o pannello di fibra a media densità e quindi di coprirlo con schiuma ad alta densità che potesse essere intagliata a mano per conferire la forma. In alternativa, la calotta poteva essere intagliata utilizzando una fresatrice a controllo numerico (CNC) per ottenere una superficie più precisa.

“La carrozzeria in vetroresina avrebbe richiesto molto tempo”, ha dichiarato Kor. “E avremmo dovuto occuparci della bozza, o della capacità della parte di venire stampata.”

Dopo che uno dei progettisti industriali ha consigliato Stratasys a Jim Kor, è sembrato che il team avesse trovato la soluzione che cercava. Le conversazioni con i rappresentanti di Stratasys hanno indotto Kor a ritenere che fosse possibile creare tutti i componenti esterni e unirli utilizzando le stampanti 3D Dimension e i sistemi di produzione 3D Fortus servendosi del servizio RedEye on Demand (costruzione rapida di prototipi internamente e servizi di produzione digitale diretta presso Stratasys).

Kor e i suoi colleghi hanno trasformato il modello di veicolo acquisito al computer in nove pannelli logici di carrozzeria, creando innanzitutto un modello in scala 1:6 per verificare che tutte le singole parti combaciassero perfettamente. In questo modo il team avrebbe potuto avere la sicurezza che non ci sarebbero stati problemi con i pannelli di grandi dimensioni.

Insieme a Stratasys, il team ha scelto l'ABS come materiale per la costruzione e ha iniziato a costruire il veicolo. Numerosi dei principali pannelli della carrozzeria sono stati costruiti presso Kor entro poche settimane dall'avvio del progetto. I pannelli laterali e le portiere a grandezza naturale sono stati completati per primi. “Si trattava di pannelli di grandi dimensioni”, ha dichiarato Kor. “Le parti combaciavano perfettamente.” I rimanenti pannelli della carrozzeria sono stati costruiti e uniti presso Stratasys.

“Stratasys è in grado di costruire un paraurti e posizionare la plastica esattamente dove serve”, ha affermato Kor. “È una cosa talmente straordinaria da risultare quasi incredibile. Si tratta di una soluzione perfetta per l'ambiente, in grado di ridurre i costi e che non mette a repentaglio la sicurezza. È sufficiente non mettere il materiale dove non è necessario. La tecnologia FDM ha consentito di apportare modifiche di progettazione a Urbee nel corso del progetto in modo semplice ed efficiente”, ha dichiarato Kor. “Ci ha inoltre aiutati a soddisfare i nostri obiettivi per quanto riguarda il rispetto dell'ambiente, consentendo di eliminare la necessità di utensili, lavorazione meccanica e lavoro manuale. Se riesci ad arrivare alla fase di test pilota senza necessità di utensili, i vantaggi sono senza dubbio notevoli”.

Kor è rimasto sorpreso dalla velocità della tecnologia di produzione FDM. “La creazione delle parti della carrozzeria nel giro di giorni o settimane è da considerarsi decisamente rapida”, ha continuato Kor. “Gli altri metodi richiedono mesi.”

Jim Kor sull'unione di parti FDM di Urbee

“È stata prodotta una struttura in plastica ABS a grandezza naturale per svolgere test funzionali del modello Urbee. Alcune parti erano troppo grandi per essere costruite come singolo pezzo, pertanto sono state sezionate in pezzi da costruire tramite Fortus 900mc. Dopo la costruzione di tutte le parti, i componenti sezionati dovevano essere uniti. Abbiamo utilizzato il metodo di saldatura ad aria calda. Le parti sezionate sono state fissate in posizione utilizzando giunzioni sezionate a coda di rondine, morsetti e pinze bloccanti. Le sezioni sono state quindi saldate in punti isolati. Successivamente, tutte le giunzioni esterne e le scanalature interne sono state unite utilizzando lo stesso metodo di saldatura ad aria calda. Le scanalature interne non strutturali sono state unite utilizzando un solvente ProWeld. Per rifinire la superficie esterna per i test estetici e funzionali, le saldature sono state smerigliate.”

Incollaggio di parti PolyJet

La possibilità di utilizzare lo stampaggio a iniezione per gli oggetti ha ridotto notevolmente la necessità di creare modelli dei prodotti incollando le parti stampate. In alcuni casi, tuttavia, è necessario ricorrere all'incollaggio per creare una parte di dimensioni maggiori rispetto al vassoio oppure per combinare parti stampate in 3D con altri componenti. Fortunatamente, le parti stampate in 3D in fotopolimeri PolyJet possono essere incollate in modo rapido e semplice, utilizzando una colla comune semplice ed economica.

Per i modelli di dimensioni maggiori, la struttura può essere separata in diverse parti per la stampa 3D, utilizzando uno strumento di taglio software per garantire che le parti possano essere riconnesse accuratamente. Le parti possono essere attaccate con colla istantanea oppure è possibile utilizzare una colla che richiede un attivatore in modo da controllare i tempi di unione e consentire il riposizionamento.

Pre-stampa di parti per l'incollaggio

Quando stampi parti di grandi dimensioni, puoi separare la struttura in parti diverse e quindi incollarle insieme per formare l'assemblaggio completo. Puoi farlo utilizzando il software CAD prima che la progettazione sia completa oppure utilizzando il software di manipolazione di file STL dopo il completamento del progetto CAD. Quando incolli diverse parti insieme, tieni presente i seguenti aspetti importanti:

  • Trova un metodo semplice per connettere accuratamente le parti.
  • Assicurati che vengano mantenute le proprietà dimensionali delle parti incollate come previsto dal progetto CAD.

Lo strumento di taglio software Magics offre un metodo semplice e intuitivo per incollare più parti soddisfacendo questi obiettivi. Nello strumento di taglio software Magics sono disponibili diverse opzioni. Di seguito è illustrata la procedura consigliata quando utilizzi questo strumento software:

  1. Orienta la parte in modo che coincida con il sistema di coordinate naturale, ovvero vista anteriore, posteriore, sinistra e così via. In questo modo, potrai avere una chiara prospettiva della posizione in cui disegnare la linea di taglio in relazione alla parte.
  2. Disegna la linea di taglio. Ti consigliamo di iniziare da un punto esterno al corpo della parte e terminare con un punto sull'altro lato del corpo, per creare una linea retta che attraversa la parte.
  3. Puoi scegliere tra un taglio a triangolo (più appropriato per le parti incollate), quadrato (più appropriato per gli stampi), a puzzle o personalizzato. Puoi anche controllare le dimensioni e lo sfalsamento del tipo di taglio.
  4. Assicurati di aggiungere uno spazio vuoto tra le parti tagliate, affinché vi sia spazio sufficiente per la colla e la parte finale mantenga le proprietà dimensionali progettate. Il valore dello spazio vuoto dipende dal tipo di colla che utilizzi. Il valore consigliato è 0,1 mm. Al termine dell'operazione di taglio, vengono creati due file STL distinti, che possono essere stampati liberamente sul vassoio.

Post-elaborazione di parti per l'incollaggio

Di seguito è illustrato il processo consigliato da seguire prima di incollare le parti:

  1. Dopo che le parti sono state stampate, utilizza la stazione WaterJet per pulirle.
  2. Dopo aver pulito le parti, immergile in una soluzione di NaOH al 2% diluita in acqua per 20-40 minuti. In questo modo, verranno rimossi tutti i residui di materiali di supporto.
  3. Lava ancora con acqua.
  4. Asciuga le parti all'aria oppure utilizza aria compressa per accelerare il processo di asciugatura.

Tipi di colla consigliati

I tipi di colla più comunemente utilizzati dagli esperti di PolyJet sono le super colle (note anche come cianoacrilato). In genere, il cianoacrilato è una resina acrilica che si polimerizza rapidamente in presenza di acqua (in particolare ioni di idrossido). Solitamente, viene utilizzato ALTECO- ACE –D come attivatore per controllare il tempo di unione. Puoi anche utilizzare un attivatore spray per far indurire i residui che cadono sul modello, per poi levigarli in modo da impedire che la colla in eccesso si espanda sulle parti.

Per ottenere un'unione immediata, applica la colla sulla superficie desiderata e quindi spruzzala con l'acceleratore. Per ulteriori informazioni su colle e acceleratori, accedi ai collegamenti seguenti:

Altri tipi di colla

Parti rigide

  • LOCTITE 401 – viscosità media
  • Permabond Ultra Fast 792 – tempo di indurimento ultra rapido per uso generico
  • Al-fix – fornita con attivatore
  • Kleiberit 851.0 – con cappuccio applicatore di facile utilizzo

Parti flessibili

  • Sico Met 8300 e High Speed Accelerator Spray — adatti per elastomeri
  • Permabond Black Magic 737 – per parti flessibili

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