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Funzionamento delle tolleranze di stampa 3D per gli accoppiamenti ingegneristici

La tolleranza e l'accoppiamento sono concetti essenziali per qualsiasi ingegnere che progetta assemblaggi meccanici.

Se si tiene conto delle tolleranze, è possibile ottimizzare i processi di prototipazione e produzione, riducendo il costo del materiale necessario per l'iterazione, i tempi di post-elaborazione e mitigando il rischio di rottura accidentale delle parti.

Nella lavorazione meccanica tradizionale, tolleranze più ristrette sono legate in maniera esponenziale all'aumento dei costi, perché richiedono fasi aggiuntive e più lente rispetto a tolleranze più ampie, perciò i pezzi lavorati vengono progettati con le tolleranze più ampie consentite per una data applicazione.

A differenza della lavorazione meccanica, la stampa 3D stereolitografica (SLA) ha un'unica fase di produzione automatizzata. Tolleranze più strette possono richiedere uno sforzo maggiore in fase di progettazione, ma consentono anche un notevole risparmio di tempo e costi in fase di prototipazione e produzione.

In questo post stabiliremo quando la tolleranza è più preziosa per la stampa 3D SLA. Dopodiché, illustreremo i concetti di base dell'accoppiamento con gioco, incerto o con interferenza e quale scegliere per diversi design di assemblaggio.

La tolleranza è la gamma prevista di dimensioni possibili per le parti al momento della produzione.

La tolleranza è la gamma prevista di dimensioni possibili per le parti al momento della produzione.

Vuoi scoprire come utilizzare la stampa 3D per applicazioni di ingegneria? Guarda il nostro webinar in cui viene illustrato il flusso di lavoro della stampa 3D SLA, le opzioni di materiali disponibili e i consigli degli esperti per ottimizzare il workflow, dalla progettazione alla produzione, e ottenere il massimo dalla stampa 3D.

Tolleranze per grandi assemblaggi e produzioni su piccola scala

Grazie al costo per unità stabile, la stampa 3D SLA è un metodo economico per la prototipazione e la produzione su piccola scala, soprattutto nel caso di parti personalizzate che altrimenti richiederebbero investimenti significativi per la creazione degli stampi.

Anche se la finitura a mano di una parte stampata in 3D può essere un metodo ragionevole per ottenere il giusto accoppiamento di un pezzo unico, l'integrazione di una corretta tolleranza dimensionale nella fase di progettazione si rivela subito utile quando si producono multipli, o nel caso di assemblaggi più grandi che richiederebbero maggior tempo di post-elaborazione.

La stampa 3D SLA offre un'ampia gamma di materiali ingegneristici tra cui scegliere, dalla resina ad alta temperatura per lo stampaggio alla resina progettata per resistere a sollecitazioni e sforzi elevati o all'usura nel tempo. Scarica il nostro whitepaper "Engineering Fit: ottimizzare la progettazione di assemblaggi funzionali realizzati stampati in 3D" e scopri le tolleranze di progettazione consigliate per Tough Resin e Durable Resin di Formlabs.

Scegliere il tipo di accoppiamento ingegneristico giusto

Per capire e progettare le tolleranze ottimali, è importante determinare quale tipo di accoppiamento si adatta meglio al tuo assemblaggio.

Le esigenze funzionali del tuo assemblaggio definiscono il modo in cui le parti devono combaciare tra loro.

Gli accoppiamenti ingegneristici possono essere suddivisi in tre tipi: con gioco, incerti e con interferenza. Ciascun tipo può essere diviso in due categorie principali.

Gli accoppiamenti ingegneristici possono essere suddivisi in tre tipi: con gioco, incerti e con interferenza. Ciascun tipo può essere diviso in due categorie principali.

Ci saranno sempre delle variazioni nelle tolleranze dei diversi metodi di produzione, perciò l'adattamento è una fase continua piuttosto che un passaggio completamente separato. Ad esempio, un accoppiamento con gioco più grande sacrifica la precisione per ottenere maggiore libertà di movimento. Gli accoppiamenti incerti più stretti sono più resistenti, ma causano una maggiore usura della connessione. Un accoppiamento con interferenza che richiede una maggiore forza di giunzione sarà più difficile da smontare.

Accoppiamento con gioco

La libertà di movimento di un componente richiede spazio libero o tra le superfici attive. Per ottenerlo, puoi fare in modo che le zone di tolleranza delle superfici attive non si sovrappongano.

Una superficie attiva è una regione del modello in cui due superfici si toccano e si muovono l'una contro l'altra o hanno un adattamento statico.

Sottocategorie

  • Al contrario degli incastri a scorrimento, gli incastri a slitta hanno un certo gioco laterale.
  • Gli incastri a scorrimento hanno un po' più di frizione, ma anche di precisione nei movimenti.

Il gioco è la quantità di spazio disponibile per il movimento in una direzione non voluta all'interno di un meccanismo.

Accoppiamento incerto

Se non è necessario alcun movimento tra le parti, un accoppiamento incerto facilita l'assemblaggio e lo smontaggio. Gli accoppiamenti incerti hanno zone di tolleranza parzialmente sovrapposte.

Sottocategorie

  • Con un accoppiamento tramite chiavetta, un componente si inserisce con precisione intorno o all'interno di un'altra parte, ed è necessario applicare solo una leggera forza per installarlo e rimuoverlo.
  • Un incastro a pressione richiede più forza per unire e rimuovere le parti, ma queste possono essere collegate a mano.

Accoppiamento con interferenza

Un accoppiamento con interferenza fornisce una connessione forte e rigida, ma richiede l'applicazione di molta più forza durante l'assemblaggio. Le zone di tolleranza si intersecano completamente negli accoppiamenti con interferenza.

Sottocategorie

  • Un innesto a pressione richiede l'applicazione di molta forza per essere installato, probabilmente tramite l'uso di attrezzi manuali aggiuntivi, come un martello, ed è pensato per restare unito in maniera permanente.
  • Un incastro a pressione richiede molta più forza per l'installazione, che deve essere applicata da una pressa ad albero o da un utensile simile.

Progettare con successo assemblaggi da stampare in 3D

Le gamme di accoppiamento per geometrie comuni possono essere ampiamente applicate a molti progetti. Una volta stabilito l'accoppiamento più adatto, devi selezionare i materiali e le tolleranze di progettazione per la tua applicazione

Le gamme di accoppiamento per geometrie comuni possono essere ampiamente applicate a molti progetti. Una volta stabilito l'accoppiamento più adatto, devi selezionare i materiali e le tolleranze di progettazione per la tua applicazione. Il nostro whitepaper "Engineering Fit: ottimizzare la progettazione di assemblaggi funzionali realizzati stampati in 3D" è pensato per aiutarti a prendere queste decisioni.

Scarica il whitepaper e leggi un'analisi di come misurare e applicare le tolleranze per ogni tipo di accoppiamento, nonché raccomandazioni specifiche per la Tough Resin e la Durable Resin di Formlabs. Questa risorsa include anche link a modelli per prove che potrai scaricare e raccomandazioni per lubrificanti, componenti incollati e lavorazioni meccaniche.

Scarica il whitepaper