Quando un componente stampato in 3D deve essere assemblato con viti, soprattutto se è destinato a essere aperto e richiuso più volte durante la sua vita operativa, il problema della tenuta del filetto emerge rapidamente. Le poliammidi e i polimeri utilizzati nella stampa 3D non offrono infatti la stessa resistenza alla filettatura dei metalli. Una vite inserita direttamente nel foro di un componente in PA12 può resistere per alcuni cicli di montaggio, ma dopo pochi serraggi il filetto tende a spanarsi, compromettendo la stabilità e l’affidabilità del collegamento.
La soluzione è l'inserto filettato: una piccola boccola metallica installata all’interno del componente stampato, che crea una filettatura resistente e durevole. L’inserto consente di applicare coppie di serraggio più elevate e di eseguire numerosi cicli di montaggio e smontaggio senza danneggiare il pezzo. Questa guida illustra le principali tipologie di inserti filettati, i materiali disponibili, i criteri per progettare correttamente il foro di alloggiamento e le tecniche di installazione nei componenti realizzati mediante stampa 3D.
Un inserto filettato è un componente cilindrico metallico dotato di una filettatura interna standard, generalmente metrica (ad esempio M2, M2,5, M3, M4, M5, M6, M8) e di una superficie esterna zigrinata o filettata progettata per ancorarsi al materiale del pezzo che lo ospita.
Applicato a un componente stampato in 3D, l'inserto fornisce:
I filetti stampati direttamente in un polimero (anche quando la geometria è corretta) presentano tre limiti strutturali:
Se il collegamento è permanente, viene serrato una sola volta e non richiede coppie elevate, un filetto stampato può essere sufficiente. Quando invece il collegamento deve essere smontato e rimontato frequentemente o deve sopportare coppie di serraggio significative, l’inserto filettato rappresenta la soluzione più affidabile.
Esistono diverse famiglie di inserti, differenziate per metodo di installazione e ottimizzate per diversi materiali del pezzo ospite. Le quattro tipologie più rilevanti per la stampa 3D sono descritte di seguito.
Sono i più usati nei polimeri stampati in 3D. L'inserto viene riscaldato mediante un saldatore e spinto nel foro predisposto. Il calore fonde localmente il polimero, che rifluisce nelle zigrinature presenti sulla superficie esterna dell’inserto. Una volta raffreddato, il materiale solidifica creando un ancoraggio stabile.
Vantaggi: installazione rapida, ottima ritenzione meccanica, ampia gamma di dimensioni disponibili, standard di mercato. Ideali per la maggior parte dei polimeri termoplastici.
Limiti: richiedono un saldatore con punta calibrata sulla dimensione dell'inserto; non adatti a materiali termoindurenti (come resine SLA/MSLA polimerizzate).
Vengono installati forzandoli nel foro mediante pressione meccanica, senza ricorrere al calore. L’ancoraggio è affidato alle zigrinature esterne, che penetrano nel materiale o lo deformano localmente.
Vantaggi: nessuna attrezzatura termica necessaria, installazione veloce, buoni su polimeri rigidi. Utili per materiali sensibili al calore.
Limiti: ritenzione inferiore rispetto agli inserti a caldo, richiedono un controllo accurato delle tolleranze del foro. Se il diametro del foro è eccessivo, l’inserto non riesce ad ancorarsi correttamente; se è troppo ridotto, il componente può deformarsi o fessurarsi.
Principio di funzionamento simile a quello degli inserti a caldo, ma l’installazione avviene mediante un utensile a ultrasuoni. Le vibrazioni ad alta frequenza generano calore per attrito all’interfaccia tra l’inserto e il polimero, ammorbidendo localmente il materiale e consentendogli di fluire nelle zigrinature esterne.
Vantaggi: massima precisione e ripetibilità, ottima ritenzione, ciclo rapido. Indicati nella produzione industriale ad alto volume.
Limiti: richiedono attrezzatura specializzata (sonotrodo dedicato). Meno diffusi per piccole serie.
Vengono avvitati direttamente in un foro predisposto, formando o tagliando autonomamente una filettatura nel polimero. Il principio è simile a quello di una vite autofilettante, ma l’inserto crea una sede metallica permanente nella quale può essere successivamente avvitata una vite standard.
Vantaggi: installazione con comune giravite o avvitatore, adatti a manutenzione eseguita direttamente sul campo.
Limiti: ritenzione inferiore rispetto agli inserti a caldo o a ultrasuoni, non adatti a cicli di installazione multipli sullo stesso foro. Usati soprattutto per applicazioni non critiche o per ricambi.
Il materiale dell’inserto deve essere scelto in funzione dell’ambiente operativo, delle sollecitazioni previste e della coppia di serraggio richiesta.
La corretta progettazione del foro è fondamentale: un alloggiamento dimensionato in modo errato può compromettere le prestazioni anche del migliore inserto. Gli aspetti principali da considerare sono quattro.
Ogni inserto ha un diametro di alloggiamento raccomandato dal produttore, che deve essere rispettato entro le tolleranze indicate. Per gli inserti a caldo, il diametro del foro è generalmente leggermente inferiore al diametro esterno dell'inserto, in modo da consentire al polimero ammorbidito di rifluire nelle zigrinature e garantire un ancoraggio efficace. Nel caso degli inserti a pressione, il controllo dimensionale deve essere ancora più accurato.
Il foro dovrebbe essere più profondo dell'inserto di circa 0,5-1 mm. Questo spazio aggiuntivo permette di accogliere l’eventuale materiale spostato durante l’installazione a caldo ed evita che l’inserto vada a contatto con il fondo del foro prima di raggiungere la posizione corretta.
Come regola pratica, è consigliabile prevedere attorno all’inserto uno spessore di materiale pari ad almeno 1,5–2 volte il suo diametro esterno. Uno spessore insufficiente può provocare deformazioni, cricche o rotture durante l’installazione e ridurre la capacità di ritenzione dell’inserto durante l’utilizzo. Nei componenti stampati in 3D, questo requisito si traduce spesso nell’aggiunta di rinforzi locali attorno alla sede dell’inserto.
Un piccolo smusso di 45° o raccordo all'imbocco del foro facilita l'inserimento dell'inserto e riduce il rischio di sbavature. Si tratta di un dettaglio semplice, ma importante per ottenere un’installazione precisa e ripetibile.
Per approfondire questi aspetti, ti invitiamo a consultare la nostra guida agli inserti filettati per stampa MJF e FDM
Gli inserti filettati e le relative filettature fanno riferimento a norme internazionali che ne definiscono geometrie, dimensioni e criteri di compatibilità:
Le dimensioni metriche più diffuse nella stampa 3D sono M2, M2,5, M3, M4, M5, M6 e M8. Per applicazioni specifiche sono disponibili anche misure più piccole, come M1,6, o più grandi, come M10 e M12.
La filettatura interna è generalmente una filettatura metrica ISO standard, mentre la geometria esterna varia in base alla tipologia di inserto e al metodo di installazione. Può quindi essere zigrinata, autofilettante oppure, nel caso degli inserti elicoidali, costituita da un profilo avvolto a spirale.
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Tipo di inserto |
Metodo installazione |
Ritenzione |
Materiali del pezzo ospite |
Volume produttivo tipico |
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Heat-set (a caldo) |
Saldatore con punta calibrata |
Alta |
Tutti i termoplastici (PA, ABS, PEEK, PETG, ASA) |
Piccole e medie serie |
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Ultrasonic |
Utensile ultrasuoni |
Molto alta |
Termoplastici |
Medie e grandi serie |
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Press-fit |
Pressione meccanica |
Media |
Termoplastici, alcune resine |
Piccole serie |
|
Autofilettante |
Avvitatore |
Bassa/media |
Termoplastici |
Manutenzione, ricambi |
Gli inserti filettati sono particolarmente utili quando un componente stampato in 3D deve essere collegato a elementi metallici, assemblato con viteria standard oppure sottoposto a frequenti operazioni di montaggio e smontaggio.
Tra le applicazioni più comuni rientrano:
L'installazione degli inserti richiede attrezzature specifiche e ogni pezzo deve essere lavorato singolarmente. Le possibilità principali sono due.
Indicata per chi produce internamente, dispone già dell’attrezzatura necessaria oppure deve realizzare prototipi e piccoli quantitativi. Con un saldatore da inserti da 40-80 euro e punte calibrate è possibile installare inserti a caldo su volumi contenuti. L’operazione richiede tuttavia una certa esperienza per ottenere un posizionamento preciso e un ancoraggio uniforme, evitando di deformare o danneggiare il componente.
Per i lotti di produzione, affidare l’installazione al fornitore rappresenta generalmente la soluzione più efficiente. Il fornitore riceve il modello 3D con l’indicazione della posizione e delle dimensioni degli inserti, realizza i fori di alloggiamento correttamente dimensionati e completa l’installazione in serie mediante attrezzature professionali. Il pezzo viene quindi consegnato pronto all'uso, senza necessità di ulteriori lavorazioni. Questa soluzione è particolarmente indicata per piccole e grandi serie, prototipi complessi e componenti destinati al cliente finale.
Nel servizio Weerg, l’installazione degli inserti filettati è disponibile come lavorazione di post-produzione per i componenti stampati in MJF e FDM. È sufficiente caricare il file indicando la posizione e le dimensioni degli inserti richiesti; il costo della lavorazione viene quindi incluso nel preventivo.
Gli inserti filettati rappresentano una delle soluzioni più efficaci per aumentare la robustezza, la durata e la ripetibilità dei collegamenti a vite nei componenti stampati in 3D, avvicinandone le prestazioni a quelle dei pezzi stampati a iniezione o lavorati in metallo.
La scelta dell’inserto più adatto, il corretto dimensionamento del foro, nonché un’installazione eseguita con attrezzature adeguate, consentono di superare uno dei principali limiti dei polimeri stampati in 3D e di ottenere un collegamento affidabile e durevole.
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