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Les joints à encliquetage sont essentiels dans le design moderne de produit, en particulier pour les montages de plastiques réalisés à l’aide du moulage par injection et de l’impression 3D. Ces joints constituent une solution rentable car ils permettent un montage et un démontage aussi bien rapide que simple sans nécessiter de vis, d’adhésifs ou d’autres types de matériels.
Les joints à encliquetage présentent également plusieurs avantages cruciaux par rapport aux autres méthodes de fixation. Ils sont rentables et éliminent la nécessité d’utiliser des vis ou des adhésifs, ce qui réduit les coûts de matériaux et de main d’œuvre. Ces joints permettent également un montage plus rapide permettant d’automatiser la production et de réduire les durées des cycles. De plus, les encliquetages contribuent à la légèreté des designs en minimisant les éléments matériels supplémentaires, réduisant ainsi le poids total du produit. De nombreux modèles sont également réutilisables, permettant un démontage et un remontage faciles, idéaux pour les produits nécessitant une maintenance ou des mises à niveau fréquentes.
De plus, le respect des normes industrielles est essentiel pour garantir la sécurité et les performances des joints à encliquetage, notamment dans des secteurs tels que l’automobile et les appareils médicaux. Des normes telles que la norme ISO 11469 garantissent que les pièces plastiques, y compris les encliquetages, sont identifiables pour le recyclage, favorisant ainsi la durabilité. Parallèlement, les normes ASTM D638 et ISO 527 guident la détermination des propriétés de traction, aidant ainsi les ingénieurs à sélectionner des matériaux capables de résister à des conditions de contrainte et de charge réelles, garantissant ainsi des designs robustes et fiables.
Guide pratique des joints à encliquetage
Le tableau ci-dessous met en évidence les principaux aspects de chaque type de joint à encliquetage (applicables aux procédés d’impression 3D et de moulage par injection) pour que vous puissiez vous y référer facilement :
Joints à encliquetage pour moulage par injection vs impression 3D
Le choix entre le moulage par injection et l’impression 3D pour les joints à encliquetage dépend de facteurs tels que le volume de production, la précision, et les performances du matériau. Le tableau ci-dessous compare ces deux méthodes de fabrication.
| Facteur | Moulage par injection | Impression 3D |
| Tolérances | Tolérances plus serrées, idéal pour les applications nécessitant une grande précision | Tolérances plus généreuses, en particulier pour le dépôt de fil fondu (FDM). |
| Volume de production | Idéal pour les productions en série, à gros volume. | Adapté au prototypage et aux productions à faible volume. |
| Variété des matériaux | Une grande sélection de matériaux avec des propriétés mécaniques variables. | Des choix de matériaux limités selon la technologie.. |
| Durabilité | Produit des joints à encliquetage solides et durables pour une utilisation répétée. | Varie selon la technologie d’impression 3D—les technologies SLS et MJF apportent une résistance supérieure. |
| Complexité du design | Plus difficile de produire des géométries complexes sans outillage supplémentaire. | Permet d’obtenir des géométries plus complexes avec une plus grande flexibilité du design. |
Outre la technologie de fabrication utilisée, le choix des matériaux pour les joints à encliquetage imprimés en 3D joue un rôle crucial dans la détermination des performances globales et de la durabilité du produit final. Pour l’impression 3D en particulier, chaque technologie présente son propre ensemble d’avantages et d’inconvénients.
- La technique de dépôt de fil fondu (FDM) est l’une des méthodes les plus rentables pour produire des connecteurs à encliquetage, bien qu’elle tende à avoir une précision inférieure à celle des autres procédés d’impression 3D. Pour des résultats optimaux avec le dépôt de fil fondu, il est recommandé d’utiliser des matériaux résistants à la déformation tels que l’ABS, le Nylon ou le TPU, car ils offrent la flexibilité et la résistance nécessaires pour des performances fiables des encliquetages.
- Le frittage sélectif par laser (SLS) est généralement mieux adapté aux prototypes fonctionnels et aux pièces d’utilisation finale nécessitant un engagement fréquent, car elle offre de meilleures propriétés matérielles que les techniques de dépôt de fil fondu (FDM) et de stéréolithographie (SLA). Le Nylon SLS est particulièrement réputé pour sa haute résistance à la déchirure et pour sa longévité.
- La technologie Multi Jet Fusion (MJF) de HP constitue un autre choix pour créer des connecteurs à encliquetage robustes, avec des matériaux comme le Nylon PA 12 et le polypropylène offrant à la fois durabilité et précision. Cependant, pour obtenir les meilleurs résultats avec la MJF, il est essentiel de suivre des directives de design spécifiques, telles que le maintien d’une épaisseur de base minimale de 1 mm pour les porte-à-faux et la vérification de la profondeur correcte des surplombs. Ces considérations contribuent à améliorer la fiabilité et les performances des joints à encliquetage imprimés.
- La stéréolithographie (SLA), bien qu’elle soit capable de produire des pièces détaillées, conduit souvent à des encliquetages fragiles en raison de la nature des résines standard. Pour les applications nécessitant une utilisation répétée des encliquetages, il convient de privilégier des résines SLA durables afin de réduire le risque de défaillance des pièces au fil du temps.
Joint à encliquetage en porte-à-faux
Le joint à pression en porte-à-faux est le type de design le plus utilisé parmi tous les joints à encliquetage. Il se compose d’une poutre en saillie (le porte-à-faux) qui se fléchit lors du montage pour permettre à la tête de la poutre de s’engager dans une rainure ou une contre-dépouille sur la pièce opposée. Une fois montée, la poutre revient à sa position initiale, bloquant les pièces entre elles.
- Applications : Courant dans les domaines de l’électronique grand public, des jouets, et des petits boîtiers. Sa simplicité le rend rentable et facile à fabriquer, en particulier avec le moulage par injection.
- Avantages : Les joints à encliquetage en porte-à-faux permettent un démontage et un remontage faciles sans outils supplémentaires. Ils sont très polyvalents et peuvent être adaptés à divers matériaux, notamment l’ABS, le polypropylène et le polycarbonate
- Défis : Les encliquetages en porte-à-faux subissent souvent une concentration de contraintes à la base de la poutre, ce qui entraîne une fatigue du matériau et une éventuelle défaillance, en particulier dans les applications à forte utilisation. Pour atténuer la concentration de contraintes, les designers peuvent ajouter des congés ou des transitions arrondies à la base de la poutre afin de répartir les contraintes plus uniformément. Choisir des matériaux flexibles comme le polypropylène ou le nylon peut également améliorer la résistance à la fatigue.
- Capacité de charge : Faible à modérée
- Réutilisabilité : Élevée
- Processus de fabrication appropriés : Moulage par injection, impression 3D
Pour vous aider à concevoir votre joint à encliquetage en porte-à-faux, vous pouvez utiliser cette calculatrice de joint à encliquetage.
Joint à encliquetage en torsion
Un encliquetage en torsion se base sur la torsion d’une barre plutôt que sur sa flexion. La barre agit comme un ressort de torsion, permettant au crochet ou au loquet de s’engager ou de se désengager. Ce type est idéal lorsqu’une séparation facile des pièces est nécessaire.
- Applications : Les encliquetages en torsion fonctionnent bien avec les fermetures, les panneaux amovibles et les boîtiers de produits nécessitant un montage et un démontage rapides.
- Advantages: La libération contrôlée permet un démontage facile sans endommager les pièces.
- Défis : Les encliquetages en torsion sont sensibles à la fatigue du matériau en raison du mouvement de torsion requis pour engager et désengager le joint, ce qui entraîne une usure au fil du temps. Une solution consiste à utiliser des matériaux à haute résistance à la torsion et à la fatigue, comme le nylon ou le polycarbonate, pour prolonger la durée de vie du joint. De plus, en garantissant des jeux suffisants pour réduire l’excès de force pendant le fonctionnement, vous contribuerez à minimiser l’usure
- Capacité de charge : Faible à modérée
- Processus de fabrication appropriés : Moulage par injection, impression 3D
Joint à encliquetage en U
Un encliquetage en U est un porte-à-faux double face qui offre de la flexibilité depuis les deux extrémités du joint, permettant un meilleur alignement et une flexibilité accrue par rapport aux designs de porte-à-faux standard.
- Applications : Particulièrement utiles pour les emballages et les boîtiers de produits qui nécessitent de la flexibilité ou une tolérance de défaut d’alignement lors du montage. Ils sont souvent utilisés dans des mécanismes de type pince dans des assemblages où les pièces doivent être encliquetées ensemble dans des conditions d’alignement non idéales.
- Avantages : Une flexibilité accrue réduit le besoin de précision lors du montage, permettant une production plus rapide et des tolérances moins strictes.
- Défis : Les encliquetages en U peuvent subir une perte de flexibilité au fil du temps, en particulier dans les applications où le joint est fréquemment assemblé et désassemblé. Cela peut entraîner le desserrage ou la perte d’efficacité du joint. Le choix de matériaux hautement flexibles comme les élastomères thermoplastiques (TPE) ou le polypropylène peut aider à conserver la flexibilité. Le design du joint avec une légère précharge (où les pièces sont légèrement comprimées lors de l’engagement) peut également assurer un ajustement plus fiable au fil du temps..
- Capacité de charge : Faible à modérée
- Réutilisabilité : Élevée
- Processus de fabrication appropriés : Moulage par injection, impression 3D
Joint à encliquetage en L
Un encliquetage en L offre un support latéral, bloquant les pièces les unes avec les autres par un mécanisme de verrouillage latéral. Contrairement aux encliquetages en porte-à-faux, qui s’engagent selon un axe vertical, les encliquetages en L sécurisent les pièces en appliquant une pression selon un axe horizontal, ce qui les rend parfaitement adaptés aux applications de verrouillage latéral.
- Applications: Couramment utilisés dans les emballages ou les couvercles de boîtiers, pour lesquels les forces latérales doivent être contenues. Ils sont idéaux pour les couvercles ou les boîtiers à encliquetage qui nécessitent un verrouillage sécurisé.
- Avantages : Présente un excellent pouvoir de maintien latéral, empêchant le désengagement involontaire dû aux vibrations ou aux impacts latéraux
- Défis : Les encliquetages en L sont vulnérables à la pression latérale, ce qui peut entraîner une déformation ou une défaillance si le joint n’est pas correctement supporté, en particulier dans les applications avec des charges latérales importantes. Renforcer les supports latéraux avec des sections de paroi plus épaisses et utiliser des matériaux à haute résistance aux chocs comme l’ABS ou le polycarbonate peut améliorer la capacité du joint à gérer les forces latérales. L’inclusion de renforts nervurés au niveau l’interface du verrouillage peut également améliorer la durabilité.
- Capacité de charge : Modérée
- Réutilisabilité : Modérée
- Processus de fabrication appropriés : Moulage par injection, impression 3D
Joint à encliquetage annulaire
Un encliquetage annulaire forme un joint circulaire ou en forme d’anneau qui s’enclenche en place, offrant un engagement à 360° autour de la pièce, qu’on trouve généralement dans les composants cylindriques.
- Applications : Les encliquetages annulaires sont idéaux pour les applications d’étanchéité telles que les conteneurs cosmétiques, les pots, les couvercles de bouteilles et même les joints à rotule dans l’industrie automobile. Leur engagement continu garantit un joint étanche, ce qui les rend efficaces dans les assemblages étanches aux liquides ou à l’air.
- Avantages : L’engagement uniforme répartit les contraintes de manière égale autour de la circonférence de la pièce, réduisant le risque de rupture de contrainte localisée. Cela les rend idéaux pour les applications à charge élevée nécessitant des connexions sécurisées et durables.
- Défis : Les encliquetages annulaires peuvent souffrir de problèmes de tolérance lors de la fabrication, en particulier dans le moulage par injection, où le retrait peut affecter l’étanchéité de l’ajustement. Cela peut entraîner soit le desserrage d’un joint, soit l’apparition une force excessive nécessaire pour le montage. Un contrôle minutieux des tolérances et une adaptation au retrait du matériau lors de la phase de design peuvent contribuer à garantir un bon ajustement. Des matériaux avec des taux de retrait constants tels que le polyéthylène (PE) ou le polypropylène (PP) sont couramment utilisés pour conserver la précision de l’ajustement.
- Capacité de charge : Elevée (360°)
- Réutilisabilité : Modérée
- Procédé(s) de fabrication adapté(s) : Moulage par injection, impression 3D
Tolérances pour les joints à encliquetage
Des tolérances appropriées sont essentielles au fonctionnement des encliquetages, en particulier pour le moulage par injection et l’impression 3D. Les lignes directrices en matière de tolérance générale sont les suivantes :
| Processus de fabrication | Tolérance | Rétrécissement des matériaux |
| Moulage par injection | ± 0,1 à 0,3 mm | Rétrécissement important dans des matériaux tels que le polypropylène et l’ABS. |
| Impression 3D | ± 0,2 à 0,5 mm | Envisager des tolérances plus importantes en raison des imprécisions liées aux couches dans l’impression 3D. |
Comment choisir le bon joint à encliquetage
Le choix du bon joint à encliquetage nécessite de comprendre l’environnement d’application, les contraintes en matière de charge et de connaître les matériaux adaptés. Voici un récapitulatif :
- Environnement d’application
- Environnements à charge élevée : Utilisez des encliquetages annulaires pour les composants cylindriques comme les bouchons de bouteilles ou les joints où un engagement à 360° est nécessaire.
- Environnements à faible charge : Pour les applications à faible contrainte comme les boîtiers électroniques, les encliquetages en porte-à-faux sont pratiques et faciles à monter..
- Contraintes de portance
- Les encliquetages en porte-à-faux sont les plus adaptés aux charges faibles à modérées.
- Les encliquetages annulaires offrent une meilleure répartition des charges pour les applications à contraintes élevées.
- Sélection du matériau : Le choix du matériau approprié et adapté est crucial pour les performances du joint. Voici un guide :
| Matériau | Types d’encliquetages adaptés | Caractéristiques | Applications |
| ABS | En porte-à-faux, en U | Flexible, bonne résistance aux chocs | Boîtiers électroniques, jouets |
| Polypropylène | En porte-à-faux, annulaire, en U | Flexibilité élevée, excellente résistance à la fatigue | Emballages, intérieurs d’automobiles |
| Nylon | En torsion, en L | Solide, durable et résistant à l’usure | Charnières mécaniques, outils |
| Polycarbonate | En porte-à-faux, en L | Solide, à haute résistance aux chocs | Appareils médicaux, pièces soumises à des contraintes élevées |
| TPU | Annulaire, en U | Flexible, excellent allongement | Joints, joints d’étanchéité pour l’impression 3D |
Méthodes de fixation alternatives
Lorsque des connexions plus robustes, durables ou précises que celles offertes par les joints à encliquetage sont nécessaires, d’autres méthodes de fixation peuvent être utilisées. En comprenant les limitations des joints à encliquetage et les besoins spécifiques de votre design, vous pouvez choisir la méthode de fixation alternative la plus adaptée à votre projet.
Il est également important de prendre en compte que dans de nombreux appareils, composants et designs, une combinaison de joints à encliquetage avec d’autres systèmes de fixation est utilisée, optimisant les designs pour tirer parti des avantages des différentes méthodes de fixation. Le tableau ci-dessous présente des scénarios dans lesquels les joints à encliquetage peuvent échouer et suggère des méthodes de fixation alternatives ainsi que leurs avantages.
| Scénario d’échec des encliquetages | Scénario d’échec des encliquetages | Méthode alternative | Avantages | Exemples d’applications |
| Applications à contraintes élevées ou à charges importantes | Les encliquetages peuvent faillir s’ils sont soumis à de lourdes charges | Fixations mécaniques (vis, boulons, rivets) | Fournit des connexions solides et fiables | Pièces automobiles, telles que les composants de suspension et les boîtiers de moteur |
| Conditions environnementales extrêmes | Dégradation sous des conditions extrêmes | Soudage plastique (ultrasonique, soudage par plaque chauffante) | Crée des liaisons permanentes, étanches à l’air et à l’eau. | Boîtiers électroniques étanches |
| Montages permanents ou sans couture | Les encliquetages ne peuvent pas permettre une finition sans couture | Adhésifs (époxy, cyanoacrylate) | Permet une liaison lisse et permanente | Étuis de smartphone |
| Matériaux fragiles ou rigides | Les encliquetages provoquent des fractures dans les matériaux fragiles | Soudage par solvant | Idéal pour les plastiques rigides | Présentoirs en acrylique, boîtiers rigides en plastique |
| Précision ou tolérances élevées requises | Les encliquetages peuvent ne pas répondre aux besoins en matière de tolérance serrée. | Rivetage plastique | Fournit des connexions stables et précises | Cartes de circuits imprimés |
| Géométries complexes ou parois fines | Les encliquetages peuvent déformer des pièces aux parois fines | Inserts filetés ou vis | Distribue les charges uniformément, évitant ainsi les déformations | Ordinateurs portables, appareils électroniques grand public avec des structures internes fines |
| Applications nécessitant des joints étanches à l’air/à l’eau | Les encliquetages peuvent ne pas fournir un joint suffisamment étanche. | Fixation avec joint d’étanchéité à l’aide d’adhésifs ou de soudage plastique | Assure un joint hermétique imperméable à l’air ou à l’eau. | Appareils médicaux, électronique sous-marine |
Vers des solutions de fixation durables et efficaces
Les joints à encliquetage offrent une solution polyvalente et économique pour les pièces en plastique avec le moulage par injection et l’impression 3D. En choisissant le type de joint à encliquetage et le matériau appropriés et en relevant les défis du design, les ingénieurs peuvent créer des montages durables adaptés à leur application. La compréhension des méthodes de fixation alternatives et le traitement des défis du design, tels que la concentration de contraintes et la fatigue du matériau, garantissent la longévité et les performances du joint.
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