Advanced mechanical design with metal snap-fit features

Integrated attachments, or Snap-fit, are widely used in combination with polymers but not the same for metals. Metals are characterized by high stiffness values, leading to several intrinsic issues while trying to use the snap-fit solution used for polymers. At the same time, traditional manufacturing processes are not able to provide a competitive realization of complex shaped components. For this reason, metallic snap-fit solutions are mainly used as auxiliary elements. The present development of innovative manufacturing and machining processes, such as laser cutting, makes possible to realize very strange shapes with a reduced resource employment and accurate geometric tolerances. In this way it is possible to develop snap-fit solutions to be applied on metals, realizing innovative joints that could substitute other traditional joining methods, like welding, bolting, etc.. From the industrial point of view, the adoption of such joining technology can dramatically improve the assembly efficiency of metallic structures. Actually, the positioning of different tubular elements becomes easier and also the supporting system can be reduced, leading to an important cost reduction during the assembly phase of the product. The innovative aspect of the present research activity concerns the definition of a methodology to translate the snap-fit technology from plastics to metals. A series of novel snap-fit feature shapes are defined in order to overcome the technological issues that in the past prevented metallic snap-fit to become a free-standing joining solution. At the same time, the geometries obtained through the application of such methodology take advantage of innovative manufacturing process like laser cutting technology. This allows the realization of complex shapes without wasting large amount of resources. Furthermore, the snap-fit elements are applied on practical case studies, as well as they undergone to mechanical test to estimate the performance of the developed solutions.

Le giunzioni integrate, o Snap-fit, sono ampiamente utilizzate in combinazione con i polimeri, ma non si può dire lo stesso per i metalli. Di fatti, questi ultimi sono caratterizzati da elevata rigidezza, che compromette la diretta trasposizione delle geometrie snap-fit tradizionali, studiate appositamente per materiali plastici. In aggiunta, i processi di produzione tradizionali non sono in grado di realizzare componenti di forma complessa in modo competitivo. Per questo motivo, le soluzioni metalliche a scatto vengono ad oggi utilizzate principalmente come elementi ausiliari. L'attuale sviluppo di processi produttivi innovativi, come il taglio laser, rende possibile la realizzazione di forme molto complesse, con un ridotto impiego di risorse e tolleranze geometriche accurate. Così facendo è possibile sviluppare soluzioni ad incastro per materiali metallici, definendo giunti innovativi che possano sostituire altri metodi di giunzione tradizionali, quali saldatura, bullonatura, ecc… Dal punto di vista della pratica industriale, l'adozione di tale tecnologia di giunzione può migliorare notevolmente l'efficienza di assemblaggio delle strutture metalliche. Diventa infatti più agevole il posizionamento dei diversi elementi tubolari per realizzare una struttura metallica, e il sistema di supporto può essere notevolmente ridotto. La diretta conseguenza si realizza nella significativa riduzione dei costi in fase di assemblaggio del prodotto. L'aspetto innovativo della presente attività di ricerca riguarda la definizione di una metodologia in grado di tradurre la tecnologia snap-fit dalla plastica per essere applicata a materiali metallici. Forme di giunzione innovative vengono introdotte come soluzioni pratiche di snap-fit metallico, in grado di superare i limiti incontrati in passato e realizzando di conseguenza giunzioni vere e proprie. Le geometrie ottenute attraverso l'applicazione di tale metodologia sfruttano i processi di lavorazione innovativi, come la tecnologia del taglio laser. Questo permette di realizzare forme complesse in modo rapido ed efficiente. Infine, gli elementi snap-fit vengono applicati su casi di studio e sono stati sottoposti a test meccanici, per stimare le prestazioni di queste giunzioni innovative.