Inleiding: Spuitgieten is een veelgebruikt productieproces voor het produceren van grote volumes onderdelen met een consistente kwaliteit. Bij deze technologie wordt gesmolten kunststof in een metalen vormholte gespoten om de uiteindelijke vorm van het product te bepalen.

De conventionele methoden om deze mallen te maken kunnen echter tijdrovend en duur zijn, vooral voor kleine of aangepaste productieseries. Maak kennis met 3D-printen, een kosteneffectieve oplossing waarmee fabrikanten snel mallen kunnen maken met ingewikkelde geometrieën en fijne details die voorheen onhaalbaar waren met traditionele productietechnieken.

In dit artikel gaan we dieper in op het proces van het maken van 3D-geprinte mallen voor spuitgieten.

Dingen die u moet weten voordat u een 3D Printing spuitgietmatrijs kiest

Het succes van het spuitgietproces is sterk afhankelijk van de kwaliteit van de 3D-geprinte mal. Factoren zoals de afdrukhoeveelheid en de ontwerphoek spelen een cruciale rol in het resultaat, zoals hieronder wordt besproken:

Oplages: Het is belangrijk om te weten dat 3D-geprinte spuitgietmatrijzen, hoewel ze kosteneffectief en efficiënt zijn voor de productie van kleine aantallen, een lagere structurele integriteit hebben dan metalen matrijzen. Meestal zijn deze mallen geschikt voor 30 tot 100 producties, waardoor ze ideaal zijn voor snelle prototyping. Voor grotere productievolumes zijn traditionele aluminium of stalen mallen wellicht geschikter.

Trekhoek: Het opnemen van de juiste trekhoek in het matrijsontwerp is essentieel voor het naadloos ontvormen van het spuitgietproduct na de productie. Een aanbevolen trekhoek van 20 graden vergemakkelijkt de demontage van spuitgietproducten en zorgt voor een vlot productieproces.

Grootte en vorm: Inzicht in de dimensies van de gewenste spuitgegoten onderdeel is cruciaal bij het kiezen van de juiste maat en vorm van de mal. 3D-geprinte matrijzen verschillen met name in grootte van CNC-bewerkte matrijzen. Dit verschil in grootte heeft invloed op de reeks spuitgietproducten die met 3D-geprinte matrijzen kunnen worden geproduceerd in vergelijking met CNC-bewerkte tegenhangers.

Onberispelijk voltooid: De oppervlakte-integriteit van 3D-geprinte matrijzen is soms inferieur aan die van metalen spuitgietmatrijzen door de nadelige invloed van hoge spuitgiettemperaturen op de prestaties van de matrijs. Bijgevolg zijn deze matrijzen niet de optimale keuze voor projecten die een verfijnde afwerking vereisen. Kiezen voor een aluminium of stalen spuitgietmatrijs is een beter alternatief.

Als alternatief kan het gebruik van een afschermende coating van materialen zoals keramiek op de geprinte mal thermische degradatie verminderen en helpen bij het verkrijgen van een gepolijste afwerking.

Een CAD-ontwerp maken

De eerste stap in het maken van een 3D-geprinte matrijs voor spuitgieten is het ontwerpen van de matrijs met behulp van computerondersteunde ontwerpsoftware (CAD). Factoren waarmee rekening moet worden gehouden tijdens het ontwerpproces zijn onder andere de geometrie van het onderdeel, het spuitgietmateriaal, de locatie van de poorten en de koelkanalen.

Om de ontwerpuitdagingen bij het maken van een 3D-printmal te verlichten, kunnen verschillende tips nuttig zijn. Ten eerste is het kiezen van het juiste matrijsmateriaal cruciaal. Het is essentieel om ervoor te zorgen dat het gekozen materiaal robuust en stijf genoeg is om de druk tijdens het injectieproces te weerstaan. Bovendien moet het smeltpunt van de mal hoger liggen dan het smeltpunt van het spuitgietmateriaal.

Ten tweede is een nauwgezet ontwerp van de mal noodzakelijk voor een succesvolle productie van de mal. Het binnenoppervlak van de mal moet zo worden geplaatst dat contact met de afdrukdrager wordt voorkomen. Ventilatieopeningen in het matrijsontwerp kunnen helpen bij het verwijderen van ingesloten lucht tijdens het spuitgietproces, waardoor defecten zoals poreuze onderdelen worden verminderd. Daarnaast zorgt het integreren van koelkanalen in het matrijsontwerp voor een kortere koeltijd.

Overweeg bij het ontwerpen van je onderdeel ook om een trekhoek in te bouwen. Zorgen voor een uniforme wanddikte in gevormde onderdelen en het vermijden van scherpe hoeken zijn cruciale factoren om in gedachten te houden. Spuitgieten is een andere belangrijke overweging; dit gebeurt wanneer extra materiaal uit de deellijn van de extrusiematrijs extrudeert. Om bramen te elimineren, is het aan te raden om een runnersysteem op te nemen in het matrijsontwerp. Bovendien kunnen er na het ontwerp aanpassingen worden gemaakt, zoals het verhogen van de klemkracht en/of het verlagen van de injectiedruk.

Ontwerpmal

Materiaalopties: Om een matrijs te maken met behulp van 3D-printen, moet je rekening houden met verschillende factoren, zoals materialen, onderdelen, spuitgietfouten en meer.

Er kunnen talloze materialen worden gebruikt voor het maken van 3D printing spuitgietmatrijzen, waaronder PETG, ABS, nylon, PP en acetal. Bij het kiezen van het materiaal voor uw 3D kunststof drukvorm is het cruciaal om de volgende twee aspecten in overweging te nemen:

Kracht en stijfheid: Kunststof polymeren die geschikt zijn voor het 3D printen van spuitgietmatrijzen moeten na het printen sterk en stijf zijn. Deze eigenschappen zijn van vitaal belang om de mal in staat te stellen de stress te weerstaan die ontstaat tijdens het injectieproces.

Temperatuurbestendigheid: Omdat spuitgieten bij verhoogde temperaturen gebeurt om een optimale stroming van gesmolten kunststof te bevorderen, is het noodzakelijk dat het kunststofmateriaal dat gekozen wordt voor het maken van de mal een smeltpunt heeft dat hoger ligt dan dat van de spuitgietmatrijs. spuitgieten materiaal.

Vormontwerp: Streven naar grotere maatnauwkeurigheid door rekening te houden met bewerkingstoeslagen op de matrijs voor latere nabewerking en formaataanpassing. Een serie matrijzen genereren om maatafwijkingen te beoordelen en deze variaties op te nemen in het CAD-model van de matrijzen.

Verleng de levensduur van de mal door de poort te openen om de druk in de malholte te verlichten. Zorg ervoor dat de ene kant van de stapelvorm vlak is terwijl de andere kant wordt gebruikt voor ontwerponderdelen. Deze strategie helpt verkeerde uitlijning van het matrijsblok en de kans op overlopen te verminderen.

Zorg voor een groot ontluchtingsgat van de rand van de matrijsholte naar de matrijsrand voor een efficiënte afzuiging. Dit bevordert de materiaalstroom in de matrijs, verlaagt de druk en voorkomt dat het poortgebied volloopt, waardoor de cyclustijden korter worden. Vermijd te dunne doorsneden, want oppervlakken met een dikte van minder dan 1-2 mm zijn gevoelig voor vervorming door hitte.

Verfijn uw printproces door de achterzijde van de mal aan te passen om het materiaalverbruik te verminderen. Verklein de dwarsdoorsnede van gebieden die niet de malholte ondersteunen om de harskosten te verlagen en de kans op printfouten of vervormingen te verkleinen. Het introduceren van een afschuining kan het verwijderen van het werkstuk van het bouwplatform vergemakkelijken. Gebruik centreerpennen op de hoeken om de twee prints effectief uit te lijnen.

Oriëntatie van het binnengezicht: Positioneer de binnenzijde van de matrijs om contact met steunen te vermijden, waardoor de kwaliteit van het afdrukoppervlak verbetert door steunsporen te minimaliseren of te elimineren. Deze oriëntatie vermindert ook de noodzaak voor nabewerking.

Ondiepe openingen: Ventilatieopeningen in het matrijsontwerp vergemakkelijken de afvoer van ingesloten lucht tijdens het spuitgietproces. De aanbevolen ondiepe openingen, ongeveer 0,05 mm groot, helpen de kans op defecten zoals spuitgietflitsen te verkleinen.

Gebruik kanalen: Integreer kanalen in het matrijsontwerp voor matrijzen die bedoeld zijn voor 20 of meer runs. Hierdoor kunnen er metalen staven en buizen in worden opgenomen, waardoor spuitgietfouten zoals kromtrekken effectief worden verminderd. Bovendien draagt het gebruik van kanalen bij aan een kortere afkoeltijd.

Laaghoogte: Kiezen voor een lagere laaghoogte verbetert de gladheid van de geprinte mal en minimaliseert de zichtbaarheid van geprinte lijnen.

Ontwerp van onderdelen: De kwaliteit van het spuitgietproces hangt in grote mate af van de gebruikte 3D-printmatrijs. Daarom moet er tijdens de ontwerpfase van het onderdeel rekening worden gehouden met verschillende factoren om het succes en de efficiëntie van het geprinte product te garanderen. Een aanbevolen ontwerphoek van 20 vereenvoudigt het verwijderen van het spuitgietproduct uit de geprinte spuitgietmatrijs.

Materiaalkeuze: De materiaalkeuze voor de 3D-geprinte matrijs is cruciaal. Het moet bestand zijn tegen de hoge temperaturen en druk die optreden tijdens het spuitgietproces zonder krom te trekken of te smelten. Materialen zoals nylon, ABS en polycarbonaat worden vaak gebruikt voor 3D printen van spuitgietmatrijzen.

Uniforme wanddikte: Spuitgietproducten hebben een consistente wanddikte nodig om defecten zoals kromtrekken tijdens en na het inspuiten te minimaliseren. Wanneer dunne wanden nodig zijn, kunnen dunne ribben en hoekprofielen de wandsterkte verbeteren.

Vermijd scherpe hoeken: Ik heb de randen van de mal afgerond om scherpe hoeken te vermijden. Deze aanpassing bevordert een soepele stroom van gesmolten kunststof en vermindert het optreden van spuitgietfouten.

Flash voorkomen: Flash is een veel voorkomend probleem bij spuitgieten, waarbij overtollig gesmolten kunststof uit de matrijs ontsnapt en stolt tijdens het injectieproces. Dit defect kan het gevolg zijn van een slechte passing tussen matrijshelften, een te hoge injectiedruk of het overvullen van de matrijs.

Flash van 3D-geprinte matrijzen kan worden geëlimineerd door runnersystemen op te nemen in het matrijsontwerp en te zorgen voor toleranties op de productlijnen. Als deze methoden echter niet werken, kunt u na het ontwerp aanpassingen proberen te maken, zoals het verhogen van de klemkracht en/of het verlagen van de injectiedruk.

Gebruik lossingsmiddel om onderdelen te verwijderen: Tijdens het ontmallen wordt een lossingsmiddel toegevoegd om het spuitgietproduct soepel te kunnen verwijderen. Zonder een lossingsmiddel kunnen onderdelen vast komen te zitten in de matrijs. Er is dan veel kracht nodig om het onderdeel te verwijderen, waardoor het onderdeel en/of de matrijs beschadigd kunnen raken.

Testen en verifiëren: Voordat een 3D-geprinte matrijs wordt gebruikt voor spuitgieten, moeten de prestaties worden getest en geverifieerd. Aan de hand van tests kunnen eventuele problemen met het matrijsontwerp of de materiaalkeuze worden opgespoord en kunnen de nodige aanpassingen worden aangebracht voordat de productie van de spuitgietproducten begint.

CAD-ontwerpbestanden exporteren

Nadat het CAD-model van de mal is gemaakt, wordt de volgende stap het exporteren van het ontwerp als STL-bestand. STL is een veelgebruikt bestandsformaat voor 3D printen. Het STL-bestand bevat een 3D-model van de mal, klaar om te worden geïmporteerd in 3D-printsoftware om te worden afgedrukt. Andere bestandsformaten die compatibel zijn met 3D printers zijn FBX, OBJ, 3MF, PLY, G-Code, X3G en AMF.

3D-printen van spuitgietmatrijzen

Zodra het STL-bestand is voorbereid, kan een 3D-printer worden gebruikt om de spuitgietmatrijs te maken. Matrijzen kunnen worden gemaakt met verschillende 3D-printprocessen, zoals Fused Deposition Modeling (FDM), Stereolithografie (SLA), Selective Laser Sintering (SLS) en Digital Light Processing (DLP). De keuze van de 3D printer en printmaterialen hangt af van factoren zoals de complexiteit van de mal en de levensduur van de mal.

FDM is meestal de meest kosteneffectieve 3D printoplossing voor kunststof mallen en gereedschappen. De uiteindelijke mal kan echter zichtbare laaglijnen vertonen die moeten worden geschuurd of chemisch moeten worden nabewerkt om ze te verwijderen.

Op hars gebaseerde 3D printtechnologieën zoals SLA en DLP zijn populaire keuzes omdat ze mallen opleveren met een gladder oppervlak, waardoor er minder uitgebreide nabewerking nodig is. Material jetting, een andere 3D printmethode op basis van hars, kan mallen maken met superieure oppervlaktekwaliteit door gebruik te maken van verschillende materialen en kleuren. SLS maakt gebruik van versterkt nylon voor de productie van mallen en biedt robuuste sterkte en een hoge oppervlaktekwaliteit.

Standaardconfiguratie

3D-printmallen voor spuitgieten hebben voornamelijk de volgende twee standaardconfiguraties.

Gemeubileerde 3D drukvorm
Voor deze opstelling zijn geen aluminium steunframes nodig omdat ze volledig worden geprint. Hierdoor vraagt de mal meer printmateriaal, waardoor zowel de printkosten als de printtijd toenemen. Zonder frame zijn ze echter wel gevoelig voor defecten zoals kromtrekken na langdurig gebruik.

Monteer de mal op het metalen frame

Als de 3D-geprinte mal klaar is, moet hij in een metalen frame (malbasis) worden geplaatst om hem op zijn plaats te houden tijdens het spuitgietproces. De basis van de mal bevat de sprue bus, waar gesmolten materiaal in de mal wordt gegoten.

De configuratie van de mal bepaalt hoe hij op het frame wordt gemonteerd. Er zijn twee standaardconfiguraties van spuitgietmatrijzen voor 3D printen. De eerste configuratie plaatst de geprinte mal in een aluminium frame en biedt stabiliteit, nauwkeurigheid en ondersteuning voor de mal. Deze configuratie is meer geschikt voor het produceren van nauwkeurige spuitgegoten onderdelenhelpt bij het voorkomen van vormfouten zoals kromtrekken, behoudt de integriteit van de matrijs en zorgt voor een consistente drukverdeling tijdens het spuitgietproces.

De tweede configuratie is een volledig 3D-geprinte mal zonder aluminium frame. Hoewel dit de noodzaak voor een frame wegneemt, is er meer printmateriaal nodig, wat leidt tot hogere printkosten en -tijd. Mallen die met deze configuratie zijn gemaakt, zijn ook gevoeliger voor defecten zoals kromtrekken, omdat ondersteuning ontbreekt.

Het spuitgietproces starten

Zodra de mal op het metalen frame is gemonteerd, kan het spuitgietproces beginnen. Tijdens dit proces wordt de matrijs gesloten en wordt gesmolten materiaal in de matrijs geïnjecteerd via de mantel. Het gesmolten materiaal vult de matrijsholte en past zich aan de vorm van het beoogde onderdeel aan. Na afkoeling en stolling van het materiaal wordt de matrijs geopend en wordt het afgewerkte onderdeel uit de matrijs gehaald.

Nabewerking

Na het printen kan de mal extra nabewerking nodig hebben. Dit kan schuren zijn om laaglijnen te verwijderen, het samenvoegen van meerdere prints en het aanbrengen van een lossingsmiddel op het oppervlak van de holte om het afgewerkte onderdeel na het spuitgieten los te maken.

Schuren: Schuren kan helpen om laaglijnen op het oppervlak van het 3D-geprinte model te verwijderen. Begin met grover schuurpapier en schakel geleidelijk over op fijnere korrels. Schuur niet te lang op dezelfde plek om overmatige wrijving en hitte te voorkomen die het oppervlak kunnen doen smelten. Wees voorzichtig dat je niet te veel materiaal wegschuurt, vooral rond naden als de print later moet worden verlijmd.

Hechting: Bij het lijmen is het aan te raden om lijm in kleine puntjes aan te brengen om een nauwer contact tussen de twee oppervlakken te verzekeren, net alsof je ze met een elastiekje vastbindt. Voor ruwe of naadloze naden kun je Bondo-lijm of vulmiddel gebruiken om een gladdere afwerking te krijgen.

Kleurplaten: Probeer het tijdens deze stap in een goed geventileerde en stofvrije ruimte te doen om ervoor te zorgen dat de kleuring gelijkmatig is op alle oppervlakken. Hang het doelwit tijdens het spuiten op een armlengte afstand. Nadat je het 3D printen model met zachte lijm hebt geverfd, laat je het 1-2 dagen drogen voordat je het polijst.

Schroefsleuven installeren: Het aanbrengen van schroefsleuven kan de levensduur van het 3D-geprinte omhulsel verlengen. Voor een goede passing moeten de gaten op het model iets kleiner zijn dan de schroefgaten. Zet het model vast voor stabiliteit en vermijd snelle of krachtige handelingen om vervorming van de gaten te voorkomen.

Siliconen mal omdraaien: Voor dit proces zijn een 3D-printmal, siliconen, hars, een maatbeker en andere materialen nodig. Om het volume van de mal te berekenen, vul je eerst de 3D-drukvormdoos met water en giet je het water vervolgens in de maatbeker.

Conclusie

3D-geprinte mallen bieden een duidelijk voordeel ten opzichte van traditioneel ontworpen mallen, waardoor ze ideaal zijn voor verschillende industrieën die kleine series moeten maken van zowel eenvoudige als ingewikkelde productontwerpen.

In essentie volgt het proces van het maken van 3D-geprinte matrijzen voor spuitgieten een gestructureerde aanpak. Het begint met het ontwerpen van de mal met behulp van CAD-software en gaat verder met het afstellen van de printerinstellingen om prints van hoge kwaliteit te maken. Latere nabewerkingsstappen, zoals slijpen en polijsten, kunnen nodig zijn om het oppervlak van de mal te verbeteren.

Het inbouwen van essentiële onderdelen, zoals plug-ins, en het uitvoeren van uitgebreide tests zorgen voor functionaliteit en precisie. Na validatie is de mal klaar voor spuitgieten productie, waardoor het mogelijk wordt om snel prototypes te maken en kunststof onderdelen met ingewikkelde ontwerpen te vervaardigen.