Wprowadzenie: Formowanie wtryskowe jest szeroko stosowanym procesem produkcyjnym do wytwarzania części o dużej objętości i stałej jakości. Technologia ta polega na wtryskiwaniu stopionego tworzywa sztucznego do metalowej wnęki formy w celu określenia ostatecznego kształtu produktu.

Jednak konwencjonalne metody wytwarzania tych form mogą być zarówno czasochłonne, jak i kosztowne, szczególnie w przypadku małych lub niestandardowych serii produkcyjnych. Druk 3D to opłacalne rozwiązanie, które pozwala producentom na szybkie wytwarzanie form o skomplikowanej geometrii i drobnych szczegółach, które wcześniej były nieosiągalne przy użyciu tradycyjnych technik produkcyjnych.

W tym artykule zagłębimy się w proces tworzenia drukowanych w 3D form do formowanie wtryskowe.

Rzeczy, na które należy zwrócić uwagę przed wyborem formy wtryskowej do druku 3D

Sukces procesu formowania wtryskowego zależy w dużej mierze od jakości wydrukowanej formy 3D. Czynniki takie jak ilość wydruku i kąt pochylenia odgrywają kluczową rolę w wyniku, jak omówiono poniżej:

Nakłady: Należy zauważyć, że formy wtryskowe drukowane w 3D, choć opłacalne i wydajne w produkcji małoseryjnej, mają niższą integralność strukturalną w porównaniu z formami metalowymi. Zazwyczaj formy te nadają się do produkcji od 30 do 100 serii, co czyni je idealnymi do szybkiego prototypowania. W przypadku większych wolumenów produkcji bardziej odpowiednie mogą być tradycyjne formy aluminiowe lub stalowe.

Draft Angle: Uwzględnienie prawidłowego kąta zanurzenia w projekcie formy ma zasadnicze znaczenie dla płynnego demontażu części formowanej wtryskowo po zakończeniu produkcji. Zalecany kąt zanurzenia wynoszący 20 stopni ułatwia demontaż formowanych części, zapewniając płynny proces produkcji

Rozmiar i kształt: Zrozumienie pożądanych wymiarów Część formowana wtryskowo ma kluczowe znaczenie przy wyborze odpowiedniego rozmiaru i kształtu formy. Warto zauważyć, że formy drukowane 3D różnią się od form obrabianych CNC pod względem rozmiaru, zazwyczaj są mniejsze. Ta różnica w rozmiarze wpływa na zakres części formowanych wtryskowo, które mogą być produkowane przy użyciu form drukowanych 3D w porównaniu do odpowiedników obrabianych CNC.

Ukończone bezbłędnie: Integralność powierzchni form drukowanych 3D jest czasami gorsza niż w przypadku metalowych form wtryskowych ze względu na szkodliwy wpływ wysokich temperatur wtrysku na wydajność formy. W związku z tym formy te nie są optymalnym wyborem dla projektów wymagających wyrafinowanego wykończenia. Wybór aluminiowej lub stalowej formy wtryskowej jest lepszą alternatywą.

Alternatywnie, zastosowanie powłoki ekranującej składającej się z materiałów takich jak ceramika na drukowanej formie może złagodzić degradację termiczną i pomóc w uzyskaniu polerowanego wykończenia.

Tworzenie projektu CAD

Początkowym krokiem w tworzeniu formy drukowanej 3D do formowania wtryskowego jest zaprojektowanie formy za pomocą oprogramowania do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD). Czynniki, które należy wziąć pod uwagę podczas procesu projektowania, obejmują geometrię części, materiał do formowania, lokalizację bramy i kanały chłodzące.

Aby złagodzić wyzwania projektowe podczas tworzenia formy do druku 3D, kilka wskazówek może być korzystnych. Po pierwsze, wybór odpowiedniego materiału formy ma kluczowe znaczenie. Należy upewnić się, że wybrany materiał jest wystarczająco wytrzymały i sztywny, aby wytrzymać ciśnienie generowane podczas procesu wtrysku. Co więcej, temperatura topnienia formy powinna przekraczać temperaturę topnienia materiału do formowania wtryskowego.

Po drugie, skrupulatne zaprojektowanie formy jest niezbędne dla udanej produkcji. Wewnętrzna powierzchnia formy powinna być umieszczona w sposób zapobiegający kontaktowi z nośnikiem wydruku. Uwzględnienie otworów wentylacyjnych w projekcie formy może pomóc w eliminacji uwięzionego powietrza podczas procesu formowania wtryskowego, zmniejszając w ten sposób wady, takie jak porowate części. Dodatkowo, zintegrowanie kanałów chłodzących w konstrukcji formy ułatwi skrócenie czasu chłodzenia.

Podczas projektowania części należy również wziąć pod uwagę kąt pochylenia. Zapewnienie jednolitej grubości ścianek w formowanych częściach i unikanie ostrych narożników to kluczowe czynniki, o których należy pamiętać. Kolejną ważną kwestią jest wypływka podczas formowania wtryskowego; występuje ona, gdy dodatkowy materiał wytłacza się z linii podziału matrycy do wytłaczania. Aby wyeliminować zadziory, zaleca się uwzględnienie systemu prowadnic w projekcie formy. Ponadto można dokonać korekt po zakończeniu projektowania, takich jak zwiększenie siły zacisku i/lub zmniejszenie ciśnienia wtrysku.

Forma projektowa

Opcje materiałowe: Aby stworzyć formę przy użyciu druku 3D, należy wziąć pod uwagę różne czynniki, w tym materiały, komponenty, wady formowania wtryskowego i inne.

Do produkcji form wtryskowych do druku 3D można stosować wiele materiałów, w tym PETG, ABS, nylon, PP i acetal. Wybierając materiał na plastikową formę do druku 3D, należy wziąć pod uwagę następujące dwa aspekty:

Wytrzymałość i sztywność: Plastikowe polimery nadające się do drukowania 3D form wtryskowych muszą wykazywać wytrzymałość i sztywność po wydrukowaniu. Cechy te są niezbędne, aby forma mogła wytrzymać naprężenia generowane podczas procesu wtrysku.

Odporność na temperaturę: Ponieważ formowanie wtryskowe działa w podwyższonych temperaturach, aby ułatwić optymalny przepływ stopionego tworzywa sztucznego, konieczne jest, aby tworzywo sztuczne wybrane do tworzenia formy miało temperaturę topnienia wyższą niż temperatura topnienia tworzywa sztucznego. formowanie wtryskowe materiał.

Konstrukcja formy: Dążenie do zwiększenia dokładności wymiarowej poprzez uwzględnienie naddatków na obróbkę na formie w celu późniejszej obróbki i zmiany rozmiaru. Wygenerowanie serii form w celu oceny rozbieżności wymiarowych i uwzględnienie tych różnic w modelu CAD form.

Zwiększenie trwałości formy poprzez otwarcie wrót w celu zmniejszenia ciśnienia w gnieździe formy. Upewnij się, że jedna strona formy jest płaska, wykorzystując drugą stronę do przechowywania elementów konstrukcyjnych. Ta strategia pomaga złagodzić niewspółosiowość bloku formy i możliwość przepełnienia.

Spory otwór wentylacyjny od krawędzi gniazda formy do krawędzi formy zapewnia wydajne odprowadzanie powietrza. Pomaga to w przepływie materiału do formy, zmniejsza ciśnienie i zapobiega zalaniu obszaru bramy, skracając w ten sposób czas cyklu. Należy unikać zbyt cienkich przekrojów, ponieważ powierzchnie o grubości mniejszej niż 1-2 mm są podatne na odkształcenia pod wpływem ciepła.

Udoskonalenie procesu drukowania poprzez dostosowanie tylnej części formy w celu zmniejszenia zużycia materiału. Zmniejszenie rozmiaru przekroju poprzecznego obszarów podtrzymujących wnękę bez formy w celu zmniejszenia wydatków na żywicę i zmniejszenia prawdopodobieństwa wystąpienia wad lub deformacji wydruku. Wprowadzenie fazowania może ułatwić usuwanie przedmiotu obrabianego z platformy roboczej. Zastosowanie kołków centrujących w narożnikach w celu skutecznego wyrównania dwóch wydruków.

Orientacja twarzy wewnętrznej: Ustaw wewnętrzną powierzchnię formy tak, aby uniknąć kontaktu z podporami, poprawiając jakość powierzchni druku poprzez zminimalizowanie lub wyeliminowanie śladów podpór. Taka orientacja zmniejsza również konieczność obróbki końcowej.

Płytkie otwory wentylacyjne: Włączenie otworów wentylacyjnych do projektu formy ułatwia usuwanie uwięzionego powietrza podczas procesu formowania wtryskowego. Zalecane płytkie otwory wentylacyjne, o rozmiarze około 0,05 mm, pomagają zmniejszyć prawdopodobieństwo wystąpienia wad, takich jak błysk wtrysku.

Wykorzystaj kanały: Zintegruj kanały z projektem formy w przypadku form przeznaczonych do 20 lub więcej serii. Pozwala to na włączenie metalowych prętów i rur, skutecznie redukując wady formowania wtryskowego, takie jak wypaczenia. Co więcej, wykorzystanie kanałów przyczynia się do skrócenia czasu schładzania.

Wysokość warstwy: Wybór niższej wysokości warstwy zwiększa gładkość drukowanej formy i minimalizuje widoczność drukowanych linii.

Konstrukcja części: Jakość procesu formowania wtryskowego zależy w znacznym stopniu od zastosowanej formy do druku 3D. Dlatego na etapie projektowania części należy wziąć pod uwagę różne czynniki, aby zapewnić sukces i wydajność drukowanego produktu, w tym włączenie kąta zanurzenia. Zalecany kąt zanurzenia wynoszący 20 upraszcza usuwanie części formowanej wtryskowo z drukowanej formy wtryskowej.

Wybór materiału: Wybór materiału do formy drukowanej 3D ma kluczowe znaczenie. Powinien on być w stanie wytrzymać podwyższone temperatury i ciśnienia związane z procesem formowania wtryskowego bez wypaczania lub topienia. Materiały takie jak nylon, ABS i poliwęglan są często wykorzystywane do drukowania 3D form wtryskowych.

Jednolita grubość ścianki: Części formowane wtryskowo wymagają stałej grubości ścianek, aby zminimalizować defekty, takie jak wypaczenia podczas i po wtrysku. W przypadkach, gdy konieczne są cienkie ścianki, zastosowanie cienkich żeber i klinów może zwiększyć wytrzymałość ścianek.

Unikaj ostrych narożników: Dodałem promień na krawędziach formy, aby wyeliminować ostre rogi. Taka regulacja ułatwia płynny przepływ stopionego tworzywa sztucznego i zmniejsza występowanie wad formowania wtryskowego.

Zapobieganie rozbłyskom: Flash jest częstym problemem w formowaniu wtryskowym, w którym nadmiar stopionego tworzywa sztucznego wydostaje się z formy i zestala się podczas procesu wtrysku. Wada ta może wynikać ze słabego dopasowania połówek formy, nadmiernego ciśnienia wtrysku lub przepełnienia formy.

Błysk z form drukowanych w 3D można wyeliminować poprzez włączenie systemów kanałów do projektu formy i zapewnienie tolerancji na liniach części. Jeśli jednak te metody nie zadziałają, można spróbować wprowadzić poprawki po zakończeniu projektowania, takie jak zwiększenie siły zacisku i/lub zmniejszenie ciśnienia wtrysku.

Użyj środka antyadhezyjnego do usunięcia części: Środek antyadhezyjny jest wprowadzany podczas procesu wyjmowania z formy, aby ułatwić płynne usunięcie części formowanej wtryskowo. Bez środka antyadhezyjnego części mogą utknąć w formie. Będzie to wymagało użycia nadmiernej siły w celu usunięcia części, co może spowodować uszkodzenie części i/lub formy.

Testowanie i weryfikacja: Przed użyciem formy wydrukowanej w 3D do formowania wtryskowego, jej wydajność musi zostać przetestowana i zweryfikowana. Testowanie może pomóc zidentyfikować wszelkie problemy związane z projektem formy lub wyborem materiału i dokonać niezbędnych korekt przed rozpoczęciem produkcji części.

Eksport plików projektowych CAD

Po utworzeniu modelu CAD formy, kolejnym krokiem jest wyeksportowanie projektu do pliku STL. STL jest powszechnie używanym formatem plików do druku 3D. Plik STL zawiera model 3D formy, gotowy do zaimportowania do oprogramowania do drukowania 3D w gotowości do drukowania. Inne formaty plików kompatybilne z drukarkami 3D to FBX, OBJ, 3MF, PLY, G-Code, X3G i AMF.

Forma wtryskowa do druku 3D

Po przygotowaniu pliku STL, do produkcji formy wtryskowej można użyć drukarki 3D. Formy mogą być tworzone za pomocą różnych procesów drukowania 3D, takich jak modelowanie osadzania topionego materiału (FDM), stereolitografia (SLA), selektywne spiekanie laserowe (SLS) i cyfrowe przetwarzanie światła (DLP). Wybór drukarki 3D i materiałów do drukowania zależy od czynników takich jak złożoność formy i jej trwałość.

FDM zazwyczaj stanowi najbardziej opłacalne rozwiązanie druku 3D dla form i narzędzi z tworzyw sztucznych. Niemniej jednak, końcowa forma może wykazywać widoczne linie warstw, które wymagają szlifowania lub wykończenia chemicznego w celu ich usunięcia.

Technologie druku 3D oparte na żywicach, takie jak SLA i DLP, są popularnym wyborem, ponieważ zapewniają formy o gładszych wykończeniach powierzchni, zmniejszając potrzebę intensywnej obróbki końcowej. Strumieniowe drukowanie materiałów, kolejna metoda druku 3D oparta na żywicach, może tworzyć formy o doskonałym wykończeniu powierzchni przy użyciu różnych materiałów i kolorów. SLS wykorzystuje wzmocniony nylon do produkcji form, oferując solidną wytrzymałość i wysoką jakość powierzchni.

Konfiguracja standardowa

Formy do druku 3D do formowania wtryskowego mają głównie następujące dwie standardowe konfiguracje.

Wyposażona forma do druku 3D
Ta konfiguracja nie wymaga aluminiowych ram nośnych, ponieważ są one w całości drukowane. W rezultacie forma wymaga więcej materiału do drukowania, co zwiększa zarówno koszt, jak i czas drukowania. Niemniej jednak, bez ramy, są one podatne na wady, takie jak wypaczanie po intensywnym użytkowaniu.

Zamontuj formę do metalowej ramy

Gdy wydrukowana w 3D forma jest gotowa, musi zostać zamontowana w metalowej ramie (podstawie formy), aby utrzymać ją na miejscu podczas procesu formowania wtryskowego. Podstawa formy zawiera tuleję wlewową, do której wlewany jest stopiony materiał.

Konfiguracja formy określa sposób jej montażu do ramy. Istnieją dwie standardowe konfiguracje form wtryskowych do druku 3D. Pierwsza konfiguracja umieszcza wydrukowaną formę w aluminiowej ramie, zapewniając stabilność, dokładność i wsparcie dla formy. Ta konfiguracja jest bardziej odpowiednia do produkcji precyzyjnych Części formowane wtryskowoPomaga zapobiegać wadom formowania, takim jak wypaczanie, utrzymuje integralność formy i zapewnia stały rozkład ciśnienia podczas procesu formowania wtryskowego.

Druga konfiguracja obejmuje w pełni wydrukowaną w 3D formę bez aluminiowej ramy. Chociaż eliminuje to konieczność stosowania ramy, wymaga to większej ilości materiału do drukowania, co prowadzi do zwiększenia kosztów i czasu drukowania. Formy stworzone przy użyciu tej konfiguracji są również bardziej podatne na defekty, takie jak wypaczanie, ponieważ brakuje im podparcia.

Rozpoczęcie procesu formowania wtryskowego

Po zamontowaniu formy na metalowej ramie można rozpocząć proces formowania wtryskowego. Podczas tego procesu forma jest zamykana, a stopiony materiał jest wtryskiwany do formy przez tuleję wlewową. Stopiony materiał wypełnia wnękę formy, dopasowując się do kształtu zamierzonej części. Po schłodzeniu i zestaleniu materiału forma jest otwierana, a gotowa część jest wyjmowana.

Przetwarzanie końcowe

Po wydrukowaniu forma może wymagać dodatkowej obróbki końcowej. Może to obejmować szlifowanie w celu usunięcia linii warstw, montaż wielu wydruków i zastosowanie środka antyadhezyjnego na powierzchni wnęki, aby pomóc w uwolnieniu gotowej części po formowaniu wtryskowym.

Szlifowanie: Szlifowanie może pomóc wyeliminować linie warstw na powierzchni wydrukowanego modelu 3D. Rozpocznij od grubszego papieru ściernego i stopniowo przechodź na drobniejsze ziarna. Unikaj zbyt długiego szlifowania w tym samym miejscu, aby uniknąć nadmiernego tarcia i ciepła, które mogą stopić powierzchnię. Zachowaj ostrożność, aby nie zeszlifować zbyt dużej ilości materiału, zwłaszcza wokół szwów, jeśli wydruk będzie musiał zostać później sklejony.

Łączenie: Podczas klejenia zaleca się nakładanie kleju małymi kropkami, aby zapewnić ściślejszy kontakt między dwiema powierzchniami, podobnie jak w przypadku wiązania ich gumką. W przypadku szorstkich lub szczelinowych szwów można użyć kleju lub wypełniacza Bondo, aby uzyskać gładsze wykończenie.

Kolorystyka: Na tym etapie staraj się robić to w dobrze wentylowanym i wolnym od kurzu miejscu, aby zapewnić równomierne zabarwienie na wszystkich powierzchniach. Podczas natryskiwania należy zawiesić cel, zachowując odległość ramienia. Po pomalowaniu modelu do druku 3D miękkim klejem, pozostaw go do wyschnięcia na 1-2 dni przed polerowaniem.

Montaż gniazd śrub: Zainstalowanie otworów na śruby może wydłużyć żywotność wydrukowanej powłoki 3D. Aby zapewnić ścisłe dopasowanie, otwory w modelu powinny być nieco mniejsze niż otwory na śruby. Zabezpiecz model, aby zapewnić stabilność i unikaj szybkich lub siłowych operacji, aby zapobiec deformacji otworów.

Odwracanie formy silikonowej: Proces ten obejmuje pojemnik na formy do druku 3D, silikon, żywicę, miarkę i inne materiały. Aby obliczyć objętość formy, należy najpierw napełnić pojemnik formy do druku 3D wodą, a następnie wlać wodę do miarki.

Wnioski

Formy drukowane 3D oferują wyraźną przewagę nad tradycyjnie zaprojektowanymi formami, co czyni je idealnymi dla różnych branż wymagających produkcji małoseryjnej zarówno prostych, jak i skomplikowanych projektów produktów.

Zasadniczo proces tworzenia drukowanych form 3D do formowania wtryskowego przebiega zgodnie z ustrukturyzowanym podejściem. Rozpoczyna się on od zaprojektowania formy przy użyciu oprogramowania CAD, a następnie dostrojenia ustawień drukarki w celu uzyskania wysokiej jakości wydruków. Późniejsze etapy obróbki końcowej, takie jak szlifowanie i polerowanie, mogą być konieczne w celu ulepszenia powierzchni formy.

Włączenie niezbędnych komponentów, takich jak wtyczki, i przeprowadzenie kompleksowych testów zapewnia funkcjonalność i precyzję. Po walidacji, forma jest gotowa na formowanie wtryskowe ułatwiając szybkie prototypowanie i produkcję części z tworzyw sztucznych o skomplikowanych wzorach.