Wprowadzenie: Formowanie wtryskowe jest wszędzie. W rzeczywistości większość produktów z tworzyw sztucznych na świecie jest obecnie wytwarzana przy użyciu form wtryskowych. formowanie wtryskowe. Chociaż jest to świetne rozwiązanie w przypadku produkcji na dużą skalę, tradycyjne formy metalowe obrabiane CNC są drogie, a ich produkcja na małą skalę zajmuje dużo czasu.

W przypadku prototypowania lub produkcji małoseryjnej (np. 10-1000 części), formy wtryskowe drukowane w 3D to świetny sposób na zaoszczędzenie czasu i pieniędzy. Pozwalają one również na większą elastyczność procesu produkcyjnego. Możesz testować projekty form, łatwo wprowadzać zmiany i iterować projekty znacznie szybciej i znacznie taniej niż w przypadku tradycyjnej obróbki CNC.

Tworzenie niestandardowych form za pomocą stereolitograficznej drukarki 3D jest łatwe i wygodne, pozwalając połączyć to, co najlepsze w druku 3D z tradycyjnymi technikami formowania. W tym przewodniku pokażemy, jak wykonać formowanie wtryskowe DIY i podamy wszystkie narzędzia i wskazówki potrzebne do korzystania z form drukowanych w 3D do formowania wtryskowego tworzyw sztucznych we własnym zakresie.

Czego potrzebujesz do samodzielnego formowania wtryskowego?

Wysokowydajne biurkowe drukarki 3D SLA

Biurkowe drukarki 3D SLA to wysokowydajne maszyny, które mogą tworzyć formy o ostrych rysach i gładkim wykończeniu powierzchni, co oznacza, że można tworzyć wysokiej jakości części. Drukarek 3D SLA można używać nie tylko do tworzenia plastikowych form. Świetnie nadają się one również do prototypowania i innych czynności, które trzeba wykonać podczas opracowywania produktu.

Cena: Drukarki SLA są droższe niż drukarki FDM (Fused Deposition Modeling) i HP Nylon Multi-Jet Fusion (MJF) do prototypowania z materiałów termoplastycznych, ale zapewniają dobrą szczegółowość.

Rozmiar wydruku: Drukarki 3D dla konsumentów są przeznaczone do produkcji małych części i małych partii. Są jak mini wersje dużych drukarek. Przeciętny rozmiar wydruku jest średni, zwykle 145 x 145 x 175 mm.

Materiały: Mimo że drukarka jest niewielka, zawiera wiele materiałów. Posiada żywice do części przezroczystych, litych, dentystycznych i elastycznych. Najpopularniejszymi materiałami do stacjonarnego druku 3D są poliwęglan (PC), akrylonitryl-butadien-styren (ABS) i elastomerowe żywice poliuretanowe (EPU). Na rynku dostępnych jest również wiele tańszych materiałów. Kosztują one około 15 euro za 500 ml.

Rozdzielczość: Rozdzielczość stacjonarnych drukarek 3D jest zwykle całkiem dobra w tym przedziale cenowym, z grubością warstwy około 25-200 mikronów. Jednak czasami może się ona pogorszyć po kilku użyciach.

Waga: Biurkowe drukarki SLA ważą mniej niż 10 kg i są bardzo przenośne.

Materiały do druku 3D

Materiał do druku 3D, który może wytrzymać temperaturę i nacisk na formę podczas procesu formowania wtryskowego. Główne z nich obejmują następujące:

Rigid 10K Resin to super wytrzymały, wypełniony szkłem materiał, który może obsługiwać szerszy zakres geometrii i procesów formowania wtryskowego. Ma temperaturę HDT 218°C przy 0,45 MPa i moduł rozciągania 10 000 MPa, co oznacza, że jest mocny, super twardy i wytrzymuje wysokie temperatury.

Żywica wysokotemperaturowa ma temperaturę ugięcia 238 °C przy ciśnieniu 0,45 MPa i nadaje się do formowania wtryskowego. Jest krucha, ale zalecana do materiałów o wysokich temperaturach formowania i skróconym czasie chłodzenia.

Żywica Grey Pro ma niższą przewodność cieplną niż żywica wysokotemperaturowa lub żywica sztywna, co oznacza, że jej schłodzenie trwa dłużej, ale jest bardziej miękka i może wytrzymać setki cykli zużycia.

Desktopowe maszyny do formowania wtryskowego.

Formowanie wtryskowe to proces mechaniczny, który jest powszechnie stosowany w różnych cyklach produkcyjnych do trwałego kształtowania różnych materiałów, w tym tworzyw sztucznych. Na tej stronie dowiesz się, czym jest formowanie wtryskowe, gdzie formowanie wtryskowe jest powszechnie stosowane, produkcja części i przedmiotów z tworzyw sztucznych, produkcja form i precyzyjne formowanie tworzyw sztucznych.

Istnieje wiele różnych typów wtryskarek używanych przez producentów. Główne typy maszyn to hydrauliczne, elektryczne i hybrydowe (połączenie elektrycznych i hydraulicznych), ale wtryskarki stacjonarne są zazwyczaj zasilane elektrycznie.

Wtryskarki stacjonarne są zaprojektowane do wtłaczania stopionego materiału (zwykle plastiku lub metalu) do formy, która zawiera wnękę do wciskania materiału oraz uchwyt do formowania i zabezpieczania części do jej ostatecznego kształtu. W jednej maszynie formy mogą być jednogniazdowe lub wielogniazdowe, co oznacza, że w jednym procesie można wytworzyć tylko jeden lub więcej produktów.

Ponadto formy wielogniazdowe mogą zawierać identyczne lub unikalne gniazda, dzięki czemu tworzone produkty mogą być identyczne lub indywidualne. Każda forma jest zaprojektowana do produkcji ponad miliona części w całym okresie eksploatacji, co oznacza, że musi być wytrzymała i mieć niskie tolerancje.

Czy komputer stacjonarny formowanie wtryskowe To, która maszyna okaże się przydatna, zależy od przypadku użycia i potrzeb użytkownika. Dla domowych majsterkowiczów i małych pracowni mogą one stanowić tani, szybki i łatwy w użyciu sposób na tworzenie złożonych części i modeli.

DIY formowanie wtryskowe w krokach

Projektowanie formy w CAD

Najpierw należy wybrać ulubione narzędzie CAD do projektowania wkładki formy. Możesz zaprojektować własną wkładkę do formy, korzystając z rysunku wnęki głównej ramy formy.

Przenieś dwie połówki rdzenia i projekt 3D, który chcesz wykonać, do narzędzia CAD.

W programie Blender zablokuj jedną połowę formy za pomocą ikony oka w eksploratorze scen. Po skonfigurowaniu obszaru roboczego ustaw obie połówki formy na typ rysowania "drut" w menu Obiekt.

Teraz można ustawić formę. Podczas procesu wtryskiwania upewnij się, że obiekt w pełni przecina wlot stopionego tworzywa sztucznego. Aby to ułatwić, użyj trybu ortograficznego, przełączając się między widokiem perspektywicznym i ortograficznym.

Ukryj bieżący rdzeń formy, a następnie odkryj drugą stronę. Powtórz ten proces, upewniając się, że obiekt w pełni przecina wlot drugiej połowy rdzenia. Gdy obiekty zostaną wyrównane, możesz użyć funkcji Boolean Difference w Blenderze, aby odjąć obszar dwóch przecinających się obiektów.

Zaznacz przednią połowę obiektu, a następnie wybierz opcję logiczną w menu modyfikatorów. Zaznacz wycinany obiekt i upewnij się, że wybrana jest operacja "różnica". Zastosuj operator i zrób to samo dla drugiej strony.

Twoja forma jest teraz gotowa do druku. Wyeksportuj każdą połówkę, upewniając się, że zaznaczone jest pole "Tylko zaznaczenie" w eksporterze Blender.

Formy do druku 3D

Aby drukować formy 3D, należy wybrać materiał, który poradzi sobie z temperaturą i ciśnieniem formy podczas procesu formowania wtryskowego.

Podczas procesu produkcji form, aluminiowa rama formy jest łączona ze stalowymi formami, a połówki formy są obrabiane za pomocą wiertarki, aby zapewnić skuteczne usuwanie pęcherzyków powietrza z płynnej żywicy.

Na podstawie naszych własnych testów i analiz przypadków klientów stworzyliśmy listę najpopularniejszych żywic do druku 3D.

Żywice światłoutwardzalne: Żywice światłoutwardzalne to jeden z najpopularniejszych rodzajów żywic w druku 3D. Ich działanie polega na szybkim utwardzaniu światłem ultrafioletowym. Żywica ta szybko twardnieje i charakteryzuje się wysoką szczegółowością. Żywice światłoutwardzalne nadają się do tworzenia szczegółowych modeli, dzieł sztuki i wysokiej jakości części maszyn.

Żywice kompozytowe: Żywice kompozytowe są wytwarzane przez zmieszanie dwóch lub więcej materiałów żywicznych. Wytrzymałość i twardość tej żywicy można regulować w różnych proporcjach, dzięki czemu można tworzyć zarówno miękkie, jak i twarde przedmioty. Żywice kompozytowe mają również dobrą odporność chemiczną i termiczną.

Żywice silikonowe: Żywice silikonowe to wysokowydajne materiały żywiczne o dużej wytrzymałości, wysokiej twardości, stabilności w wysokich temperaturach i doskonałych właściwościach mechanicznych. Żywica ta ma również dobrą odporność na warunki atmosferyczne i szczelność, dlatego jest często używana do produkcji wysokiej klasy części samochodowych i części w przemyśle lotniczym.

Żywica termoplastyczna: Żywica termoplastyczna to materiał żywiczny, który można odkształcać plastycznie w wysokich temperaturach. Żywica ta ma dobrą odporność na ciepło i korozję i może być przetwarzana.

Żywica światłoczuła to materiał używany do tworzenia przedmiotów za pomocą drukarki 3D, która wykorzystuje światło do utwardzania żywicy. Jest to ciecz, która zamienia się w ciało stałe po naświetleniu jej światłem. Składa się z wielu różnych substancji chemicznych, ale najważniejsze z nich to polimery, fotoinicjatory i rozcieńczalniki.

Istnieje 9 różnych rodzajów światłoczułej żywicy, której można używać z drukarką 3D: żywica ogólna, żywica twarda, żywica do odlewów inwestycyjnych, żywica elastyczna, żywica elastyczna, żywica wysokotemperaturowa, żywica biokompatybilna, żywica ceramiczna i żywica światła dziennego.

Konfiguracja wydruku w PreForm, oprogramowaniu do przygotowywania wydruków dla drukarek 3D Formlabs, zajmuje zaledwie kilka sekund. Jeśli projekt formy wymaga konstrukcji wsporczej do drukowania, należy ustawić połówkę formy w PreForm tak, aby wnęka była skierowana do góry. Ułatwi to późniejszą obróbkę i zapewni wysokiej jakości powierzchnię wypraski.

W zależności od geometrii i rozmiaru można drukować wiele form na platformie konstrukcyjnej jednocześnie, aby zwiększyć wydajność drukowania.

Części z tworzyw sztucznych formowane wtryskowo

Teraz, po zaprojektowaniu i wydrukowaniu formy 3D, można formować części wtryskowo na stacjonarnej wtryskarce do tworzyw sztucznych.

Masz do wyboru wiele materiałów do formowania wtryskowego. Oto niektóre z najpopularniejszych materiałów do formowania wtryskowego.

Akryl; Akryl, znany również jako poli(metakrylan metylu), jest materiałem termoplastycznym, który jest lekki, ma dobrą wytrzymałość mechaniczną oraz jest bezbarwny i przezroczysty. Nie jest plastyczny, ale jest odporny na odpryskiwanie.

ABS; ABS jest jednym z najbardziej uznanych materiałów do formowania wtryskowego. Charakteryzuje się dobrą wytrzymałością, odpornością na uderzenia i odpornością chemiczną na kwasy, zasady i oleje. Jest całkowicie nieprzezroczysty i może być formowany wtryskowo w różnych kolorach. Co najlepsze, jest bardzo tani w porównaniu do innych tworzyw sztucznych do formowania wtryskowego na tej liście.

Nylon; Nylon to świetny materiał. Jest wytrzymały, radzi sobie z wysoką temperaturą i ma dobre właściwości w zakresie tarcia i zużycia. Jest to materiał naturalny, ale może być również wytwarzany w laboratorium. Ten wyprodukowany w laboratorium świetnie nadaje się do formowania wtryskowego. Ponadto dobrze pochłania wibracje, więc nadaje się do tworzenia rzeczy, które zatrzymują hałas.

PC; PC jest super wytrzymały, odporny na wióry i uderzenia. Jest przezroczysty. Ponadto ma tę wspaniałą cechę, że zachowuje swoje właściwości mechaniczne i wygląd w szerokim zakresie temperatur. Świetnie sprawdza się więc w środowiskach o wysokiej temperaturze.

POM; POM świetnie nadaje się do rzeczy, które muszą być naprawdę precyzyjne. Jest sztywny i sztywny, więc nie zmienia zbytnio kształtu. Jest również śliski i gładki, więc nadaje się do rzeczy, które często się o siebie ocierają. Może również wytrzymać naprawdę niskie temperatury.

PP; PP jest wszędzie wokół nas, zwłaszcza w naszych szafkach kuchennych w postaci pojemników na żywność. Jest to jedno z najpopularniejszych tworzyw sztucznych zatwierdzonych przez FDA do stosowania w formowaniu wtryskowym tworzyw sztucznych. Jest twardy, odporny na ciepło, chemikalia i może być wielokrotnie poddawany recyklingowi. Te cechy sprawiają, że łatwo się z nim pracuje.

PS; PS jest jednym z niewielu kruchych materiałów do formowania wtryskowego. Jest szczególnie lekki, odporny na wilgoć i reakcje chemiczne, a także bardzo dobrze nadaje się do domowego formowania wtryskowego tworzyw sztucznych, ponieważ kurczy się równomiernie po schłodzeniu w formie.

PE; PE dzieli się na trzy główne kategorie o różnych gęstościach: polietylen o wysokiej gęstości (HDPE), polietylen o niskiej gęstości (LDPE) i politereftalan etylenu (PET). Ogólnie rzecz biorąc, gatunki PE są plastyczne, mają dobrą udarność i odporność na pełzanie (mogą wytrzymać obciążenia mechaniczne przez długi czas bez deformacji). Ponadto są odporne na reakcje chemiczne.

TPE ; TPE różni się od innych formowanie wtryskowe materiałów, ponieważ jest to mieszanka plastiku i gumy. Łączy w sobie to, co najlepsze z obu światów. Jest elastyczny, można go mocno rozciągnąć, jest wytrzymały i można go poddać recyklingowi. Dodatkowo, najlepsze jest to, że jest tani w porównaniu z większością gumowych alternatyw.

TPU ; TPU to kolejna mieszanka gumy i tworzywa sztucznego, która ma bardzo pożądane właściwości w swoim poliuretanowym składniku. Jest bardzo twardy i ma bardzo dobrą wytrzymałość na ściskanie, odporność na ścieranie i odporność chemiczną. Ponadto właściwości te nie zmieniają się zbytnio w ekstremalnych temperaturach.

Zanim dokonasz wyboru, zastanów się, co chcesz, aby dana rzecz robiła i co maszyna może zrobić. Następnie postępuj zgodnie z instrukcjami maszyny, aby wykonać swoją część.

W zależności od rodzaju wtryskiwanego materiału, przyleganie części do formy może spowodować jej uszkodzenie podczas próby wyjęcia części, szczególnie w przypadku materiałów elastycznych, takich jak TPU lub TPE. Użycie środka antyadhezyjnego to świetny sposób na oddzielenie części od formy. Silikonowe środki antyadhezyjne współpracują z żywicami Formlabs Grey Pro Resin, High Temp Resin i Rigid 10K Resin.

Wskazówki dla projektantów próbujących formowania wtryskowego DIY

Projektując formę, zastanów się, czy można ją wydrukować i czy można ją uformować.

Dokładna metoda dla majsterkowiczów formowanie wtryskowe będą się różnić w zależności od projektu i wymaganej objętości, ale te wskazówki i triki pomogą zwiększyć wskaźnik sukcesu. Aby zmniejszyć widoczność linii wydruku na gotowej części, wydrukuj plastikową formę przy użyciu mniejszej wysokości warstwy (50 lub 25 mikronów na warstwę zamiast domyślnych 100). Należy pamiętać, że wydłuży to czas drukowania.

Dodanie 2-5 stopni ciągu do powierzchni prostopadłych do kierunku ciągnięcia ułatwi wyjęcie części i pomoże zapobiec uszkodzeniu formy. Podzielone płaszczyzny można przeszlifować drobnym papierem ściernym, aby pozbyć się wypływek. Możesz użyć kąpieli wodnej, aby szybciej schłodzić część i zapobiec jej wypaczeniu. Wytłoczone i wygrawerowane detale powinny znajdować się co najmniej 1 mm od powierzchni.

Jeśli projektujesz aluminiową ramę, dodaj .125 mm dodatkowej grubości z tyłu formy, aby stworzyć kompresję i zapewnić pełne uszczelnienie.

Wnioski

Ludzie często mówią o druku 3D i formowaniu wtryskowym jak o śmiertelnych wrogach, ale nie zawsze jest to wybór binarny. Prototypowanie i produkcja małoseryjna, niezależnie od tego, czy odbywa się za pomocą druku 3D bezpośrednio na części, czy za pomocą formowania wtryskowego przy użyciu formy wydrukowanej w 3D, może być świetnym sposobem, aby pomóc firmom szybciej wejść na rynek, bardziej opłacalnie i przy mniejszym ryzyku.