Введение: Литье под давлением распространено повсеместно. Фактически, большинство пластиковых изделий в современном мире изготавливаются с использованием литьё под давлением. Несмотря на то, что это отлично подходит для крупномасштабного производства, традиционные металлические формы с ЧПУ стоят дорого и требуют много времени для изготовления в мелкосерийном производстве.

Если вы создаете прототипы или занимаетесь мелкосерийным производством (например, 10-1000 деталей), 3D-печатные литьевые формы - отличный способ сэкономить время и деньги. Они также позволяют более гибко подходить к процессу производства. Вы можете тестировать дизайн пресс-форм, легко вносить изменения и повторять дизайн гораздо быстрее и дешевле, чем при традиционной обработке на станках с ЧПУ.

В этом руководстве мы покажем вам, как сделать 3D-форму для литья под давлением, и дадим все инструменты и советы, необходимые для использования 3D-печатных форм для литья пластмассы под давлением в домашних условиях.

Что нужно для литья под давлением?

Высокопроизводительные настольные SLA 3D-принтеры

Настольные SLA 3D-принтеры - это высокопроизводительные машины, способные создавать формы с четкими гранями и гладкой поверхностью, что означает, что вы можете делать высококачественные детали. 3D-принтеры SLA можно использовать не только для изготовления пластиковых форм. Они также отлично подходят для создания прототипов и других задач, необходимых при разработке продукта.

Цена: Принтеры SLA дороже принтеров Fused Deposition Modeling (FDM) и HP Nylon Multi-Jet Fusion (MJF) для создания прототипов из термопластичных материалов, но они обеспечивают хорошую детализацию.

Размер печати: Потребительские 3D-принтеры предназначены для изготовления небольших деталей и малых партий. Они похожи на мини-версии больших принтеров. Средний размер отпечатка - 145 x 145 x 175 мм.

Материалы: Несмотря на то, что принтер небольшой, в нем много материалов. В нем есть смолы для прозрачных, твердых, стоматологических и гибких деталей. Наиболее распространенными материалами для настольной 3D-печати являются поликарбонат (PC), акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS) и эластомерные полиуретановые смолы (EPU). На рынке также представлено множество более дешевых материалов. Они стоят около 15 евро за 500 мл.

Разрешение: Разрешение настольных 3D-принтеров обычно довольно хорошее для своего ценового диапазона, толщина слоя составляет около 25-200 микрон. Однако иногда оно может ухудшиться после длительного использования принтера.

Вес: Настольные смоляные SLA-принтеры весят менее 10 кг и очень портативны.

Материалы для 3D-печати

Материал для 3D-печати, способный выдерживать температуру и давление на форму в процессе литья под давлением. К основным из них относятся следующие:

Смола Rigid 10K - это сверхпрочный материал с высокой степенью стеклонаполнения, который может работать с более широким диапазоном геометрий и процессов литья под давлением. Он имеет HDT 218°C @ 0,45 МПа и модуль растяжения 10 000 МПа, что означает, что он прочный, сверхтвердый и может выдерживать высокие температуры.

Высокотемпературная смола имеет температуру теплового деформирования 238 °C при давлении 0,45 МПа и хорошо подходит для литья под давлением. Она хрупкая, но рекомендуется для материалов с высокой температурой формования и сокращенным временем охлаждения.

Смола Grey Pro Resin обладает более низкой теплопроводностью, чем High Temp Resin или Rigid Resin, что означает, что она дольше остывает, но она более мягкая и может выдержать сотни циклов износа.

Настольные машины для литья под давлением.

Настольное литье под давлением - это механический процесс, который обычно используется в различных производственных циклах для придания постоянной формы различным материалам, в том числе пластмассам. На этой странице вы узнаете о том, что такое литье под давлением, где обычно используется литье под давлением, о производстве пластиковых деталей и предметов, об изготовлении пресс-форм и точном литье пластиковых материалов.

Существует множество различных типов термопластавтоматов, используемых производителями. В основном используются гидравлические, электрические и гибридные (комбинация электрических и гидравлических) машины, но настольные термопластавтоматы, как правило, работают от электричества.

Настольные машины для литья под давлением предназначены для подачи расплавленного материала (обычно пластика или металла) в форму, которая включает в себя полость для выталкивания материала и приспособление для формовки и фиксации детали в конечной форме. В одной машине пресс-формы могут быть одногнездными или многогнездными, что означает, что за один процесс можно изготовить только одно или несколько изделий.

Кроме того, многогнездные пресс-формы могут включать идентичные или уникальные полости, поэтому создаваемые изделия могут быть как идентичными, так и индивидуальными. Каждая пресс-форма рассчитана на изготовление более миллиона деталей в течение всего срока службы, поэтому они должны быть прочными и иметь низкие допуски.

Независимо от того, является ли рабочий стол литьё под давлением Полезность машины для вас зависит от условий использования и потребностей пользователя. Для домашних DIY-энтузиастов и небольших студий они могут стать дешевым, быстрым и простым в использовании способом изготовления сложных деталей и моделей.

Пошаговое литье под давлением

Проектирование пресс-формы в САПР

Во-первых, выберите свой любимый программный инструмент CAD для проектирования вставки в пресс-форму. Вы можете спроектировать собственную вставку пресс-формы, используя чертеж полости основного каркаса пресс-формы.

Перенесите две половинки сердечника и 3D-дизайн, который вы хотите сделать, в инструмент CAD.

В Blender отгородите одну половину формы, используя значок глаза в проводнике сцены. После того как вы настроите рабочее пространство так, как вам нравится, установите для обеих половин формы тип рисования "проволока" в меню Object.

Теперь вы можете установить пресс-форму. Во время процесса впрыска убедитесь, что объект полностью пересекает входное отверстие расплавленного пластика. Чтобы облегчить эту задачу, используйте ортографический режим, переключаясь между перспективным и ортографическим видами.

Спрячьте текущий стержень формы, затем снимите с него другую сторону. Повторите этот процесс, убедившись, что объект полностью пересекает входную часть другой половины стержня. После того как объекты выстроены, вы можете использовать функцию Boolean Difference в Blender, чтобы вычесть площадь двух пересекающихся объектов.

Выделите переднюю половину объекта, затем выберите опцию boolean в меню модификаторов. Выберите объект, который вырезаете, и убедитесь, что выбрана операция "Разница". Примените оператор и сделайте то же самое для другой стороны.

Теперь ваша форма готова к печати. Экспортируйте каждую половину, обязательно установив флажок "Только выделение" в экспортере Blender.

Формы для 3D-печати

Для 3D-печати пресс-форм необходимо выбрать материал, который выдержит температуру и давление во время процесса литья под давлением.

В процессе изготовления пресс-формы алюминиевая рама соединяется со стальными формами, а половинки формы обрабатываются с помощью сверлильного пресса для эффективного удаления пузырьков воздуха в жидкой смоле.

Основываясь на собственных испытаниях и исследованиях клиентов, мы составили список самых популярных смол для 3D-печати.

Светоотверждаемые смолы: Светоотверждаемые смолы - один из самых популярных типов смол в 3D-печати. Она быстро затвердевает под воздействием ультрафиолетового света. Эта смола быстро затвердевает и обладает высокой детализацией. Светоотверждаемые смолы хорошо подходят для создания детальных моделей, произведений искусства и высококачественных деталей машин.

Композитные смолы: Композитные смолы изготавливаются путем смешивания двух или более смол. Прочность и твердость такой смолы можно регулировать в разных пропорциях, поэтому из нее можно делать все - от мягких вещей до твердых. Композитные смолы также обладают хорошей химической и термической стойкостью.

Силиконовые смолы: Силиконовые смолы - это высокоэффективный смоляной материал, обладающий высокой прочностью, высокой твердостью, высокой термостойкостью и отличными механическими свойствами. Эта смола также обладает хорошей атмосферостойкостью и воздухонепроницаемостью, поэтому ее часто используют для изготовления высококлассных автомобильных деталей и деталей в аэрокосмической отрасли.

Термопластичная смола: Термопластичная смола - это смолистый материал, который может пластически деформироваться при высоких температурах. Эта смола обладает хорошей термостойкостью и коррозионной стойкостью, ее можно обрабатывать.

Фоточувствительная смола - это материал, который используется для изготовления вещей на 3D-принтере, где для затвердевания смолы используется свет. Это жидкость, которая превращается в твердое вещество, когда на нее попадает свет. Она состоит из множества различных химических веществ, но основными из них являются полимеры, фотоинициаторы и разбавители.

Существует 9 различных видов светочувствительной смолы, которые можно использовать в 3D-принтере: общая смола, твердая смола, смола для литья по выплавляемым моделям, гибкая смола, эластичная смола, высокотемпературная смола, биосовместимая смола, керамическая смола и смола для дневного света.

Настройка печати в PreForm, программе подготовки к печати для 3D-принтеров Formlabs, занимает всего несколько секунд. Если для печати вашей формы требуется опорная конструкция, обязательно расположите половину формы в PreForm так, чтобы полость была обращена вверх. Это облегчит постобработку и позволит получить высококачественную поверхность отформованной детали.

В зависимости от геометрии и размера можно печатать сразу несколько форм на платформе для сборки, чтобы сделать печать более эффективной.

Пластиковые детали, изготовленные методом литья под давлением

Теперь, когда вы разработали и 3D-печатаете пресс-форму, вы можете отливать детали под давлением на настольной машине для литья пластмасс под давлением.

У вас есть множество материалов для литья под давлением. Вот некоторые из наиболее распространенных материалов для литья под давлением.

Акрил; Акрил, также известный как поли(метилметакрилат), - это термопластичный материал, который отличается легкостью, хорошей механической прочностью, чистотой и прозрачностью. Он не пластичен, но хорошо сопротивляется сколам.

ABS; ABS - один из самых признанных материалов для литья под давлением. Он обладает хорошей прочностью и вязкостью, ударопрочностью и химической стойкостью к кислотам, щелочам и маслам. Он абсолютно непрозрачен и может быть изготовлен литьем под давлением в различных цветах. Кроме того, он очень дешев по сравнению с другими материалами для литья под давлением, представленными в этом списке.

Нейлон; Нейлон - отличный материал. Он прочный, хорошо переносит нагрев, обладает хорошими фрикционными и износостойкими свойствами. Это натуральный материал, но его также можно изготовить в лаборатории. Лабораторный материал отлично подходит для литья под давлением. Кроме того, он хорошо поглощает вибрации, поэтому из него можно делать вещи, которые останавливают шум.

ПК; ПК очень прочен, устойчив к сколам и ударам. Он прозрачен. Кроме того, он обладает прекрасным свойством сохранять свои механические свойства и внешний вид в широком диапазоне температур. Поэтому он отлично работает в условиях высоких температур.

ПОМ; POM отлично подходит для вещей, которые должны быть очень точными. Он жесткий и твердый, поэтому не сильно меняет форму. Он также скользкий и гладкий, поэтому хорошо подходит для вещей, которые часто трутся друг о друга. Он также может выдерживать очень низкие температуры.

PP; Полипропилен окружает нас повсюду, особенно в наших кухонных шкафах в виде пищевых контейнеров. Это один из самых распространенных пластиков, одобренных FDA для использования в литье пластмасс под давлением. Он твердый, термостойкий, химически стойкий и может быть многократно переработан. Эти качества делают его удобным в работе.

PS; PS - один из немногих хрупких материалов для литья под давлением. Он особенно легок, устойчив к влаге и химическим реакциям и очень подходит для домашнего литья пластмасс под давлением, поскольку равномерно сокращается при остывании в форме.

PE; ПЭ подразделяется на три основные категории с различной плотностью: полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) и полиэтилентерефталат (ПЭТ). Как правило, полиэтилен отличается пластичностью, хорошей ударной прочностью и сопротивлением ползучести (выдерживает механические нагрузки в течение длительного времени, не деформируясь). Кроме того, они устойчивы к химическим реакциям.

TPE ; TPE отличается от других литьё под давлением материалов, поскольку представляет собой смесь пластика и резины. Она сочетает в себе лучшее из двух миров. Он гибкий, может сильно растягиваться, прочный и может быть переработан. Кроме того, он дешевле большинства резиновых альтернатив.

TPU ; TPU - это еще одна резинопластиковая смесь, которая обладает очень важными качествами полиуретанового компонента. Он очень твердый и обладает очень хорошей прочностью на сжатие, устойчивостью к истиранию и химической стойкостью. Кроме того, эти свойства практически не меняются при экстремальных температурах.

Прежде чем сделать выбор, подумайте, для чего вам нужна эта вещь и что может сделать станок. Затем просто следуйте инструкциям станка, чтобы сделать свою деталь.

В зависимости от того, что вы впрыскиваете, прилипание детали к форме может привести к ее разрушению, когда вы пытаетесь извлечь деталь, особенно в случае гибких материалов, таких как TPU или TPE. Использование разделителя формы - отличный способ помочь отделить деталь от формы. Силиконовые разделители форм работают с Formlabs Grey Pro Resin, High Temp Resin и Rigid 10K Resin.

Советы дизайнерам, которые пытаются самостоятельно заняться литьем под давлением

Разрабатывая форму, подумайте, можно ли ее напечатать и можно ли отлить.

Точный метод для DIY литьё под давлением зависит от конструкции и объема, но эти советы и рекомендации помогут повысить вероятность успеха. Чтобы уменьшить видимость линий печати на готовой детали, печатайте пластиковую форму с меньшей высотой слоя (50 или 25 микрон на слой вместо 100 по умолчанию). Имейте в виду, что это увеличит время печати.

Добавление 2-5 градусов осадки к поверхностям, перпендикулярным направлению вытягивания, облегчит извлечение детали и поможет уберечь форму от повреждений. Вы можете отшлифовать расколотые плоскости мелкой наждачной бумагой, чтобы избавиться от вспышек. Чтобы быстрее охладить деталь и предотвратить ее коробление, можно использовать водяную баню. Тисненые и гравированные детали должны находиться на расстоянии не менее 1 мм от поверхности.

Если вы проектируете алюминиевую раму, добавьте .125 мм дополнительной толщины к задней части формы, чтобы создать компрессию и обеспечить полную герметичность.

Заключение

Люди часто говорят о 3D-печати и литье под давлением как о смертельных врагах, но это не всегда бинарный выбор. Прототипирование и малосерийное производство, будь то 3D-печать непосредственно на детали или литье под давлением с использованием 3D-печатной формы, могут стать отличным способом помочь компаниям выйти на рынок быстрее, экономичнее и с меньшим риском.