Введение: Литье под давлением - широко распространенный производственный процесс для изготовления крупносерийных деталей с неизменным качеством. Эта технология предполагает впрыскивание расплавленного пластика в полость металлической формы для придания изделию окончательной формы.

Однако традиционные методы изготовления таких форм могут быть трудоемкими и дорогостоящими, особенно при небольших или индивидуальных партиях продукции. Появилась 3D-печать - экономически эффективное решение, позволяющее производителям быстро изготавливать формы со сложной геометрией и мелкими деталями, которые ранее были недостижимы при использовании традиционных технологий производства.

В этой статье мы рассмотрим процесс создания 3D-печатных форм для литьё под давлением.

На что следует обратить внимание перед выбором пресс-формы для 3D-печати

Успех процесса литья под давлением в значительной степени зависит от качества 3D-печатной формы. Такие факторы, как количество отпечатков и угол вытяжки, играют решающую роль в результате, как показано ниже:

Печатные тиражи: Важно отметить, что 3D-формы для литья под давлением, хотя и являются экономически выгодными и эффективными для малосерийного производства, обладают меньшей структурной целостностью по сравнению с металлическими формами. Как правило, такие пресс-формы рассчитаны на 30-100 серий, что делает их идеальными для быстрого создания прототипов. Для больших объемов производства могут больше подойти традиционные алюминиевые или стальные формы.

Угол наклона: Включение правильного угла осадки в конструкцию пресс-формы необходимо для беспрепятственной разборки литой детали после производства. Рекомендуемый угол осадки 20 градусов облегчает разборку литых деталей, обеспечивая бесперебойный производственный процесс

Размер и форма: Понимание размеров желаемого литая деталь имеет решающее значение при выборе подходящего размера и формы пресс-формы. Примечательно, что 3D-печатные пресс-формы отличаются от пресс-форм, изготовленных на станках с ЧПУ, по размеру, обычно они меньше по масштабу. Эта разница в размерах влияет на ассортимент литьевых деталей, которые могут быть изготовлены с помощью 3D-печатных форм по сравнению с аналогами, изготовленными на станках с ЧПУ.

Завершено безупречно: Целостность поверхности 3D-печатных форм иногда уступает металлическим литьевым формам из-за пагубного влияния высоких температур литья под давлением на характеристики формы. Следовательно, эти формы не являются оптимальным выбором для проектов, требующих изысканной отделки. Выбор алюминиевой или стальной пресс-формы для литья под давлением - более удачная альтернатива.

В качестве альтернативы, использование защитного покрытия из таких материалов, как керамика, на печатной форме может смягчить термическую деградацию и помочь в достижении полированной поверхности.

Создание CAD-проекта

Первым шагом в создании 3D-печатной формы для литья под давлением является проектирование формы с помощью программного обеспечения для автоматизированного проектирования (CAD). В процессе проектирования необходимо учитывать такие факторы, как геометрия детали, материал для литья, расположение затвора и каналов охлаждения.

Чтобы облегчить трудности проектирования при создании пресс-формы для 3D-печати, можно воспользоваться несколькими советами. Во-первых, очень важно выбрать подходящий материал для пресс-формы. Необходимо убедиться, что выбранный материал достаточно прочный и жесткий, чтобы выдержать давление, возникающее в процессе впрыска. Кроме того, температура плавления пресс-формы должна превышать температуру плавления материала для литья под давлением.

Во-вторых, для успешного изготовления формы необходимо тщательно продумать ее конструкцию. Внутренняя поверхность формы должна быть расположена таким образом, чтобы исключить контакт с носителем оттиска. Включение в конструкцию пресс-формы вентиляционных отверстий может способствовать удалению воздуха, задерживаемого в процессе литья под давлением, и тем самым уменьшить количество дефектов, таких как пористые детали. Кроме того, включение в конструкцию пресс-формы охлаждающих каналов позволяет сократить время охлаждения.

При проектировании детали также учитывайте угол вытяжки. Необходимо помнить об обеспечении равномерной толщины стенок в формованных деталях и избегать острых углов. Еще одним важным моментом является образование заусенцев при литье под давлением; они возникают, когда лишний материал выходит за линию раздела экструзионной головки. Чтобы устранить заусенцы, рекомендуется включить в конструкцию пресс-формы систему обкатки. Кроме того, после проектирования можно внести коррективы, например, увеличить усилие смыкания и/или снизить давление впрыска.

Конструкторская форма

Варианты материалов: Чтобы создать пресс-форму с помощью 3D-печати, необходимо учесть различные факторы, включая материалы, компоненты, дефекты литья под давлением и многое другое.

Для изготовления пресс-форм для 3D-печати можно использовать множество материалов, включая PETG, ABS, нейлон, PP и ацеталь. При выборе материала для пластиковой пресс-формы для 3D-печати важно учитывать следующие два аспекта:

Прочность и жесткость: Пластиковые полимеры, подходящие для 3D-печати литьевых форм, должны обладать прочностью и жесткостью после печати. Эти качества необходимы для того, чтобы пресс-форма могла выдерживать нагрузки, возникающие в процессе впрыска.

Температурная устойчивость: Поскольку литье под давлением происходит при повышенных температурах для обеспечения оптимального потока расплавленного пластика, необходимо, чтобы пластиковый материал, выбранный для создания формы, имел температуру плавления выше, чем температура плавления пластика. литьё под давлением материал.

Дизайн пресс-формы: Стремитесь к повышению точности размеров, учитывая припуски на обработку пресс-формы для последующей обработки и изменения размеров. Создайте серию пресс-форм для оценки несоответствия размеров и включите эти изменения в CAD-модель пресс-форм.

Повысьте долговечность пресс-формы, открыв затвор, чтобы уменьшить давление в полости пресс-формы. Убедитесь, что одна сторона пресс-формы плоская, а другая используется для удержания компонентов конструкции. Эта стратегия помогает уменьшить смещение блоков пресс-формы и вероятность перелива.

Для эффективного отвода отработанных газов предусмотрите большое вентиляционное отверстие от края полости пресс-формы до ее края. Это облегчает поступление материала в форму, снижает давление и предотвращает затопление зоны затвора, тем самым сокращая время цикла. Избегайте слишком тонких сечений, так как поверхности толщиной менее 1-2 мм подвержены деформации под воздействием тепла.

Усовершенствуйте процесс печати, отрегулировав заднюю часть формы для снижения расхода материала. Уменьшите размер поперечного сечения опорных зон, не являющихся полостями формы, чтобы сократить расход смолы и снизить вероятность появления дефектов печати или деформаций. Введение фаски может облегчить снятие заготовки с платформы для сборки. Используйте центрирующие штифты в углах для эффективного выравнивания двух отпечатков.

Ориентация внутреннего лица: Расположите внутреннюю поверхность формы так, чтобы избежать контакта с опорами, что повышает качество поверхности печати за счет минимизации или полного отсутствия следов от опор. Такая ориентация также снижает необходимость в постобработке.

Неглубокие вентиляционные отверстия: Включение вентиляционных отверстий в конструкцию пресс-формы облегчает удаление запертого воздуха в процессе литья под давлением. Рекомендуемые неглубокие вентиляционные отверстия размером около 0,05 мм помогают снизить вероятность возникновения таких дефектов, как вспышки при впрыске.

Используйте каналы: Встройте каналы в конструкцию пресс-формы для пресс-форм, рассчитанных на 20 и более тиражей. Это позволяет включать металлические стержни и трубки, эффективно уменьшая такие дефекты литья под давлением, как коробление. Кроме того, использование каналов способствует сокращению времени охлаждения.

Высота слоя: Выбор в пользу меньшей высоты слоя повышает гладкость печатной формы и минимизирует видимость печатных линий.

Дизайн деталей: Качество процесса литья под давлением в значительной степени зависит от используемой формы для 3D-печати. Поэтому на этапе проектирования детали необходимо учитывать различные факторы, чтобы обеспечить успех и эффективность печатного изделия, в том числе угол вытяжки. Рекомендуемый угол осадки 20 упрощает извлечение литой детали из печатной формы для литья под давлением.

Выбор материала: Выбор материала для 3D-печатной формы очень важен. Он должен выдерживать повышенные температуры и давление в процессе литья под давлением, не деформируясь и не плавясь. Для 3D-печати литьевых форм часто используются такие материалы, как нейлон, ABS и поликарбонат.

Равномерная толщина стенок: Для деталей, изготовленных методом литья под давлением, требуется постоянная толщина стенок, чтобы свести к минимуму такие дефекты, как коробление во время и после впрыска. В тех случаях, когда необходимы тонкие стенки, добавление тонких ребер и прокладок может повысить прочность стенок.

Избегайте острых углов: Я предусмотрел радиус на краях пресс-формы, чтобы исключить острые углы. Такая регулировка способствует плавному течению расплавленного пластика и снижает вероятность возникновения дефектов литья под давлением.

Предотвратите вспышку: Вспышка - распространенная проблема при литье под давлением, когда избыток расплавленного пластика выходит из формы и застывает в процессе впрыска. Этот дефект может возникнуть в результате плохого прилегания половинок формы, чрезмерного давления впрыска или переполнения формы.

Вспышки на 3D-печатных формах можно устранить, включив в конструкцию пресс-формы системы обкатки и обеспечив допуски на линии деталей. Однако если эти методы не помогают, можно попробовать внести коррективы в конструкцию, например, увеличить усилие смыкания и/или снизить давление впрыска.

Используйте разделительный состав для удаления деталей: Разделительный агент вводится в процесс распалубки для облегчения извлечения отлитой под давлением детали. Без разделительного агента детали могут застрять в пресс-форме. Для извлечения детали потребуется приложить чрезмерное усилие, что может привести к повреждению детали и/или пресс-формы.

Тестирование и верификация: Прежде чем использовать 3D-печатную форму для литья под давлением, необходимо протестировать и убедиться в ее работоспособности. Испытания помогут выявить любые проблемы с конструкцией пресс-формы или выбором материала и внести необходимые коррективы до начала производства деталей.

Экспорт файлов CAD-проектов

После создания CAD-модели пресс-формы последующий этап заключается в экспорте проекта в файл STL. STL - это широко используемый формат файлов для 3D-печати. Файл STL содержит 3D-модель пресс-формы, готовую к импорту в программное обеспечение для 3D-печати. Дополнительные форматы файлов, совместимые с 3D-принтерами, включают FBX, OBJ, 3MF, PLY, G-Code, X3G и AMF.

3D-печатная пресс-форма для литья под давлением

После подготовки STL-файла можно использовать 3D-принтер для изготовления пресс-формы для литья под давлением. Пресс-формы могут быть созданы с помощью различных процессов 3D-печати, таких как моделирование методом плавленного осаждения (FDM), стереолитография (SLA), выборочное лазерное спекание (SLS) и цифровая обработка света (DLP). Выбор 3D-принтера и материалов для печати зависит от таких факторов, как сложность формы и ее долговечность.

FDM, как правило, представляет собой наиболее экономичное решение для 3D-печати пластиковых форм и оснастки. Тем не менее, на готовой пресс-форме могут появиться видимые линии слоев, для удаления которых требуется шлифовка или химическая обработка.

Технологии 3D-печати на основе смолы, такие как SLA и DLP, являются популярными, поскольку они позволяют получать формы с более гладкой поверхностью, что снижает необходимость в тщательной постобработке. Струйная обработка материалов, еще один метод 3D-печати на основе смолы, позволяет создавать формы с превосходной отделкой поверхности, используя различные материалы и цвета. В технологии SLS для изготовления пресс-форм используется армированный нейлон, обеспечивающий прочность и высокое качество поверхности.

Стандартная конфигурация

3D-формы для литья под давлением в основном имеют следующие две стандартные конфигурации.

Оборудованная пресс-форма для 3D-печати
При такой установке алюминиевые опорные рамы не требуются, поскольку они полностью печатаются. В результате для изготовления формы требуется больше печатного материала, что увеличивает стоимость и время печати. Тем не менее, без рамы они подвержены таким дефектам, как деформация после длительного использования.

Установите пресс-форму на металлическую раму

После того как 3D-печатная форма готова, ее необходимо установить в металлическую раму (основание формы), чтобы она удерживалась на месте во время процесса литья под давлением. Основание пресс-формы включает в себя втулку для литника, в которую заливается расплавленный материал.

Конфигурация пресс-формы определяет способ ее крепления к раме. Существует две стандартные конфигурации литьевых форм для 3D-печати. В первой конфигурации печатная форма вставляется в алюминиевую раму, обеспечивая стабильность, точность и поддержку формы. Эта конфигурация больше подходит для производства точных литые деталиЭто помогает предотвратить такие дефекты литья, как коробление, сохраняет целостность формы и обеспечивает равномерное распределение давления в процессе литья под давлением.

Вторая конфигурация предполагает полностью 3D-печатную форму без алюминиевой рамы. Хотя в этом случае необходимость в каркасе отпадает, требуется больше материала для печати, что приводит к увеличению стоимости и времени печати. Кроме того, формы, созданные с использованием этой конфигурации, более подвержены дефектам, таким как деформация, поскольку отсутствует поддержка.

Начало процесса литья под давлением

После установки пресс-формы на металлическую раму можно приступать к процессу литья под давлением. Во время этого процесса пресс-форма закрывается, и расплавленный материал впрыскивается в нее через литниковую втулку. Расплавленный материал заполняет полость формы, придавая ей форму предполагаемой детали. После охлаждения и застывания материала форма открывается, и из нее извлекается готовая деталь.

Постобработка

После печати пресс-форма может потребовать дополнительной обработки. Она может включать шлифовку для удаления линий слоев, сборку нескольких отпечатков и нанесение разделительного агента на поверхность полости, чтобы помочь освободить готовую деталь после литья под давлением.

Шлифовка: Шлифовка поможет устранить линии слоев на поверхности 3D-печатной модели. Начинайте с более грубой наждачной бумаги и постепенно переходите к более мелкой. Старайтесь не шлифовать одно и то же место слишком долго, чтобы избежать чрезмерного трения и нагрева, которые могут расплавить поверхность. Будьте осторожны, чтобы не сошлифовать слишком много материала, особенно вокруг швов, если впоследствии печать придется склеивать.

Связывание: При склеивании рекомендуется наносить клей небольшими точками, чтобы обеспечить более плотный контакт между двумя поверхностями, как бы скрепляя их резинкой. Для грубых или неровных швов можно использовать клей или шпатлевку Bondo, чтобы добиться более гладкой поверхности.

Раскраска: На этом этапе старайтесь делать это в хорошо проветриваемом и непыльном помещении, чтобы окраска была равномерной на всех поверхностях. При распылении подвешивайте объект на расстоянии вытянутой руки. После окрашивания модели 3D-печати мягким клеем дайте ей высохнуть 1-2 дня, а затем отполируйте.

Установка винтовых пазов: Установка прорезей для винтов может продлить срок службы 3D-печатной оболочки. Чтобы обеспечить плотное прилегание, отверстия на модели должны быть немного меньше, чем прорези для винтов. Закрепите модель для устойчивости и избегайте быстрых или силовых операций, чтобы избежать деформации отверстий.

Переворачивание силиконовых форм: Для этого понадобится коробка с формой для 3D-печати, силикон, смола, мерный стакан и другие материалы. Чтобы рассчитать объем формы, сначала наполните коробку 3D-формы водой, а затем перелейте воду в мерный стакан.

Заключение

3D-печатные формы имеют явные преимущества перед традиционными формами, что делает их идеальными для различных отраслей промышленности, требующих мелкосерийного производства как простых, так и сложных изделий.

В сущности, процесс создания 3D-печатных форм для литья под давлением подчиняется структурированному подходу. Он начинается с проектирования пресс-формы с помощью программного обеспечения CAD и последующей точной настройки параметров принтера для получения высококачественных отпечатков. Последующие этапы обработки, такие как шлифовка и полировка, могут потребоваться для улучшения поверхности формы.

Включение необходимых компонентов, таких как плагины, и проведение всестороннего тестирования обеспечивают функциональность и точность. После проверки пресс-форма готова к литьё под давлением производство, способствуя быстрому прототипированию и изготовлению пластиковых деталей со сложным дизайном.