Содержание
Прототип, напечатанный на 3D-принтере, может подтвердить форму детали, но он не может точно показать, как будет течь, сжиматься, отделяться от формы или вести себя при сборке конечный термопластик. Выбор следующего шага часто оказывается сложнее, когда требуется всего несколько десятков или сотен отлитых деталей, а конструкция еще может измениться. В этом случае может помочь литьевая форма, напечатанная на 3D-принтере. Она может сократить начальные этапы изготовления оснастки и обеспечить поставку деталей из нужной смолы, но также накладывает ограничения по давлению, охлаждению, износу поверхности и повторяемости. В этом руководстве объясняется, как используются печатные формы, для каких проектов они подходят и когда производственная металлическая форма становится более практичным вариантом.
Где место 3D-печатных пресс-форм в литье под давлением
3D-печатная пресс-форма — это специализированный подход к изготовлению оснастки в рамках более широкого спектра процессов литья под давлением, используемый в основном для прототипов, испытаний материалов, проверки конструкции и отдельных мелкосерийных партий. Она может помочь подтвердить соответствие размеров, функциональность или поведение смолы до того, как инвестировать в производственную пресс-форму.
Печатные вставки и полностью печатные пресс-формы
Печатные вставки часто устанавливаются в жесткую металлическую раму для лучшей поддержки и упрощения замены. Полностью напечатанные пресс-формы имеют меньшую поддержку и более подвержены смещению, растрескиванию и деформации по мере увеличения давления формования и размера детали.
Подходящие комплектующие и этапы проекта
Формы, изготовленные методом 3D-печати, как правило, лучше подходят для небольших, простых деталей со средними требованиями к качеству, таких как:
-
Оценка материала
-
Проверка соответствия и сборки
-
Сравнение дизайна
-
Образцы клиентов
-
Небольшие партии перед утверждением дизайна.
Для проектов, где важны свойства материалов, качество деталей и воспроизводимость, прототипирование методом литья под давлением может обеспечить более репрезентативный путь к серийному производству.
От файла САПР до отлитой детали
Пригодную для использования пресс-форму нельзя создать, просто удалив форму детали из напечатанного блока. Инструмент по-прежнему должен учитывать усадку, уклон, литники, каналы, вентиляционные отверстия, выравнивание и иметь работоспособный способ извлечения. Элементы, которые легко печатаются в качестве прототипа, могут образовывать подрезы или слабые детали пресс-формы при преобразовании в оснастку.
Типичный рабочий процесс 3D-печати для литья под давлением выглядит следующим образом:
- Подтвердите геометрию детали и тип формовочной смолы.
- Проверьте толщину стенок, уклон, подрезы и усадку.
- Спроектируйте сердечник, полость, литник, направляющую, вентиляционные отверстия и линию разъема.
- Распечатайте и дополнительно отвердите форму или вставки.
- Завершите обработку критически важных полостей и разъемных поверхностей.
- Установите вставки в опорную раму пресс-формы.
- Проведите контролируемое испытание и осмотрите детали и инструмент.
- Перед завершением партии продукции внесите корректировки в конструкцию или технологический процесс.
Последующая обработка может улучшить формуемую поверхность, но шлифовка или полировка также удаляют материал. Поэтому критические размеры следует проверить еще раз после финишной обработки.
Совместимость материалов и формования
Одной лишь термостойкости недостаточно для того, чтобы напечатанный материал был пригоден для литья. Инструмент также должен выдерживать сжатие, многократные термические циклы, напряжения в области литникового канала, износ поверхности и усилие, необходимое для извлечения детали.
SLA, DLP, FDM и печать на металле
Технологии SLA и DLP часто используются для изготовления полимерных вставок для пресс-форм, поскольку они позволяют создавать мелкие детали и относительно гладкие поверхности полостей. Очистка и последующая полимеризация влияют как на размеры, так и на характеристики материала.
Технологии FDM или FFF могут предложить более дешевый вариант для простых пробных образцов, но видимые слои, пористость и адгезия слоев могут сделать финишную обработку и срок службы пресс-формы менее предсказуемыми. Аддитивное производство металлов позволяет создавать прочные инструменты и сложные каналы охлаждения, но это отдельный, более дорогостоящий процесс, а не прямая альтернатива полимерным 3D-печатным пресс-формам.
Подбор формы под литьевую смолу
Формованная смола значительно снижает риски. Пластмассы с низкой вязкостью, как правило, заполняются при меньшем давлении, в то время как высокие температуры обработки и абразивные наполнители создают большую нагрузку на форму. В опубликованных исследованиях фигурировали ПП, ПЭ, ТПЭ, ТПУ, ПОМ, АБС и ПА, но их результаты значительно различаются.
Перед литьем под давлением с использованием 3D-печатных форм, ознакомьтесь со следующей информацией:
- Температура плавления и вязкость
- Ожидаемое давление впрыска
- Длина потока
- Толщина детали
- Поведение при усадке
- Содержание клетчатки или минералов
- Требуемое качество поверхности
Стеклонаполненную смолу не следует рассматривать как ненаполненный аналог из того же семейства полимеров. Волокна могут изнашивать поверхность полости, а температура обработки может также сократить срок службы пресс-формы.
Факторы проектирования, определяющие работоспособность пресс-формы.
Печатная оснастка подчиняется тем же основным правилам проектирования пресс-форм, что и металлическая оснастка, но слабые детали и плохая поддержка, как правило, приводят к более быстрому выходу из строя. Простая конструкция с одной полостью и коротким путем потока легче поддается контролю, чем большая деталь, несколько полостей или пресс-форма с подвижными элементами.
Затворы, вентиляционные отверстия, тяга и выпуск частей
Небольшой затвор или длинный канал для потока жидкости повышают давление, необходимое для заполнения полости. Плохая вентиляция может привести к задержке газа, появлению следов пригорания или неполному заполнению. В области затвора также наблюдается концентрация тепла и напряжения, поэтому тонкие напечатанные элементы рядом могут потрескаться или износиться первыми.
Достаточный уклон уменьшает усилие, необходимое для удаления детали. Глубокие полости, почти вертикальные стенки и шероховатые поверхности печати повышают вероятность прилипания. Разделительный состав может помочь в некоторых случаях, но он не может исправить плохой уклон или неподходящую форму детали.
Геометрия детали и поддержка пресс-формы
Большие выступающие поверхности увеличивают нагрузку на инструмент. Высокие стержни, узкие пазы, острые углы и тонкие выступающие детали с большей вероятностью могут деформироваться или сломаться. Очень тонкие стенки деталей могут потребовать более высокого давления заполнения, в то время как толстые участки удерживают тепло и замедляют цикл.
Металлическая рама улучшает выравнивание и поддерживает напечатанные вставки. Однако она не может в полной мере компенсировать неподходящую геометрию, недостаточную прочность пресс-формы или смолу, требующую жестких условий формования.
Как долго может прослужить форма, напечатанная на 3D-принтере?
Не существует достоверного количества впрысков для каждой литьевой формы для 3D-печати. Некоторые формы позволяют изготовить лишь несколько пробных деталей, в то время как подходящие вставки могут обеспечить изготовление десятков или сотен. Более высокие опубликованные показатели обычно достигаются при определенных сочетаниях материала формы, геометрии детали, смолы, станка и настроек процесса. Их не следует рассматривать как общее ожидание.
Срок полезной службы зависит от:
- Способ и ориентация печати
- Печатный материал и последующая полимеризация
- Впрыскиваемая смола
- Температура и давление плавления
- Дизайн ворот
- Геометрия детали
- Время охлаждения
- Сила натяжения и освобождения
- Требуемые размеры и отделка
Срок службы пресс-формы следует оценивать по ее способности удерживать детали в пределах допустимого диапазона параметров процесса литья под давлением , а не просто по тому, остается ли напечатанная форма физически целой. Увеличение облоя, износ литниковых каналов, сколы деталей, более шероховатая поверхность, смещение размеров, трещины и затрудненное извлечение — распространенные признаки неисправности.
Качество деталей и время цикла
Изготовленная деталь копирует поверхность полости, включая слои печати и следы финишной обработки. По мере износа инструмента последующие детали могут отличаться от первых образцов. Размеры также могут изменяться из-за ошибок печати, усадки после отверждения, воздействия тепла, давления, выравнивания пресс-формы, усадки пластика и повреждения поверхности.
Полимерные пресс-формы передают тепло медленнее, чем обычные металлические. Может потребоваться более длительное время охлаждения, паузы между впрысками или несколько сменных вставок. Эти более медленные циклы и дополнительная обработка могут снизить первоначальное преимущество в стоимости литья под давлением с использованием пресс-форм, напечатанных на 3D-принтере.
К типичным вопросам, требующим мониторинга, относятся:
- Облой
- Короткие выстрелы
- Следы от ожогов
- Отметки раковины
- коробления
- Детали, застрявшие в полости.
- Повреждение зоны ворот
- Текстура, полученная при печати, перенесена на деталь.
Один приемлемый образец доказывает, что деталь можно отлить, но образцы, полученные методом литья под давлением, могут пройти проверку, в то время как образцы, изготовленные методом массового производства, оказываются непригодными из-за износа оснастки, вариаций технологического процесса, охлаждения или изменения свойств материала.
Формы, изготовленные методом 3D-печати, против металлических форм для серийного производства.
Выбор между печатной и серийной оснасткой аналогичен более широкому решению о выборе между мягкой и жесткой оснасткой , где важны срок службы инструмента, гибкость внесения изменений, объем производства, материал и повторяемость.
| фактор | Форма, напечатанная на 3D-принтере | Производственная металлическая форма |
| Первоначальные работы по оснастке | Обычно ниже | Высокая |
| Изменения в дизайне | Вкладыши можно перепечатать. | Может потребоваться механическая обработка или новые вставки. |
| Плесень жизни | Ограниченный и изменчивый | Предназначено для серийного производства. |
| Охлаждение | Обычно медленнее | Лучший терморегулятор |
| Консистенция поверхности | Изменения происходят по мере износа инструмента. | Более стабильный |
| Размерная повторяемость | Зависит от проекта | Лучше подходит для контролируемого производства. |
| Выбор смолы | Более ограниченный | Более широкий спектр |
| Горки и подъемники | Ограниченный | Может быть спроектирован |
| Автоматизированные циклы | Часто бывает сложно | Лучше подходит |
Стоимость следует оценивать исходя из количества исправных деталей, а не только из цены напечатанного инструмента. На конечную стоимость влияют последующая полимеризация, обработка поверхности, вспомогательные элементы, время пробного использования, медленные циклы, бракованные детали и замена вставок.
Когда производственная оснастка становится лучшим выбором
Изготовление производственной оснастки, как правило, является лучшим вариантом, когда конструкция стабилизирована и проект требует повторных заказов, однородных поверхностей, контролируемых размеров, более коротких циклов, армированных смол, нескольких полостей, направляющих, подъемников или автоматического выталкивания.
Успешное испытание напечатанной формы не отменяет необходимости проверки DFM (проектирования с учетом технологичности производства). Производственный дизайн по-прежнему необходимо проверять на следующие моменты:
- Толщина стенок и тяга
- Разделительная линия и ворота
- Усадка и охлаждение
- Выброс и подрезы
- Ребра, выступы и застежки-кнопки
- Зазоры при сборке
- Требования к поверхности
- Точки осмотра
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
Необходим ли разделительный агент при использовании 3D-печатной формы?
Не во всех случаях. Подходящий разделительный агент может уменьшить усилие при извлечении из формы, особенно при работе с гибкими или липкими материалами. Он также должен быть совместим с формованной смолой и любыми последующими процессами склеивания, нанесения покрытия или печати.
Можно ли добавить каналы охлаждения в форму, напечатанную на 3D-принтере?
Да. Внутренние каналы можно включить в CAD-проект. Однако каналы охлаждения не устраняют низкую теплопроводность полимерного инструмента, поэтому фактическое время цикла все равно необходимо проверить.
Заключение
Пресс-форма для литья под давлением, изготовленная с помощью 3D-печати, может ответить на важные предварительные вопросы, не требуя немедленного принятия решения о создании серийной оснастки. Ее ценность зависит от того, что должны доказать испытания и приемлемы ли ограниченный срок службы, более медленное охлаждение и изменение качества детали.
Когда конструкция готова перейти от ранней стадии проверки к изготовлению производственной оснастки, HingTung предоставляет услуги по литью пластмасс под давлением, включая проектирование с учетом технологичности производства (DFM), разработку пресс-форм, пробное литье, серийное производство и контроль качества. Наша инженерная команда может проанализировать деталь, выявить потенциальные риски литья и помочь определить, готова ли она к изготовлению пресс-формы и литьевому производству.