Как использовать 3D-печать для литья под давлением

На сегодняшний день большинство пластмассовых изделий в мире  изготавливается  с помощью литья под давлением. Однако для создания пресс-форм может потребоваться много времени и средств. К счастью, пресс-формы можно не только получить на фрезерном станке  из металла, но и напечатать на 3D-принтере.

Стереолитографическая (SLA) 3D-печать является доступной альтернативой фрезерованию алюминиевых пресс-форм на станке. Модели, напечатанные на стереолитографическом 3D-принтере, твердые и  изотропные,  а используемые материалы обладают температурой тепловой деформации 238 °C при 0,45 МПа. Это значит, что они выдерживают температуру и давление  при литье под давлением.

Скачайте наш бесплатный технический доклад, чтобы узнать, как создавать пресс-формы для литья под давлением с помощью 3D-печати.

Скачать технический доклад

Пресс-формы  в алюминиевой рамке, напечатанные на 3D-принтере, и готовая модель, отлитая под давлением.

Благодаря доступным по цене настольным 3D-принтерам, термостойким материалам для 3D-печати и  машинам для литья под давлением можно самостоятельно создавать пресс-формы для производства функциональных прототипов и небольших моделей из производственной пластмассы. В случае мелкосерийного производства (примерно 10–1000 моделей) пресс-формы для литья под давлением, созданные с помощью 3D-печати, позволяют сэкономить время и деньги, отказавшись от дорогих металлических пресс-форм. Они также обеспечивают более гибкий подход к производству, позволяя инженерам и специалистам по проектированию создавать прототипы пресс-форм для литья, тестировать их конфигурации или  легко изменять их, продолжая выполнять итерации, благодаря малому времени подготовки заказа и выполнения работ.

Технология стереолитографической  печати (SLA) — это отличное решение для литья под давлением. Она отличается тем, что позволяет создавать пресс-формы с гладкой поверхностью и высокой точностью, наделяя этими качествами готовую модель, а также упрощая процесс извлечения из пресс-формы. 3D-печать по технологии SLA обеспечивает химическую связанность, плотность и изотропность изготовленных моделей, что дает возможность производить функциональные пресс-формы такого качества, которое недостижимо на принтерах с технологией моделирования методом наплавления (FDM). Настольные стереолитографические принтеры, такие как предлагает компания Formlabs, упрощают рабочий процесс, так как их легко внедрять, использовать и обслуживать.

Для создания небольших партий моделей литьем под давлением компания Formlabs создала полимер High Temp Resin. Он обладает самой высокой на рынке и одной из самых высоких среди полимеров Formlabs температур тепловой деформации: 238 °C при 0,45 МПа. High Temp Resin может выдерживать высокую температуру литья и сокращает время остывания. В нашем техническом докладе приводится практический пример компании Braskem. Она выполнила 1500 циклов литья, используя одну  профилирующую вставку, напечатанную на 3D-принтере из High Temp Resin, для изготовления затылочных ремней лицевой маски. Компания напечатала вставку и поместила ее в обычную металлическую пресс-форму, интегрированную с системой литья. Это эффективное решение для производства средних партий моделей. Напечатанную вставку можно заменить по мере изменения параметров проекта или в случае поломки. Такое решение позволяет создавать пресс-формы по мере необходимости со сложными геометрическими элементами, которые трудно создать традиционными методами, а также обеспечивает возможность многоступенчатого литья. 

Однако полимер High Temp Resin довольно хрупкий. В случае с более замысловатыми формами он легко деформируется и трескается. Для некоторых моделей сложно выполнить больше дюжины циклов. Чтобы решить эту проблему, молодая французская компания Holimaker использовала Grey Pro Resin. Этот полимер обладает меньшей теплопроводностью, чем High Temp Resin, из-за чего увеличивается время остывания. Однако он мягче и способен выдерживать сотни циклов. 

Недавно компания Formlabs выпустила Rigid 10K Resin, материал промышленного класса с высоким содержанием стекловолокна. Он может передавать разнообразные геометрические элементы и выдерживать процессы литья под давлением. Полимер Rigid 10K Resin обладает температурой тепловой деформации 218 °C при 0,45 МПа и модулем упругости 10 000 МПа, благодаря чему он прочный, невероятно жесткий и термоустойчивый. Компания Novus Applications отлила сотни конструктивно сложных крышек с резьбой с помощью всего одной пресс-формы из Rigid 10K Resin. По мере того как все больше компаний начинают использовать Rigid 10K Resin, мы полагаем, что этот полимер станет отличным подспорьем в 3D-печати сложных пресс-форм для литья под давлением. 

Скачайте наш бесплатный  технический доклад,  чтобы узнать о практических примерах применения и о том, как самостоятельно создавать пресс-формы для  литья под давлением с помощью 3D-печати.

Скачать технический доклад

Основываясь на внутреннем тестировании и примерах применения наших клиентов, мы рекомендуем выбирать полимер для 3D-печати с учетом критериев, указанных в таблице ниже. Три звезды означают, что полимер очень эффективен, одна звезда — малоэффективен.

Чем сложнее конструкция модели и пресс-формы, тем труднее процесс литья под давлением. С помощью пресс-форм, напечатанных на 3D-принтере, можно отлить модели из различных материалов, таких как полипропилен, полиэтилен, термопластичный эластомер, термополиуретан или полиамид. Материал с низкой вязкостью позволяет снизить давление и увеличить срок службы пресс-формы. Полипропилен и термопластичные эластомеры легко обрабатывать. Используя их, можно выполнять большое количество циклов. Напротив, более технические пластмассы, такие как полиамид, позволяют выполнять меньшее количество циклов. С помощью разделительного состава модель проще отделить от пресс-формы, в частности это применимо к гибким материалам, таким как термополиуретан или термопластичные эластомеры. 

Вид литьевой машины не сильно влияет на процесс. Если у вас мало опыта в литье под давлением и вы хотите опробовать этот метод без излишних затрат, рекомендуем использовать настольную литьевую машину, такую как Holipress или Galomb Model-B100. 

Мы рекомендуем соблюдать правила проектирования для аддитивного производства, а также общие правила проектирования для литья под давлением, такие как двух- или трехградусный уклон, одинаковая толщина стенок модели и скругленные края. Вот несколько полезных советов от пользователей и специалистов, касающихся пресс-форм, которые напечатаны из полимера:

Для оптимизации точности размеров:

• Спланируйте припуск пресс-формы для постобработки и изменения размеров.
• Напечатайте одну партию пресс-формы, чтобы узнать об отклонениях от заданных размеров и учесть их для модели пресс-формы в САПР.

Для увеличения срока службы пресс-формы:

1. Откройте литниковое отверстие, чтобы снизить давление в полости.

2. При возможности проектируйте одну сторону этажа плоской, а другую — согласно проекту. Это уменьшит вероятность смещения блоков и всплеска.

3. Создайте большие каналы для отвода воздуха от края полости к краю пресс-формы. Это улучшит подачу материала в пресс-форму, минимизирует давление и сократит вероятность всплеска в литниковом отверстии для уменьшения времени цикла. 

4. Избегайте тонких поперечных срезов: под воздействием температуры поверхность с толщиной менее 1–2 мм может деформироваться.

Для оптимизации печати:

5. Измените заднюю сторону пресс-формы, чтобы минимизировать количество используемого материала: уменьшите поперечные срезы в областях, которые не служат опорой для полости. Это позволит сэкономить полимер, а также сократить вероятность возникновения ошибки при печати или деформации. 

6. Добавьте скошенную кромку для извлечения изделия из рабочей платформы.

7. Добавьте центрирующие отверстия по углам для выравнивания обеих моделей. 

Если у вас возникли вопросы о рабочем процессе, прочитайте нашу статью в разделе  «Часто задаваемые вопросы» под названием  «Литье под давлением в пресс-формах, напечатанных на 3D-принтере».  Чтобы узнать полную информацию о рабочем процессе и рекомендуемых методах, скачайте наш технических доклад. 

Сочетая изготовление пресс-форм с  настольной 3D-печатью,  инженеры и специалисты по проектированию могут расширить спектр используемых материалов и возможности своего  3D-принтера,  не ограничиваясь  быстрым прототипированием,  в области  промышленного производства.

Созданные с помощью 3D-печати пресс-формы, штампы и образцы  для дополнения  процессов формования и литья, как правило, обходятся быстрее и дешевле, чем модели, изготавливаемые фрезерованием на станках ЧПУ, и проще, чем силиконовые пресс-формы.

Помимо  литья под давлением, напечатанные на 3D-принтере пресс-формы можно использовать для следующих процессов формования и литья:

• Термоформование и вакуумное формование
• Прессование из силикона (в том числе многослойное литье и литье со вставкой)
• Литье с использованием вулканизированной резины
• Литье ювелирных изделий
• Металлическое литье

Чтобы скачать наши технические доклады с конкретными рекомендациями по каждому процессу, используйте соответствующие ссылки.