Руководство по мелкосерийному литью под давлением в пресс-формах

Из-за высокой стоимости оборудования, литье под давлением традиционно считается производственным процессом только для массового производства. Но 3D-печать для изготовления пресс-форм для литья под давлением позволит вам производить высококачественные и воспроизводимые модели для прототипирования и мелкосерийного производства.

В этом руководстве подробно рассказано, как использовать напечатанные на 3D-принтере пресс-формы для литья под давлением как на настольных, так и на промышленных машинах. С их помощью вы сможете эффективно и недорого изготавливать сотни функциональных прототипов и моделей, которые ускоряют разработку продукта, сокращают затраты и время выполнения, а также выводят лучшие продукты на рынок.

Литье под давлением — один из основных процессов производства изделий из пластмасс. Это экономичная и воспроизводимая на высоком уровне технология, позволяющая получать модели отличного качества для крупносерийного производства. Она широко используется для массового производства идентичных моделей с жесткими допусками.

Литье под давлением — это быстрый и интенсивный процесс, во время которого высокая температура и давление позволяют впрыскивать расплавленный материал внутрь пресс-формы. Вид расплавляемого материала зависит от объема производственного проекта. Самые популярные материалы — различные термопластики, такие как ABS, PS, PE, PC, PP или TPU. Однако для литья под давлением также можно применять металлы и керамику. Пресс-форма содержит полость, в которую впрыскивается расплавленный материал. Она позволяет точно воспроизвести конечные характеристики модели. 

Пресс-формы обычно изготавливаются из металла на станке с ЧПУ или посредством электроискровой обработки. Это дорогие промышленные методы, требующие специализированного оборудования, высококачественного программного обеспечения и квалифицированной рабочей силы. В результате, изготовление металлической пресс-формы обычно занимает от четырех до восьми недель и стоит от 2000 до 100 000 долларов США в зависимости от формы и сложности модели. Чтобы упростить создание пресс-форм для мелкосерийного изготовления моделей с помощью обычных металлов, подвергаемых обработке, необходимо потратить много средств, времени и трудозатрат, а также приобрести специализированное оборудование. Все это делает литье под давлением в требуемом масштабе недоступным для многих. Однако существуют альтернативные способы обработки пресс-форм из металла на станке. Пресс-формы для литья под давлением, для прототипирования и мелкосерийного производства, созданные с помощью 3D-печати, позволяют снизить затраты и время изготовления по сравнению с производством пресс-форм из металла, и получить при этом высококачественные, воспроизводимые изделия.

В этом видео мы вместе поставщиком услуг литья под давлением Multiplus покажем вам все этапы процесса литья под давлением с использованием напечатанных на 3D-принтере пресс-форм.

Настольная 3D-печать — это мощное решение для быстрого и недорогого изготовления форм для литья под давлением. Она требует ограниченного количества оборудования, сокращая время работы ЧПУ и квалифицированных операторов и освобождая их для выполнения других важных задач. Производители получат преимущества от скорости и гибкости собственной 3D-печати при создании пресс-формы и сочетания ее с мощностью промышленного литья под давлением. В результате изготавливать серию единиц продукции из обычных термопластиков можно будет за считанные дни. 3D-принтеры могут создавать даже такие формы, которые было бы сложно изготовить традиционным способом. Их можно использовать как на настольных, так и на промышленных установках для литья, что позволяет командам разработчиков реализовать самые инновационные идеи. Еще одно преимущество: прежде чем вкладывать средства в инструментальную оснастку, можно создать итерацию конструкции и протестировать материал для конечного использования. 

При правильном использовании напечатанные на 3D-принтере пресс-формы обеспечивают все эти преимущества, но есть и некоторые ограничения. Не следует ожидать от напечатанной на 3D-принтере пресс-формы из полимера такой же производительности, как от изготовленной на станке пресс-формы из металла. В пластике теплопередача происходит медленнее, поэтому требуется больше усилий для обеспечения соответствия критическим размерам и больше времени для охлаждения. Кроме того, напечатанные пресс-формы легче ломаются под воздействием тепла и давления. Тем не менее, компании по всей отрасли продолжают внедрять напечатанные на 3D-принтере пресс-формы в свои краткосрочные рабочие процессы литья под давлением. Это позволяет им быстро производить от сотен до тысяч деталей. Независимо от того, хотите ли вы проектировать функциональные прототипы из материалов для конечного использования, изготавливать детали во время пилотного производства или создавать мелкосерийные или нестандартные модели для конечного использования, литье под давлением в пресс-формах, напечатанных на 3D-принтере — экономичный и быстрый способ производства моделей в ограниченных количествах.

Стереолитографическая 3D-печать (SLA) — отличный выбор для литья под давлением. Она обеспечивает гладкую поверхность и высокую точность переноса пресс-формы на готовую модель, а также легкое извлечение из пресс-формы. Напечатанные с помощью стереолитографический 3D-печати модели химически связаны таким образом, что они полностью плотные и изотропные. В итоге по качеству функциональные пресс-формы превосходят по качеству моделирование методом наплавления. Настольные стереолитографические принтеры компании Formlabs просты в установке, эксплуатации и обслуживании, поэтому легко интегрируются в любой рабочий процесс литья под давлением.

Являясь альтернативой среднесерийному производству от 500 до 10 000 деталей, обработка пресс-форм из алюминия на станке позволит снизить постоянные затраты на производство. Обработка алюминия выполняется в пять-десять раз быстрее, чем обработка стали, а также приводит к меньшему износу оборудования. В результате время выполнения заказа сокращается, а затраты снижаются. Кроме того, алюминий проводит тепло лучше, чем сталь, что снижает потребность в охлаждающих каналах и позволяет производителям упростить процесс проектирования пресс-формы при одновременном сохранении такой же небольшой продолжительности цикла.

Ниже представлены различные методы литья под давлением и типы пресс-форм, которые обеспечивают наиболее эффективный процесс и самые низкие затраты на модель в зависимости от объема производства:

Тип литьевого пресса не оказывает значительного влияния на процесс мелкосерийного литья под давлением. Традиционные крупные промышленные аппараты для литья под давлением также могут использоваться с напечатанными на 3D-принтере пресс-формами. Однако эти машины стоят дорого, имеют строгие требования к оборудованию и требуют квалифицированной рабочей силы. В результате большинство предприятий передают средне- и крупносерийное производство сторонним поставщикам услуг и контрактным производителям.

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. Автоматизированное оборудование для мелкосерийного литья под давлением, такое как настольная машина Micromolder или гидравлическая машина Babyplast 10/12, — достойная альтернатива для среднесерийного производства мелких моделей.

Хотите узнать о факторах, влияющих на общую стоимость литья под давлением? Ознакомьтесь с нашим полным руководством.

Рабочий процесс для мелкосерийного литья под давлением состоит из семи этапов:

Три основные области применения мелкосерийного литья под давлением в пресс-формах — это быстрое прототипирование, литье под давлением небольших партий изделий и литье под давлением по запросу или индивидуальному заказу. 

Быстрое прототипирование позволяет компаниям превращать идеи в рабочие доказательства концепции, трансформировать концепции в высококачественные прототипы, которые выглядят и работают, как готовые продукты, и проводить испытания продуктов для запуска в массовое производство.

В целом, 3D-печать — самый распространенный способ создания быстрых прототипов. Однако на более поздних этапах процесса разработки часто возникает необходимость в производстве несколько больших объемов идентичных прототипов с использованием тех же материалов и тех же производственных процессов, что и для конечных моделей. Затем эти прототипы можно использовать в бета-тестировании и полевых испытаниях. Сочетание напечатанных на 3D-принтере пресс-форм с литьем под давлением позволяет производителям быстро и эффективно разрабатывать функциональные прототипы и ускорять процесс разработки продукта. 

Например, французский стартап Holimaker разрабатывает ручной аппарат для литья под давлением. С его помощью инженеры и дизайнеры могут обрабатывать пластмассовые модели на своем рабочем столе в небольших количествах для создания прототипов, пилотного производства или даже для изготовления ограниченной серии конечных моделей.

Компания предлагает своим клиентам технико-экономические обоснования с использованием напечатанных на 3D-принтере пресс-форм для быстрого изготовления моделей по доступной цене. Это позволяет ее клиентам быстро создавать проекты прототипов по доступной цене и оценивать окончательные производственные условия на этапе пилотного производства при внедрении нового продукта. 

Используя тот же метод производства, включая проектирование пресс-формы и выбор материала, эти модели можно испытать в полевых условиях и убедиться, что они готовы к серийному производству. Затем напечатанные на 3D-принтере пресс-форм можно легко адаптировать для инструментальной стали во время массового производства.

Используя напечатанные на 3D-принтере пресс-формы, Holimaker удалось сократить время производства пресс-форм для процесса литья под давлением до 24 часов, и сегодня сотрудники компании используют напечатанные на 3D-принтере пресс-формы в 80–90 % своих проектов.

Литье под давлением небольших партий изделий дает производителям возможность выпускать лимитированные серии моделей для конечного использования для продуктов, которые производятся только в ограниченных количествах, или изготавливать пилотную серию продукта для тестирования на рынке, прежде чем начинать широкомасштабные инвестиции. 

Использование мелкосерийного литья под давлением дает возможность изготавливать точные и воспроизводимые модели конечного использования без высоких постоянных затрат, связанных с традиционным литьем под давлением. 

Multiplus — это поставщик решений для литья под давлением из Шэньчжэня. Он предлагает полный производственный цикл, от проектирования до производства пластмассовых изделий, и ежегодно предоставляет услуги более чем 250 клиентам, в том числе некоторым компаниям из списка Fortune 500. Некоторым из этих клиентов требуется мелкосерийное производство, которое наряду с литьем под давлением традиционно является дорогостоящим и трудоемким из-за сложности изготовления инструментальной оснастки.

Спрос на мелкосерийное производство начал расти, поэтому Multiplus решил с помощью 3D-печати исследовать разные материалы, чтобы найти рентабельный способ производства более дешевых пластиковых пресс-форм для небольших заказов и пилотного производства. Мелкосерийное литье под давлением в пресс-формах с помощью 3D-принтеров Formlabs сокращает затраты, труд и время по сравнению с обработкой алюминиевых пресс-форм на станках и может легко использоваться с промышленными аппаратами для литья под давлением Babyplast.

Литье под давлением по запросу или индивидуальному заказу может потребоваться для изготовления деталей для конечного пользования с индивидуальными параметрами для конкретных целей, таких как человеческий фактор, область применения или особый случай, причем часто в сжатые сроки. При ограниченных объеме и/или сжатых сроках традиционное литье под давлением с использованием инструментальной оснастки неэффективно и нецелесообразно. В таких случаях идеальным решением станет мелкосерийное литье под давлением с использованием напечатанных на 3D-принтере пресс-форм для ускорения процесса производства нестандартных моделей.

Пример Braskem, одной из ведущих мировых нефтехимических компаний, подчеркивает необходимость использования напечатанных на 3D-принтере пресс-форм для быстрого выполнения заказов по запросу. Во время первой волны пандемии COVID-19 компании потребовалось создать тысячи ушных петель для масок, чтобы обеспечить защиту своих сотрудников по всему миру. Braskem признала литье под давлением идеальным методом для производства моделей. Но без использования своей 3D-печати ей пришлось бы обратиться к сторонней компании за изготовлением дорогой пресс-формы из металла, что стоило бы команде денег и драгоценного времени.

Для печати пресс-формы для ушных петель команда Braskem использовала литье под давлением с использованием 3D-принтера Formlabs Form 3 и полностью электрический аппарат для литья под давлением Cincinnati Milacron 110 Ton Roboshot для разработки модели петель. 

С помощью 3D-печати команда изготовила тысячи ушных петель в течение недели после получения электронного письма от вице-президента и подготовила их к отправке в офисы по всему миру. 

Ускорьте разработку продукции, сократите расходы и время подготовки заказа, а также выводите на рынок более качественную продукцию, используя 3D-печать и мелкосерийное литье под давлением.