Как изготавливать пресс-формы для литья под давлением, отливки и термоформования с помощью 3D-печати

Изготовление форм для литья используется в различных отраслях такими специалистами, как проектировщики, производственники и преподаватели при создании коротких производственных циклов, прототипов сложных пресс-форм, испытания изделий из пластмасс для дальнейшего использования на практике и, главным образом, в тех случаях, когда необходимо сделать несколько экземпляров детали без особых затрат и усилий. Это позволяет быстро изготавливать небольшие партии от 150 до 600 деталей или проверить конструкцию пресс-формы, прежде чем приступать к изготовлению дорогостоящей оснастки.

Изготовление формы с помощью  настольной 3D-печати  позволяет инженерам и проектировщикам расширить сферу использования материалов и возможности своего  3D-принтера  за границы  быстрого прототипирования  в область  промышленного производства. Изготовленные 3D-печатью модели для процессов формования, как правило, получаются быстрее и дешевле, чем модели, изготавливаемые фрезерованием на станках ЧПУ, и проще, чем изготовленные с помощью силиконовых форм.

Формы для небольших партий, напечатанные на 3D-принтере, как правило, не такие дорогие и более просты в изготовлении по сравнению с формами, изготавливаемыми на станках с ЧПУ или с помощью силиконовых форм.

В этой статье мы рассмотрим три технологии изготовления пресс-форм, которые легко дополняются 3D-печатью: литье под давлением, отливка и термоформование. Для более углубленного ознакомления с этими технологиями, а также для с рекомендациями по изготовлению форм и 3D-печати  см. наш последний вебинар.

Смотреть вебинар сейчас

Литье под давлением

Литье под давлением было изобретено в 1872 году Джоном Уэсли Хайатом и вначале действовало по тому же принципу, что и шприц для подкожных инъекций. Современная установка для литья под давлением была окончательно создана в 1956 году в результате изобретения плавающего шнека.

В современном технологическом процессе литья под давлением плавающий шнек подает гранулы пластичного полимера из загрузочного бункера в обогреваемый цилиндр экструдера. По мере приближения к нагревателю гранулы плавятся и выталкиваются в полость формы, находящейся под давлением. После формования и остывания детали внутри формы она выталкивается, и форма используется повторно.

Небольшая пластиковая деталь, изготовленная с помощью формы для литья под давлением, полученной методом 3D-печати непосредственно из высокотемпературного полимера Formlabs High Temp Resin.

Полимеры, используемые для процессов литья под давлением, сравнительно дешевы и могут использоваться для достижения самых разнообразных свойств, поэтому литье под давлением широко применяется для создания упаковок и товаров массового потребления (любопытный факт: элементы LEGO, для которых важны как прочность, так и точность, изготавливаются литьем под давлением).

Благодаря доступным по цене настольным 3D-принтерам, термостойким материалам для 3D-печати и установкам для литья под давлением можно самим создавать формы для производства функциональных прототипов и небольших деталей из пластмасс. В случае малосерийного производства (примерно 10-100 деталей) созданные 3D-печатью формы для литья под давлением, в сравнении с дорогими металлическим формами, позволяют сэкономить время и деньги. Они также дают более гибкий подход к производству, позволяя инженерам и проектировщикам путем незначительных затрат времени и денег создавать прототипы литьевых форм и тестировать их конфигурации или легко изменять формы, продолжая работу над своими проектами.

Формы могут непосредственно печататься на 3D-принтере с использованием различных материалов, таких как стандартные или High Temp Resin Formlabs. Испытания для нашего технического доклада по литью под давлением проводились с использованием литьевой установки Galomb Model-B100 Injection Molder, стоимость которой составляет около 3500 долларов США.

Литье

Литье — популярная технология во многих отраслях, в частности, ювелирной промышленности, стоматологии и машиностроении. Оно может использоваться для изготовления как мелких, так и крупных деталей из самых различных металлов. Изобретенное свыше 5000 лет назад, литье позволяет работать с самыми разнообразными материалами и представляет собой один из самых простых способов изготовления деталей из металла.

При литье пустая форма создается по мастер-форме, которая может быть изготовлена вручную или напечатана на 3D-принтере (как это показано в видео-учебнике BJB Enterprises в разделе как изготовить силиконовую форму с помощью 3D-принтера Formlabs SLA). Мастер-форма погружается в материал литейной формы, например, песок, глину, бетон, эпоксидную смолу, гипс или силикон. Материал литейной формы затвердевает, пластик или металл заливается внутрь формы, и мастер-форма либо удаляется, либо сгорает, в результате чего образуется готовая деталь.

Можно напечатать точную мастер-форму для литья, используя. например, полимер Formlabs Castable Resin, который сгорает, образуя литейную форму многократного использования.

Отливки из вулканизированной резины могут использоваться для изготовления восковых моделей в количествах, необходимых для литья по выплавляемым моделям металлических деталей, таких как ювелирные изделия, мелкие детали промышленного назначения и игрушки.

3D-принтеры могут изготавливать мастер-модели, которые используются для формования отливок с вулканизацией при комнатной температуре (RTV) и даже отливок из жаростойкой вулканизированной резины.

Печатаемые непосредственно на 3D-принтере образцы ювелирных изделий могут использоваться для изготовления отливок из резины, вулканизируемой при комнатной температуре (RTV), или из природного каучука, вулканизируемого под действием высокой температуры.

При проектировании и производстве изготовление металлических отливок является наиболее экономичным и производительным технологическим процессом изготовления деталей с мелкими элементами и сложной геометрией. Производственники и проектировщики используют литье для изготовления критически важных деталей авиационной, автомобильной отрасли и здравоохранения.

Стереолитографические 3D-принтеры (SLA) идеально подходят для процессов литья при изготовлении металлических частей с меньшими затратами, большей гибкостью проектирования и за меньшее время, чем традиционные методы, без затрат, присущих 3D-принтерам прямой печати металлом.

Термоформование и вакуум-формование

Два этих процесса: термоформования и вакуумного формирования похожи на литье под давлением тем, что используют нагрев и давление для создания готовых изделий из пластмассы. Эти методы были созданы в 40-е годы для производства безукоризненных фонарей кабин летательных аппаратов и рельефных армейских карт.

Сегодня их обычно используют для производства упаковки для автомобильных запчастей, где точность размеров может быть не столь критичной, а неравномерность толщины приемлема.

Упаковка для этой бритвы была сделана вакуумным формованием.

При термоформовании нагретый лист пластика сжимается между двух половинок формы для получения детали. При вакуумном формовании используется только одна половина формы, а для прижатия пластика к форме используется вакуум. Установки, используемые в этих технологических процессах, очень дешевы, их даже можно сделать своими руками.

На этой схеме А обозначает давление на обратной стороне формы, В - давление со стороны пластика, накладываемого на форму, и С обозначает тепло самого пластика.

Печать формы для термоформования на 3D-принтере SLA  — быстрый и эффективный метод создания высококачественных вакуум-формованных деталей для мелкосерийного производства. Напечатанные формы для термоформания можно использовать для изготовления прототипов упаковки, прозрачных ортодонтических ретейнеров и безопасных для пищевых продуктов форм для шоколадных кондитерских изделий.

Как изготавливать пресс-формы с помощью 3D-печати

При моделировании деталей для изготовления пресс-форм, необходимо учитывать такие факторы, как давление, отвод газов, различия в охлаждении и нагреве.

Посмотрите наш вебинар , чтобы изучить различные технологии изготовления пресс-форм и узнать, как изготавливать формы для литья под давлением, формы для термоформования и литьевые формы. 

Вебинар Formlabs: Изготовление пресс-форм с помощью 3D-печати (доступен только на английском языке)