12 методов изготовления пластика и когда они используются

Производство пластика необходимо для большинства отраслей промышленности. От упаковки для пищевых продуктов из полистирола до промышленных компонентов, изготовленных из технического полиэфирэфиркетона, производство пластика вносит огромный вклад в жизнь, какой мы ее знаем. Без возможности производить пластмассовые детали нам пришлось бы разрабатывать радикально новые системы производства.

Но изготовление пластика включает в себя множество различных методов. Литье под давлением, экструзия пластика и 3D-печать FDM — все это методы изготовления пластика, и помимо них есть еще много других. Эти различные методы изготовления пластика подходят для разных пластиковых деталей, и выбор между ними не всегда прост. Бюджет, дизайн детали и материал — вот лишь некоторые из факторов, влияющих на выбор метода изготовления пластика.

В этой статье рассматриваются 12 различных методов изготовления пластмасс, объясняются их основные процессы и почему они полезны. Для каждого метода изготовления пластика мы приведем несколько примеров того, как его можно использовать для изготовления деталей конечного использования.

1. Литье под давлением

Литье под давлением является наиболее распространенным процессом изготовления пластмасс. Он может обрабатывать термопластичные и термореактивные полимеры.

Этот метод быстрого изготовления пластика заключается в нагревании пластиковых гранул до тех пор, пока они не расплавятся, а затем вдавливании расплавленного пластика в металлическую форму с помощью шнека с возвратно-поступательным движением. Расплавленный материал охлаждается, затвердевает и принимает форму полости формы. Затем твердая деталь выталкивается из формы.

Литье под давлением подходит для самых разных материалов и деталей. Детали должны иметь тонкие и однородные стенки, но в противном случае они могут принимать различные формы и размеры.

Примеры деталей, изготовленных методом литья под давлением:одноразовые лотки для еды, приборные панели автомобилей, кубики LEGO

2. Выдувное формование

Выдувное формование — это процесс формования пластмасс, который используется менее широко, чем литье под давлением. Он имеет три различных варианта:экструзионно-выдувное формование, литье под давлением с раздувом и литье под давлением с раздувом и вытяжкой.

Этот процесс изготовления пластика работает с использованием формы и расплавленной термопластической трубки, называемой заготовкой (вместо полностью расплавленных гранул). Сжатый воздух попадает в заготовку, заставляя пластик расширяться и касаться внутренних стенок формы, в конечном итоге принимая форму полости формы.

Выдувное формование подходит для полых пластиковых деталей, таких как пластиковые бутылки с водой, причем наиболее распространенным материалом является полиэтилен высокой плотности.

Пример выдувных деталей:бутылки, бочки, топливные баки

3. Ротационное формование

Ротационное формование — это еще один процесс формования пластмасс, в котором используются высокие температуры и низкое давление для формирования пластиковых деталей. Он работает, вращая форму, чтобы перемещать пластиковый материал внутри.

В процессе ротационного формования порошкообразный пластик помещается в форму, которая нагревается и вращается вокруг двух (или более) осей. Это вращение гарантирует, что расплавленный пластик полностью покроет внутреннюю часть формы и примет форму полости.

Преимущества ротационного формования включают более простую оснастку, постоянную толщину стенок и прочные внешние углы. Но этот процесс может быть медленным, так как вся пресс-форма нуждается в охлаждении перед извлечением детали.

Примеры вращающихся формованных деталей:корзины, резервуары для хранения, игрушки

4. Вакуумное литье

Вакуумное литье — это процесс изготовления пластика, обычно используемый для небольших партий красочных прототипов. Для изготовления деталей из уретанового пластика используются силиконовые формы.

Во время этого процесса изготовления пластика оператор заливает уретановую смолу в силиконовую форму; Затем вакуум удаляет воздушные карманы и пузырьки, в результате чего получается исключительно гладкая готовая деталь. Затем детали из уретана отверждаются в печи.

Вакуумное литье — популярный процесс изготовления частично прозрачных деталей из пластика, таких как прототипы витрин.

Примеры вакуумных литых деталей:корпуса и крышки для электроники, различные прототипы дисплеев

5. Обработка пластика

Обработка пластика – очень популярный процесс изготовления пластмасс. Он включает фрезерование с ЧПУ, токарную обработку с ЧПУ и другие связанные процессы.

Хотя разные машины работают по-разному, механическая обработка пластика, как правило, заключается в вырезании секций из пластиковой заготовки с использованием ручных или управляемых компьютером режущих инструментов. Механическая обработка отличается высокой точностью, работает с рядом пластиков и лучше, чем литье, для изготовления толстостенных деталей.

Обработка пластика также полезна для добавления деталей к деталям, изготовленным с использованием других методов, таких как экструзия.

Примеры обработанных деталей:различные промышленные детали, приспособления и приспособления, автомобильное освещение

6. Моделирование наплавленных отложений

Моделирование методом наплавления (FDM) — наиболее распространенный процесс 3D-печати для изготовления пластмасс. Он работает с обычными термопластами, такими как ABS и PLA, а также с передовыми материалами, такими как PEEK.

FDM работает, нагревая экструдированную термопластичную нить, а затем откладывая ее в точные формы из движущегося сопла (прикрепленного к печатающей головке) в соответствии с компьютерными инструкциями. 2D-срезы детали печатаются слой за слоем, пока не будет построен полный 3D-объект.

В небольших количествах FDM работает очень быстро и экономично и может производить широкий спектр форм, в том числе со сложной внутренней геометрией. Однако из него не получаются особо прочные детали.

Примеры деталей FDM:различные прототипы, запасные части и ремонт, композитные промышленные детали

7. Стереолитография

Стереолитография (SLA) – это другая форма 3D-печати пластиком, в которой вместо термопластичных полимеров используются фотополимерные смолы.

Он работает путем избирательного отверждения фотополимерных смол с использованием источника света, такого как лазер. (В родственной технологии цифровой обработки света вместо этого использовался проектор.) Детали печатаются слой за слоем по мере того, как печатная платформа перемещается через ванну для смолы.

SLA производит хрупкие, но исключительно гладкие детали, которые также могут быть прозрачными. Он часто используется для прототипирования, но также может применяться в стоматологии и ювелирных изделиях.

Примеры деталей SLA:демонстрационные прототипы, элайнеры, образцы ювелирных изделий для литья

8. Селективное лазерное спекание

Селективное лазерное спекание (SLS) — это процесс изготовления пластика и еще одна форма 3D-печати. Он в основном используется для изготовления деталей из нейлона.

SLS — это процесс плавки в порошковом слое. Он работает, используя лазер для выборочного спекания 2D-форм в пластиковом порошке, слой за слоем, создавая цельную пластиковую деталь. Это в целом похоже на процесс селективного лазерного плавления (SLM) при производстве металлических добавок. Преимущество по сравнению с другими методами 3D-печати пластиком заключается в том, что он не требует опорных конструкций.

В большей степени, чем FDM или SLA, SLS считается промышленным процессом аддитивного производства и популярен в автомобильной промышленности.

Примеры деталей SLS:инструмент, автомобильная фурнитура, электрические разъемы

9. Экструзия пластика

Не путать с экструзионной 3D-печатью. Экструзия пластика — это процесс продавливания пластика через матрицу для изготовления удлиненной пластиковой детали с постоянным профилем.

Этот процесс изготовления больших объемов пластика заключается в нагревании пластика в цилиндре, а затем в прессовании его с помощью возвратно-поступательного винта, что придает ему окончательную форму с непрерывным профилем. Полученный экструдированный пластик затвердевает по мере остывания.

Обычные пластиковые экструзионные материалы включают полиэтилен, полипропилен, ацеталь и нейлон. У этого процесса также есть варианты, такие как экструзия пленки с раздувом и экструзия труб.

Пример экструдированных деталей:трубы, трубки, оконные рамы

10. Пластиковая пултрузия

Пултрузия пластика — это вариант экструзии пластика, при котором материал протягивается через матрицу, а не проталкивается.

Метод изготовления пластика пултрузии подходит для армированных волокном пластиков. Во время этого процесса рулон армированного волокна протягивается через резервуар с пластиковой смолой, которая пропитывает волокна, а затем через нагретую матрицу, придавая армированному волокном полимеру индивидуальный профиль.

Для пултрузии подходят несколько пластиковых смол, включая полиэстер, полиуретан и эпоксидную смолу. Стекловолокно — самый распространенный армирующий материал.

Примеры пултрузионных деталей:ребра жесткости, лыжные палки, различные усиливающие элементы конструкции

11. Сварка пластика

Сварка в основном связана с металлами, но сварка пластика – это полезный процесс изготовления пластика для соединения термопластичных компонентов, который не подходит для склеивания или других методов сборки.

Процесс сварки пластика имеет огромное количество вариантов, включая сварку горячим газом, скоростную сварку наконечником и контактную сварку. Большинство вариантов включают подготовку поверхности пластика, применение тепла и давления, а затем охлаждение.

Различные методы сварки пластмасс можно разделить на термические, механические и электромагнитные.

Примеры сварных деталей:корпуса, детали мобильных телефонов, медицинские приборы

12. Термоформование

Термоформование – это тип изготовления пластика, напоминающий литье, но при котором вместо полностью расплавленного пластика используется слегка нагретый пластиковый лист.

Техника изготовления пластика требует печи и формы. Во время процесса пластиковый лист нагревается до пластичности; затем его растягивают над формой — обычно с использованием вакуума — перед обрезкой и охлаждением.

Термоформование довольно универсально, так как его можно проводить как в небольших масштабах, так и в массовом производстве.

Примеры термоформованных деталей:блистерная упаковка, пластиковые стаканчики, крышки