3D-печатные формы для литья под давлением:сравнение материалов

Введение

Использование процессов 3D-печати для создания инструментов для конечного использования становится все более распространенным явлением по мере расширения возможностей технологий.

В этой статье мы сосредоточимся на конкретном применении инструмента:литье под давлением с малым тиражом. Подробный обзор приложений 3D-печати в этой области можно найти здесь. В этой статье мы сравниваем два популярных материала, которые в настоящее время используются в промышленности для изготовления пресс-форм для литья под давлением.

Литье под давлением является очень требовательным приложением для 3D-печатного материала, поскольку формы должны выдерживать усилия обработки при повышенной температуре и сохранять точность своих размеров в течение нескольких циклов. 3D-печатные формы для литья под давлением лучше всего подходят для:

Быстрое выполнение работ (1-2 недели вместо 5-7 недель).
Приложения с небольшим объемом производства (50–100 деталей).
Конструкции пресс-форм, в которых возможны изменения или итерации.
Относительно небольшие детали (менее 150 мм).

Требования к материалам для изготовления пресс-форм

Материал для 3D-печати, пригодный для изготовления пресс-форм для литья под давлением, должен иметь:

• Высокая жесткость: Формы должны сохранять хорошую точность размеров в течение нескольких циклов и выдерживать высокое давление во время впрыска материала без деформации.
  
• Высокотемпературная стойкость: Высокая температура теплового изгиба (HDT) имеет решающее значение не только для гарантии того, что пресс-форма не выйдет из строя во время впрыска материала, но и для более точного управления процессом.
  
• Высокий уровень детализации: Формы для литья под давлением должны иметь высокую точность размеров и гладкую поверхность. Высокоточные пресс-формы позволяют производить высокоточные детали.
  
  

Два процесса 3D-печати, которые позволяют производить высокоточные и гладкие детали (без обширной постобработки), — это струйная обработка материалов и стереолитография (SLA). Хотя струйная обработка материалов является исключительно промышленным процессом, существуют как настольные, так и промышленные системы SLA. Доступные материалы и производственные возможности настольных 3D-принтеров SLA не подходят для высококачественного производства, поэтому здесь они обсуждаться не будут.

В этой статье мы сосредоточимся на двух материалах, которые доказали свою пригодность для изготовления мелкосерийных пресс-форм для литья под давлением в промышленных условиях:Digital ABS plus for Material Jetting от Stratasys и Somos PreFORM для SLA от DSM.

Отказ от ответственности: Перечисленные ниже свойства материалов предоставлены производителями и соответствуют деталям, прошедшим оптимальный процесс термического пост-отверждения.

Сравнение материалов

Механические свойства — Жесткость

Somos PerFORM обладает очень высокой прочностью на растяжение и изгиб не только по сравнению с цифровым АБС, но и среди всех других промышленных материалов для 3D-печати (например, нейлон SLS). Однако он более хрупок (низкое удлинение при разрыве) и имеет меньшую ударную вязкость. Для изготовления пресс-форм предпочтительны механические свойства Somos PerFORM, так как основными требованиями являются высокая жесткость и прочность.

<тд>55 - 60 МПа <тд>2600 - 3000 МПа <тд>25 - 40 % <тд>1,2 % <тд>65 - 75 МПа <тд>1700 - 2200 МПа <тд>90 - 115 Дж/м <тд>85 - 87

	Цифровой ABS Plus	Сомос ПерФОРМ
Прочность на растяжение	80 МПа
Модуль растяжения	9800 МПа
Удлинение при разрыве
Прочность на изгиб	146 МПа
Модуль изгиба	9030 МПа
Удар по Изоду (зубчатый)	20 Дж/м
Твердость (по Шору D)	93

Тепловые свойства - Термостойкость

Температура теплового изгиба (HDT) указывает температуру, при которой полимер деформируется под определенной нагрузкой. Температура стеклования (Tg) представляет собой диапазон температур, при котором термореактивный материал переходит из твердого «стекловидного» состояния в более податливое «резинообразное» состояние. Для литья под давлением предпочтительны высокие значения как HDT, так и Tg, поэтому Somos PerFORM снова превосходит Digital ABS.

	Цифровой ABS Plus	Сомос ПерФОРМ
HDT (при 0,46 МПа) *	92–95°C	268°C
Температура стеклования (Tg)	47–53°C	81°C

^{*:после термообработки} ### Процесс 3D-печати — уровень детализации {#detail}Цифровой ABS и Somos PerFORM используются в различных процессах 3D-печати. Возможности типичной системы струйной обработки материалов и типичной промышленной системы SLA представлены в таблице ниже. Обе технологии позволяют производить очень гладкие детали со сложными деталями и требуют минимальной последующей обработки. Digital ABS имеет небольшое преимущество перед Somos PerFORM в отношении уровня детализации, так как Material Jetting имеет самую высокую точность размеров среди всех технологий 3D-печати (с SLA на втором месте). <тд>0,05 мм <тд>0,10 мм <тд>0,8 мм

	Цифровой ABS Plus	Сомос ПерФОРМ
Процесс	Материальная струйная обработка	Промышленное соглашение об уровне обслуживания
Типичная размерная точность	± 0,1% (нижний предел ± 0,05 мм)	± 0,15% (нижний предел ± 0,05 мм)
Минимальный размер объекта
Минимальная толщина стенки	0,6 мм
Минимальная высота слоя	14–16 микрон	25–50 микрон

Производственные возможности

Как Digital ABS, так и Somos PerFORM использовались в промышленных условиях для производства пресс-форм для литья под давлением с малым тиражом. В приведенной ниже таблице указано количество деталей, которые можно изготовить с помощью одной формы из материалов, которые считаются «легкими» и «трудными» для формования (полипропилен и полиамид с наполнителем из стекловолокна соответственно).

Различия в механических и термических свойствах двух материалов влияют на общее количество деталей, которые может изготовить пресс-форма. В нормальных условиях эксплуатации (после первых 3-4 запусков) 3D-печатная форма достигает температуры примерно 120 ^o . C, так как нагревается от расплавленного материала. Хорошая термическая стабильность имеет решающее значение для сведения к минимуму износа пресс-формы. Тестовые образцы PA GF на изображении ниже были изготовлены с использованием идентичных конструкций пресс-форм, напечатанных на 3D-принтере из двух материалов (оба показывают деталь, изготовленную после 10-го запуска). Качество детали, изготовленной с помощью пресс-формы Digtal ABS, намного ниже, так как пресс-форма начала перегреваться и портиться, в то время как пресс-форма Somos PerFORM оставалась стабильной.

<тд>50 - 100 <тд>100 - 200 <тд>5 - 30 <тд>30 - 50

	Цифровой ABS Plus †	Somos PerFORM ‡
Детали из "легкого" материала *
Детали из "сложного" материала **

^{* Полипропилен (ПП)
** Полиамид, наполненный стекловолокном (PA GF)
† Источник:Promolding
‡ Источник:Wehl &Partner}

Обзор и выводы

Литье под давлением — очень требовательное к инструментам приложение:материал должен иметь как высокую жесткость, так и способность работать при повышенных температурах.

Струйная обработка материалов и SLA — это единственный процесс 3D-печати, позволяющий производить детали с точностью размеров и качеством поверхности, необходимыми для промышленного применения. Мы сравнили два материала (по одному для каждого процесса), которые используются для изготовления мелкосерийных литьевых форм с помощью 3D-печати.

Несмотря на то, что Digital ABS plus является отличным материалом для большинства функциональных применений, более высокая жесткость и превосходные тепловые свойства Somos PerFORM делают его более подходящим для изготовления пресс-форм. Это видно по количеству деталей, которые может изготовить каждая форма, изготовленная из двух материалов.

Хотите сравнить цены и сроки изготовления пресс-форм для 3D-печати в вашем регионе?

Посмотреть цены на Digital ABSПосмотреть цены на Somos Perform

Полезные правила

• Если требуется очень высокая точность и гладкая поверхность, струйная обработка материалов и SLA являются наиболее подходящими процессами 3D-печати для изготовления пресс-форм.
  
• Чтобы сохранить свою точность в течение нескольких циклов, материалы для 3D-печати для изготовления пресс-форм для литья под давлением должны иметь высокую жесткость.
  
• Высокое значение HDT позволяет использовать более высокие температуры пресс-формы во время обработки.