Экспертное руководство по созданию высококачественных пластиковых прототипов

Пластиковое прототипирование сегодня

Нельзя представить современную промышленность без пластиков. Промышленные полимеры легко производятся и обрабатывают. Имеют значительную прочность, отличную коррозионную стойкость и, главное, очень малый вес по сравнению с любым металлом. Это делает их популярными у промышленных дизайнеров. Благодаря популярности техники пластикового прототипирования на подъеме последние десятилетия. Посмотрим, что они предлагают сейчас.

Долгое время пластиковое производство было доменом массового производства. Нужен был литейный формовочный инструмент и станок для впрыска пластика в форму. Система очень дорогая, любые изменения дизайна — очень затратны. Поэтому металл долго был материалом №1 для прототипирования, особенно после бурного развития цифровых систем и ЧПУ-станков. Но это изменилось с приходом процессов быстрого прототипирования.

Развитие быстрого пластикового прототипирования

Первым был метод вакуумного силиконового литья, заменивший жесткий инструмент мягким. силиконовые формы намного дешевле и проще в изготовлении.

Следующие изменения принесли инновационные аддитивные процессы, не требующие ни заготовок, ни инструмента. Плюс — невиданная свобода дизайна.

Наконец, ЧПУ-процессы открыли возможность быстрого пластикового литья под давлением. Алюминиевые взаимозаменяемые формы с лучшей технологичностью по сравнению с инструментальной сталью сокращают время на инструментальную подготовку до 60%. Изменение полости алюминиевой формы намного проще, чем закаленной стали.

Преимущества внедрения быстрого пластикового прототипирования

• Стоимость пластикового прототипа. Пластиковые материалы обычно имеют низкую температуру плавления, хорошую поддерживаемость, легко обрабатываются. Производство пластиковых прототипов довольно дешевое. Без большого бюджета можно купить силикон, залить над мастер-моделью (сделанной вручную), подождать, отлить детали дома.
• Долговечность. Пластиковые материалы обладают высокой долговечностью. Хорошая стабильность, устойчивость к усталости, трению. Но держите их от УФ и низких температур — некоторые полимеры становятся хрупкими.
• Надежность. Процессы пластикового прототипирования хорошо развиты. Много профи сервисов упругого литья используют их ежедневно. При сомнении в выборе метода — консультируйтесь с профи.
• Перерабатываемость. Эра пластикового загрязнения как главной экологической проблемы прошла. Современные промышленные пластики проектируются как перерабатываемые, производство без серьезных вредных отходов.
• Сроки исполнения. Современные процессы быстрого прототипирования идеальны для малых партий пластиковых деталей. В некоторых случаях прототип готов за неделю при заказе у сервисов литья. Всё благодаря минимальной пост-обработке.

Где помогают пластиковые прототипы

Пластиковые прототипы не только для посуды и бытовых приборов. Применения шире. Много медицинских изделий из пластика — некоторые полимеры биосовместимы и легки. Прозрачные пластиковые детали широко в автоосвещении — менее хрупкие, чем стекло. Много пластиков дают хорошую изоляцию тепло/напряжение — ручки и корпуса обеспечивают безопасность. Благодаря хорошим трениям некоторые полимеры делают дешевые эффективные подшипники.

Топ-4 типа быстрого пластикового прототипирования

С быстрым развитием производства: литье, 3D-печать, литье под давлением, ЧПУ-обработка. Технологии на базе быстрого оборота, 3D CAD-прототипирования широко используются для пластиковых деталей.

1. Техники литья для пластикового прототипирования

Силиконовое литье — отличный процесс для малых партий пластиковых прототипов, требующий мастер-модели (образца) для создания форм. Обычно подвешивают мастер-модель над пустым баком. Добавляют технологические элементы (обычно тоже пластик) к модели: канал для заливки пластика, вентиляция. Потом заливают жидкий силикон в бак, ждут затвердевания, иногда термостатируют в печи. Раскладывают форму пополам — готова к производству до 25 пластиковых деталей. Капитальных вложений не требует.

2. 3D-печать для пластикового прототипирования

Аддитивное производство или 3D-печать — сравнительно инновационный процесс изготовления деталей. Определяет 3D-печать — изменение массы. Заготовка обычно больше конечной детали. Но для аддитивных технологий — совершенно иначе. Заготовка — порошок или тонкая нить. Подается на базовую пластину принтера слой за слоем и спекание/полимеризация копирует текущее сечение детали. С изобретения в 1980-х аддитивные технологии сделали большой шаг. Точность, чистота поверхности, выбор материалов, сроки аддитивного производства.

Селективное лазерное спекание (SLS)

Первый процесс среди аддитивных для быстрого пластикового прототипирования. Самый универсальный тип аддитивных процессов для практически любого материала. Среди них — пластики. Не требуют большой лазерной мощности для спекания. Главное преимущество — насыпание порошка на базовую пластину служит опорной структурой для нависающих элементов.

Моделирование методом наплавленного слоя (FDM)

Самый дешевый и простой аддитивный процесс для пластиковых прототипов. Много энтузиастов делают FDM-принтеры дома. FDM использует сырье в виде пластиковой нити, расплавляет и укладывает на пластину в виде текущего сечения детали. Нависающие структуры поддерживают другим материалом — более хрупким пластиком, легко удаляемым. Итого: FDM — дешевле, но худшая чистота и качество, требует больше пост-обработки если важна эстетика.

Стереолитография (SLA)

Считается отцом всех 3D-печатей. Процесс с лучшим качеством детали. Чистота поверхности почти идеальна, точность ограничена только диаметром УФ/лазерного луча. Широко для мастер-моделей будущего литья и прототипов где важна эстетика. SLA — самый дорогой процесс: жидкий полимер очень дорог, нужно заливать значительное количество в бак. Проблема — опорные структуры. Их можно сделать только из материала модели, механически удалять. Могут оставлять дефекты на поверхности, требующие пост-обработки.

Многоструйная печать (MJP)

Популярный выбор для пластиковых прототипов: много преимуществ FDM, без некоторых минусов SLA. Суть MJP — плавление сырья в капли и выдача из сопла принтера в нужном контуре. Преимущество — качество как у SLA, но не нужно заливать целый бак полимера и думать что с остатками. MJP — единственный многоцветный процесс среди перечисленных.

Пост-обработка 3D-печатных прототипов

Несмотря на достижения аддитивного производства, во многих случаях пластиковые детали требуют пост-обработки. Распространенные методы: механическая обработка, полировка, химические процессы. Первая — простая: устанавливают деталь в станок, обрабатывают фрезой. Полировка — известный процесс: спецпаста и инструмент для идеальной чистоты. Химические: ацетоновая обработка и покрытие. Первая использует газообразный ацетон для плавления поверхности и сглаживания. Эффективно, но для ограниченного числа полимеров. Покрытие универсальнее: наносят краску/другой элемент для повышения качества поверхности.

3. Создание пластикового прототипа быстрым литьем под давлением

Быстрое пластиковое литье под давлением — вариация конвенциональной технологии литья. Главное отличие — в деталях. Быстрые формы имеют больше стыков. Полость формы подключена к базе. Для изменения дизайна просто снимают полость и меняют без изменения других элементов. Снижает точность, повышает гибкость. Вместо закаленной стали (на миллионы циклов) используют алюминиевые сплавы. Менее долговечны, но технологичность в 5 раз выше. Все модификации позволяют использовать литье под давлением даже для прототипов. Советуем для высококачественных работ — процесс все равно затратен.

4. ЧПУ-обработка для создания пластиковых деталей

Для механически обработанных пластиковых и металлических компонентов многие производители пластиковых прототипов используют ЧПУ для тестов формы, посадки, функции пластиковых деталей из-за преимуществ в прототипировании. С расширением выбора производственных материалов, в WayKen используем ЧПУ-прототипирование для создания пластиковых прототипов и металлических деталей, позволяя команде дизайна точно симулировать внешний вид и функцию конечного продукта, отражая валидность сборки, давая время и пространство для модификации и оптимизации дизайна.

Будущее технологий быстрого пластикового прототипирования

Большинство профи предсказывают: аддитивное производство займет еще большую долю рынка прототипирования. Идеально для случая. Если будут разработки для повышения скорости печати и качества деталей. Пористость — текущая проблема. Много исследований для преодоления несовершенств 3D-печати, вероятно, аддитивные технологии станут идеальным выбором для пластикового прототипирования в следующем десятилетии, если не изобретут другой инновационный процесс. Хотите больше информации — найдете наши возможности по ЧПУ-обработке пластиков.