Руководство по литью малых объемов

В то время как литье под давлением традиционно считается производственным процессом только для массового производства из-за высокой стоимости инструментов, использование 3D-печати для изготовления литьевых форм может дать вам возможность использовать этот процесс для производства высококачественных и воспроизводимых деталей для прототипирования и мелкосерийного производства.

Из этого подробного руководства вы узнаете, как использовать 3D-печатные формы для литья под давлением как на настольных, так и на промышленных машинах, чтобы эффективно и по доступной цене производить сотни функциональных прототипов и деталей, которые ускоряют разработку продукта, сокращают затраты и сроки выполнения, а также выводят на рынок более качественные продукты.

Литье под давлением малых объемов и традиционное литье под давлением

Литье под давлением - один из ведущих процессов производства пластмасс. Это рентабельная и чрезвычайно воспроизводимая технология, позволяющая получать высококачественные детали для крупносерийного производства. В результате он широко используется для массового производства идентичных деталей с жесткими допусками.

Литье под давлением - это быстрый и интенсивный процесс, при котором используются высокая температура и давление для впрыска расплавленного материала внутрь формы. Расплавленный материал зависит от объема производственного проекта. Самыми популярными материалами являются различные термопласты, такие как ABS, PS, PE, PC, PP или TPU, но металлы и керамика также могут быть отлиты под давлением. Форма состоит из полости, в которую помещается впрыскиваемый расплавленный материал, и спроектирована так, чтобы точно отражать окончательные характеристики детали.

Формы традиционно изготавливаются из металла с помощью обработки с ЧПУ или электроэрозионной обработки (EDM). Это дорогие промышленные методы, требующие специализированного оборудования, высококачественного программного обеспечения и квалифицированной рабочей силы. В результате изготовление металлической формы обычно занимает от четырех до восьми недель и стоит от 2 000 до 100 000 долларов США в зависимости от формы и сложности детали. Для небольших партий деталей стоимость, время, специализированное оборудование и квалифицированная рабочая сила, необходимые для изготовления пресс-формы из обычных инструментальных металлов и методов производства, часто делают литье под давлением в таком масштабе недоступным. Однако есть альтернативы механической обработке форм из металла. Использование собственной 3D-печати для изготовления форм для литья под давлением для прототипирования и мелкосерийного производства значительно сокращает затраты и время по сравнению с металлическими формами, сохраняя при этом производство высококачественных и воспроизводимых деталей.

В этом видео мы сотрудничаем с поставщиком услуг литья под давлением Multiplus, чтобы показать вам все этапы процесса литья под давлением с использованием 3D-печатных форм .

Настольная 3D-печать - это мощное решение для быстрого и недорогого изготовления литьевых форм. Это требует очень ограниченного оборудования, что позволяет сэкономить время ЧПУ и квалифицированных операторов для других важных задач. Производители могут извлечь выгоду из скорости и гибкости собственной 3D-печати для создания пресс-формы и сочетания ее с производственной мощностью литья под давлением, чтобы доставить серию единиц из обычных термопластов за считанные дни. Они могут даже создавать сложные формы, которые было бы сложно производить традиционным способом, и могут использоваться как на настольных, так и на промышленных формовочных машинах, что позволяет командам разработчиков быть более инновационными. Кроме того, разработка продукта выигрывает от возможности повторять дизайн и тестировать материал конечного использования, прежде чем вкладывать средства в твердые инструменты.

Несмотря на то, что формы для 3D-печати могут предложить эти преимущества при правильном использовании, все же существуют некоторые ограничения, о которых следует знать. Не следует ожидать такой же производительности от полимерной формы для 3D-печати, как от обработанной металлической формы. Критические размеры труднее обеспечить, время охлаждения больше, поскольку в пластике теплопередача происходит медленнее, а печатные формы легче ломаются под воздействием тепла и давления. Тем не менее, компании по всей отрасли продолжают внедрять 3D-печатные формы в свои краткосрочные рабочие процессы литья под давлением, что позволяет им быстро производить от сотен до тысяч деталей. От разработки функциональных прототипов с использованием материалов конечного использования до изготовления деталей во время пилотного производства или изготовления небольших объемов или нестандартных деталей для конечного использования, пресс-формы для 3D-печати представляют собой экономичный и быстрый способ производства деталей в ограниченных количествах.

Стереолитография (SLA) Технология 3D-печати - отличный выбор для литья под давлением. Он отличается гладкой поверхностью и высокой точностью переноса формы на готовую деталь, а также облегчает извлечение из формы. 3D-отпечатки, полученные с помощью стереолитографии, химически связаны, поэтому они являются полностью плотными и изотропными, что позволяет создавать функциональные формы с качеством, невозможным с помощью 3D-печати с моделированием методом наплавленного осаждения (FDM). Настольные принтеры SLA, такие как предлагаемые Formlabs, можно легко интегрировать в любой рабочий процесс литья под давлением, поскольку их легко внедрить, использовать и обслуживать.

Сердечник формы для литья под давлением, напечатанный на 3D-принтере, собранный с металлической оболочкой формы.

В качестве альтернативы среднесерийному производству от 500 до 10 000 деталей, обработка алюминиевых форм также может снизить фиксированные затраты, связанные с производством форм. Обработка алюминия в пять-десять раз быстрее, чем стали, и вызывает меньший износ инструмента, что означает сокращение времени выполнения заказа и снижение затрат. Алюминий также проводит тепло быстрее, чем сталь, что снижает потребность в охлаждающих каналах и позволяет производителям упростить конструкцию пресс-форм при сохранении короткого времени цикла.

Подводя итог, вот обзор различных методов литья под давлением и типов пресс-форм, которые обеспечивают наиболее эффективный процесс и самые низкие затраты на деталь в зависимости от объема производства:

	Литье под давлением малых объемов	Литье под давлением среднего объема	Литье под давлением в больших объемах
Метод	Внутреннее производство форм и собственное формование	Производство форм и формование на аутсорсинге	Производство форм и формование на аутсорсинге
Требуется оборудование	3D-принтер, настольный термопластавтомат	-	-
Плесень	Полимер, напечатанный на 3D-принтере	Обработанный алюминий	Обработанная сталь
Стоимость пресс-формы	<100 долларов	2000–5000 долларов	10 000–100 000 долларов США
Время подготовки к финальной части	1-3 дня	3-4 недели	4-8 недель
Идеальный объем производства	<500	500–10 000	5 000+
Приложения	Быстрое прототипирование Литье под давлением на заказ Мелкосерийное литье под давлением	Мелкосерийное литье под давлением	Массовое производство

Тип литьевого пресса не оказывает значительного влияния на процесс литья под давлением малых объемов; традиционные большие промышленные термопластавтоматы также могут использоваться с пресс-формами, напечатанными на 3D-принтере. Однако эти машины дороги, имеют строгие требования к оборудованию и требуют квалифицированной рабочей силы, и в результате большинство предприятий передают средне- и крупносерийное производство на аутсорсинг поставщикам услуг и контрактным производителям.

Если вы новичок в литье под давлением и собираетесь протестировать его с ограниченными инвестициями, использование настольной ручной машины для литья под давлением, такой как Holipress или Galomb Model-B100, может быть хорошим вариантом. Мелкосерийное автоматическое оборудование для литья под давлением, такое как настольная машина Micromolder или гидравлическая машина Babyplast 10/12, является хорошей альтернативой для производства средних серий мелких деталей.

Хотите узнать о различных факторах, влияющих на общую стоимость литья под давлением? Прочтите наше подробное руководство.

Белая бумага

Быстрое литье под давлением малых объемов с помощью форм, напечатанных на 3D-принтере

Загрузите нашу техническую документацию с рекомендациями по использованию 3D-печатных форм в процессе литья под давлением, чтобы снизить затраты и время выполнения заказа, а также ознакомьтесь с практическими примерами использования Braskem, Holimaker и Novus Applications.

Прочитать Белую книгу

Пошаговый рабочий процесс для литья под давлением малых объемов

Рабочий процесс для литья под давлением малых объемов включает следующие семь шагов:

1. Дизайн пресс-форм

Спроектируйте пресс-форму для своей детали в любом программном обеспечении САПР. Придерживайтесь общих правил проектирования для аддитивного производства и проектирования литьевых форм. Рекомендации по дизайну полимерных форм, напечатанных на 3D-принтере, можно найти в нашем техническом документе.

Загрузите свой дизайн в PreForm, программное обеспечение для подготовки к печати Formlabs. Подготовьте свой отпечаток и отправьте его на свой 3D-принтер Formlabs.

2. 3D-печать пресс-форм

Выберите материал для 3D-печати и приступайте к печати. Жесткая смола 10K с высотой слоя 50 микрон является идеальным выбором для большинства форм, поскольку она сочетает в себе высокую прочность, жесткость и термическое сопротивление.

По возможности рекомендуется распечатывать форму прямо на строительной платформе без каких-либо опор, чтобы уменьшить коробление.

После промывки и последующего отверждения ваша 3D-печатная форма готова к интеграции в процесс литья под давлением.

3. Сборка пресс-формы

Перед сборкой вы можете обработать пресс-форму до критических размеров с помощью ручного шлифования, настольной обработки или обработки с ЧПУ.

Рекомендуется размещать печатную форму внутри стандартного металлического каркаса или штампа основного блока, чтобы выдержать высокое давление и продлить срок службы печатной формы. Аккуратно соберите пресс-форму, напечатанную на 3D-принтере, внутри металлического каркаса. При необходимости добавьте выталкивающие штифты, вставки, детали бокового действия и другие компоненты.

Установите собранную форму в термопластавтомат.

4. Зажим пресс-формы

Вставьте пластиковые гранулы, введите необходимые настройки и начните производство. Рекомендуется меньшее усилие зажима, особенно если печатная форма не защищена металлической рамкой.

С помощью 3D-печатных форм можно инжектировать широкий спектр термопластов, таких как TPE, PP, PE, ABS, POM, ASA, PA, PC или TPU.

5. Инъекция

Чтобы определить идеальные условия процесса, может потребоваться несколько снимков, поскольку здесь играет роль множество факторов, включая геометрию детали, выбор пластика, температуру и давление впрыска, а также другие параметры.

По возможности снизить давление и температуру впрыска.

С помощью одной печатной формы пользователи Formlabs обычно впрыскивают сотни деталей из простых в обработке пластиков, таких как TPE, PP и PE, с температурами до 250 ° C. С пластиками, требующими более высокой температуры впрыска, такими как полиамид или ПК, пресс-форма для 3D-печати может иметь более короткий срок службы.

Прочтите нашу документацию по условиям процесса, чтобы увидеть результаты испытаний настольных и промышленных термопластавтоматов.

6. Охлаждение

Время охлаждения пресс-формы с полимерной печатью больше, чем у металлической формы, поскольку теплопередача в пластике происходит медленнее, чем в металле. Таким образом, добавление охлаждающих каналов к вашей печатной форме обычно не рекомендуется.

Вместо этого охлаждение можно ускорить, применяя сжатый воздух для охлаждения формы или используя сменные стопки.

7. Снос

Извлеките деталь вручную или автоматически с помощью выталкивающих штифтов. Нанесите разделительный состав для термопластов с высокой вязкостью. Смазки для форм широко доступны, а силиконовые смазки для форм, такие как продукты Slide или Sprayon, совместимы со смолами Formlabs.

Приложения для литья под давлением малых объемов

Тремя основными областями применения литья под давлением в малых объемах являются быстрое создание прототипов, литье под давлением на малых тиражах и литье под давлением по требованию или по индивидуальному заказу.

Быстрое прототипирование с помощью литья под давлением

Быстрое создание прототипов помогает компаниям превратить идеи в реалистичные доказательства концепции, преобразовать эти концепции в прототипы с высокой точностью, которые выглядят и работают как конечные продукты, и направляет продукты через серию этапов проверки к массовому производству.

В целом, 3D-печать - самый распространенный способ создания быстрых прототипов. Однако на более поздних этапах процесса разработки часто возникает необходимость в производстве немного больших объемов идентичных прототипов с использованием тех же материалов и тех же производственных процессов, что и для конечных деталей. Затем эти прототипы можно использовать для таких приложений, как бета-тестирование и полевые испытания. Сочетание 3D-печатных форм с литьем под давлением позволяет производителям быстро и эффективно разрабатывать функциональные прототипы и ускорять процесс разработки продукта.

Например, французский стартап Holimaker разрабатывает ручную литьевую машину, которая позволяет инженерам и дизайнерам изделий обрабатывать пластмассовые детали на своем рабочем столе в небольших количествах для создания прототипов, пилотного производства или даже ограниченной серии деталей для конечного использования.

Компания предлагает своим клиентам технико-экономические обоснования с использованием 3D-печатных форм для быстрого и доступного обслуживания. Это позволяет их клиентам быстро и недорого создавать прототипы конструкций и проверять окончательные производственные условия на этапе пилотного производства при внедрении нового продукта.

Предсерийные прототипы этих футбольных кошек были отлиты под давлением в формах для 3D-печати с использованием трех различных термопластов:POM (180 ° C), PA 6,6 (270 ° C), PP (210 ° C).

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

Используя 3D-печатные формы, Holimaker удалось сократить время производства форм для процесса литья под давлением до 24 часов, и сегодня они используют 3D-печатные формы для литья под давлением в 80–90% своих проектов.

Короткосерийное литье под давлением

Краткосрочное литье под давлением дает производителям возможность производить меньшие серии конечных деталей для продуктов, которые производятся только в ограниченных количествах, или производить пилотную серию продукта для тестирования рынка, прежде чем вкладывать слишком много капитала в предприятие.

Использование литья под давлением в небольших объемах дает возможность изготавливать точные и воспроизводимые детали конечного использования без высоких постоянных затрат, связанных с традиционным литьем под давлением.

Multiplus - поставщик решений для литья под давлением из Шэньчжэня, который охватывает весь производственный цикл от проектирования до производства пластмассовых изделий и предоставляет услуги более 250 клиентам в год, в том числе некоторым компаниям из списка Fortune 500. Некоторым из этих клиентов требуется мелкосерийное производство, что традиционно дорого и требует много времени при литье под давлением из-за сложности изготовления твердой оснастки.

Корпуса блока управления из недавно отлитого под давлением АБС-пластика с использованием пресс-форм для литья под давлением, напечатанных на 3D-принтере.

Поскольку спрос на мелкосерийное производство начал расти, Multiplus обратился к 3D-печати, чтобы исследовать различные материалы в попытке найти рентабельный способ производства более дешевых пластиковых форм для небольших заказов и пилотных серий. Изготовление малых объемов литьевых форм с помощью 3D-принтеров Formlabs сокращает затраты, трудозатраты и время по сравнению с обработкой алюминиевых форм и может легко использоваться с их промышленными литьевыми машинами Babyplast.

Литье под давлением по запросу или индивидуальное литье под давлением

Индивидуальное или быстрое литье под давлением по требованию может потребоваться для производства индивидуальных деталей для конечного использования для конкретных целей, таких как человеческий фактор, применение или случай, часто в ускоренные сроки. Ограниченный объем и / или короткое время изготовления означает, что традиционное литье под давлением с использованием твердой оснастки неэффективно и нецелесообразно. В этих случаях литье под давлением в небольших объемах с использованием форм, напечатанных на 3D-принтере, является идеальным решением для ускорения процесса и доставки нестандартных деталей.

Пример Braskem, одной из ведущих мировых нефтехимических компаний, демонстрирует аргументы в пользу использования формованных изделий с помощью 3D-печати для быстрого выполнения заказов по требованию. Во время первой волны пандемии COVID-19 компании потребовалось произвести тысячи ремешков для масок для защиты своих сотрудников по всему миру. Braskem определил литье под давлением как идеальный метод для производства деталей, но без доступа к 3D-печати им пришлось бы отдать на аутсорсинг дорогую металлическую пресс-форму, что стоило команде денег и драгоценного времени.

Braskem использовала 3D-печатную форму в сочетании с традиционной промышленной литьевой машиной для быстрого литья под давлением ремешков маски.

Команда Браскема обратилась к литью под давлением с использованием 3D-принтера Formlabs Form 3 для печати формы для его ремней и полностью электрической машины для литья под давлением Cincinnati Milacron 110 Ton Roboshot для разработки ремней.

Используя 3D-печать, команда изготовила тысячи ремешков в течение недели после получения электронного письма от вице-президента и подготовила их к отправке в офисы по всему миру.

Начните с литьевого формования малых объемов

Ускорьте разработку продукта, сократите затраты и время выполнения заказа, а также выведите на рынок более качественные продукты, включив в процесс разработки 3D-печать и литье под давлением в небольших объемах.