Пресс-формы для литья под давлением, напечатанные на 3D-принтере:подробный обзор конструкции, преимуществ и применений

3D-печатные формы для литья под давлением становятся все более популярными в обрабатывающей промышленности. Это отличное дополнение к портфолио процессов литья под давлением и предлагает конкурентоспособную альтернативу традиционным материалам для литья под давлением.

В этой статье мы углубимся в то, что такое 3D-печатная литьевая форма, ее типы, преимущества и ограничения. В заключение мы также поделимся некоторыми полезными советами и рекомендациями для дизайнеров и инженеров пресс-форм. Начнем!

Что такое литьевая форма?

Пресс-формы, пожалуй, являются наиболее важным компонентом в установках для литья под давлением. Пресс-форма представляет собой сборку из нескольких частей с полостью внутри, которая точно повторяет конечную геометрию изделия.

Система впрыска закачивает расплавленное сырье в эту полость, где оно охлаждается, принимая окончательную форму. После этого механизм впрыска, который также находится внутри формы, выталкивает готовую деталь. Следовательно, литьевая форма служит основной цели — придать детали форму, а также вытолкнуть ее.

Существует множество свойств, которыми должна обладать высококачественная литьевая форма. Он должен обладать хорошей термической стабильностью, чтобы минимизировать тепловое расширение, высокой прочностью, чтобы выдерживать зажимное давление, и хорошей износостойкостью для обеспечения долговечности.

Форма для 3D-печати или алюминиевая форма

Традиционно алюминий был стандартным материалом для изготовления литьевых форм для мелкосерийного производства. Однако 3D-печатные формы для литья под давлением быстро набирают популярность благодаря многочисленным преимуществам, таким как экономия средств и гибкость конструкции.

Основное различие между формой, напечатанной на 3D-принтере, и формой из алюминия заключается в том, как они изготовлены. Основным процессом производства алюминиевых форм является обработка на станке с ЧПУ. С другой стороны, 3D-печатные формы, конечно же, изготавливаются с помощью 3D-печати.

Разница может показаться незначительной, но на самом деле она весьма существенна и требует обсуждения вопроса о том, какая форма для 3D-печати отличается от алюминиевой формы.

Однако сначала давайте рассмотрим два основных типа литьевых форм для 3D-печати.

Форма, армированная металлическим каркасом

Этот тип литьевой формы заимствует элементы как из алюминиевых форм, так и из форм, напечатанных на 3D-принтере. Основная внутренняя структура, включая полость и каналы, напечатана на 3D-принтере. Затем этот 3D-принт помещается в алюминиевую конструкцию для большей стабильности и долговечности.

Усиление алюминиевой рамы обеспечивает более высокое давление формования и продлевает срок службы формы. Инженеры также могут легко заменить компоненты пресс-формы, напечатанные на 3D-принтере, в случае изменения конструкции или износа.

Отдельные формы

Автономные формы полностью изготавливаются с помощью 3D-печати. Поскольку 3D-печать очень быстро становится все более надежной, автономные формы для 3D-печати набирают популярность в индустрии литья под давлением.

Основное преимущество автономных форм заключается в том, что инженеры получают дополнительную гибкость при проектировании таких функций, как каналы впрыска, ворота и т. д.

Преимущества литьевых форм, напечатанных на 3D-принтере

3D-печатные формы для литья под давлением обладают многочисленными преимуществами по сравнению со своими металлическими аналогами. Мы выделим некоторые основные преимущества использования формы, напечатанной на 3D-принтере.

Экономично

Ни для кого не секрет, что управление затратами является важной частью эффективного производства. Форма, напечатанная на 3D-принтере, значительно дешевле металлических форм.

Станки с ЧПУ зачастую дороги и требуют дорогостоящего обслуживания. С другой стороны, 3D-принтеры — более дешевые машины и просты в обслуживании. Стоимость сырья для 3D-печати также ниже, чем стоимость металлов для литья под давлением.

Затраты на рабочую силу также различаются для обоих методов. Станки с ЧПУ представляют собой сложное оборудование, для работы с которым требуется квалифицированный станок. 3D-принтеры, хотя и не простая прогулка, все же более доступны более широкому кругу технических специалистов.

Экономия времени

Еще одним важным аспектом высокой производительности производства является управление временем. Основным преимуществом использования 3D-печатной формы по сравнению с алюминиевой формой является значительная экономия времени в процессе изготовления формы.

Обработка на станке с ЧПУ — это трудоемкий процесс, иногда на полное изготовление сложной литьевой формы уходит до недели. Процесс 3D-печати намного быстрее и состоит из меньшего количества этапов, чем механическая обработка. Среднее время изготовления пресс-форм составляет порядка нескольких часов, что дает 3D-печатным формам явное преимущество.

Гибкость дизайна

3D-печать известна своей возможностью быстрого прототипирования. Это быстро, дешево и позволяет инженерам тестировать различные варианты проекта.

Та же логика распространяется и на формы для 3D-печати для литья под давлением. Разработчики пресс-форм могут быстро исправить любые ошибки или недостатки в конструкции пресс-формы. Кроме того, очень удобно внедрять усовершенствования продукта в производственную линию — достаточно простой перепечатки.

Такая свобода проектирования невозможна при обработке на станках с ЧПУ, где даже одно производство требует большого бюджета.

Подходит для литья под давлением в небольших объемах

3D-печатные формы хорошо подходят для мелкосерийного производства. Как мы вскоре обсудим, хотя они и обладают замечательными механическими свойствами, со временем они имеют тенденцию изнашиваться быстрее, чем их металлические аналоги.

Это делает их идеальными для производственных циклов, в которых изготавливается небольшое и среднее количество деталей. В таких условиях инвестиции в дорогую металлическую форму неэффективны, поскольку в конце производственного цикла она остается недостаточно загруженной.

Более того, мелкосерийное производство в среднем больше связано с разработкой и тестированием продукта. Дизайн может измениться в середине производства, если потребуется обновление или будет обнаружена ошибка. В этом случае идеально подходит форма для 3D-печати, поскольку обновление является экономически эффективным и экономит время.

Ограничения литьевых форм для 3D-печати

Плюсы и минусы идут рука об руку. Поэтому это обсуждение будет неполным, если мы проигнорируем недостатки литьевой формы для 3D-печати.

Низкая структурная целостность

3D-печать развивается очень быстро, но в некоторых аспектах она все еще отстает от традиционных производственных процессов, таких как обработка на станках с ЧПУ. Ему присущи некоторые проблемы с качеством, такие как пористость и отсутствие связей, которые снижают структурную целостность 3D-печатных форм для литья под давлением.

Как правило, форма, напечатанная на 3D-принтере, имеет меньшую прочность, твердость и износостойкость (следовательно, требуется алюминиевое армирование). Они имеют тенденцию выходить из строя при экстремальных температурах и давлениях, которые иногда необходимы для получения высококачественных изделий для литья под давлением.

В результате в некоторых случаях 3D-печатные формы не являются подходящей заменой литых/кованых алюминиевых форм.

Износ поверхности

3D-печатные формы для литья под давлением не такие износостойкие, как металлические формы. Качество их поверхности ухудшается быстрее, чем у алюминия, под воздействием высоких температур и давления литья под давлением. Это относится и к поверхности продукта.

Кроме того, 3D-печать форм — это послойный процесс изготовления. В связи с этим 3D-печатные литьевые формы имеют волнистый рисунок поверхности (также известный как ступенчатый эффект), что увеличивает шероховатость поверхности деталей, отлитых под давлением.

Распространенным решением является использование таких методов отделки поверхности, как опиливание, шлифовка или химическая обработка, чтобы улучшить качество поверхности формы. Однако выполнить эти операции на небольшой форме со сложной геометрией сложно, что довольно часто случается с формами, напечатанными на 3D-принтере.

Длительный производственный цикл

Время охлаждения составляет большую часть производственного цикла литья под давлением. Поскольку металлы обычно имеют более высокую теплопроводность, чем пластиковые материалы, используемые для 3D-печатных форм, расплавленному сырью требуется больше времени для затвердевания внутри 3D-печатной формы по сравнению с алюминиевой формой.

В связи с этим мы советуем инженерам по пресс-формам рассчитать ожидаемое время охлаждения для своих конструкций литьевых форм, прежде чем принимать решение о производственном процессе.

Усадка и деформация

Усадка и деформация — два распространенных дефекта 3D-печати, влияющие на качество 3D-печатной литьевой формы. Пластмассы очень чувствительны к нагреву и склонны к деформации (короблению) во время литья под давлением.

По мере деформации самой формы меняется форма ее полости, влияя на конечные размеры детали.

В большинстве случаев проектировщики пресс-форм могут решить эту проблему, включив в свои формы соответствующие припуски на усадку. Однако в случае 3D-печатных форм эти допуски трудно предсказать из-за неравномерного поведения 3D-печатных структур.

Советы и рекомендации по использованию форм для 3D-печати

Мы надеемся, что приведенная выше информация о 3D-печатных формах для литья под давлением расширила ваши знания по этому вопросу.

В этом разделе мы поделимся некоторыми полезными советами и рекомендациями от наших экспертов по дизайну, которые помогут вам улучшить свои навыки проектирования пресс-форм.

Улучшите теплопроводность с помощью композиционных материалов

Высокая теплопроводность сокращает время охлаждения при литье под давлением. На рынке доступно несколько добавок, повышающих проводимость, таких как графен, нитрид бора, металлические наполнители (медный порошок, алюминиевые хлопья) и т. д.

Покрытие поверхности

Плохая износостойкость является основным недостатком форм для 3D-печати. Соответствующие поверхностные покрытия, такие как металл или керамика, весьма полезны для улучшения свойств поверхности 3D-печатных литьевых форм.

Избегайте структур поддержки на критически важных внутренних сторонах

В большинстве методов 3D-печати используются опорные конструкции, удерживающие деталь во время печати. Они оставляют следы на детали после того, как их удалит специалист по отделке. Позаботьтесь о том, чтобы эти опорные конструкции не располагались на гранях, образующих полость формы, поскольку их остатки также появятся на детали.

Уменьшите толщину слоя и скорость печати для улучшения качества поверхности

Качество поверхности 3D-печатной формы зависит от толщины слоя и параметров скорости печати 3D-принтера. Оставьте эти настройки на низком уровне, чтобы получить более качественную поверхность при 3D-печати.

Углы уклона немного выше, чем у алюминиевых форм

3D-печатные конструкции требуют более высоких углов уклона в форме из-за различных свойств материалов. Эксперты предлагают включить средний угол уклона 3° для вертикальных граней литьевой формы.

Вентиляция – это ключ к успеху

Воздушные карманы имеют тенденцию образовываться внутри полостей формы и ухудшать качество поверхности. Чтобы избежать этой проблемы, желательно иметь неглубокие вентиляционные отверстия немного ниже поверхности полости.

Методы 3D-печати и материалы для изготовления форм

В этом последнем разделе мы кратко представим некоторые методы 3D-печати и материалы, подходящие для форм для 3D-печати.

Распространенные методы 3D-печати

• Стереолитография (SLA)
• Моделирование наплавления (FDM)
• Стройная обработка материала
• Селективное лазерное спекание (SLS)

Распространенные материалы для 3D-печати

• АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол)
• PETG (полиэтилентерефталат)
• ПП (полипропилен)
• Нейлон
• Термопластичные эластомеры (TPE)

Заключение

На этом мы завершаем нашу дискуссию на интересную тему 3D-печатных форм для литья под давлением. Формы для 3D-печати — это новая альтернатива алюминиевым формам, которая обеспечивает такие преимущества, как экономия средств и времени, а также гибкость конструкции и отлично подходит для мелкосерийного производства.

Некоторые из их недостатков включают низкую структурную целостность и износостойкость по сравнению с металлическими формами, но существуют специальные решения, позволяющие устранить эти проблемы.

Вы ищете быстрого производителя пресс-форм для вашего проекта литья под давлением? WayKen предлагает услуги быстрой оснастки и литья под давлением со строгим контролем качества. Наши передовые технологии изготовления оснастки и 3D-печати обеспечивают непревзойденную точность и экономичность при изготовлении изделий. Просто свяжитесь с нами сегодня, и вы получите ценовое предложение и проект для производственного анализа.

Часто задаваемые вопросы

Насколько дороги 3D-печатные формы по сравнению с металлическими?

Формы для 3D-печати относительно недороги по сравнению с металлическими формами. Обычно форма для 3D-печати стоит менее 200 долларов. Металлическая форма легко стоит более 5000 долларов. Для небольших объемов производства формы, напечатанные на 3D-принтере, являются очевидным выбором.

Какая обычная 3D-печать лучше всего подходит для литьевых форм?

Сравнивая только FDM, SLS и SLA, мы предлагаем использовать SLA для изготовления литьевых форм. Продукты SLA надежны, гладки и точны. Формы FDM сталкиваются с проблемами расформирования и не такие гладкие, как формы SLA. Подобные проблемы обычно возникают с продуктами SLS.

Как сократить время охлаждения литьевой формы, напечатанной на 3D-принтере?

Формы, напечатанные на 3D-принтере, остывают не так быстро, как металлические формы, из-за их низкой теплопроводности. Хороший совет – использовать сжатый воздух для увеличения конвективной теплопередачи или использовать сменные батареи.