Обработка акрила и поликарбоната:ключевые различия и выбор правильного материала

Опубликовано 16 ноября 2022 г.

Ранее опубликовано на fastradius.com 16 ноября 2022 г.

Акрил, также известный как оргстекло или полиметилметакрилат (ПММА), и поликарбонат представляют собой легкие и прозрачные пластики, подходящие для изготовления деталей с помощью механической обработки с ЧПУ. Акрил известен своей прочностью и прозрачностью, что делает его отличной альтернативой стандартному стеклу, тогда как поликарбонат невероятно прочен и ударопрочен, что делает его идеальным для применений, требующих прозрачности и повышенной долговечности, например, для безопасного стекла.

Хотя акрил и поликарбонат во многих отношениях схожи, между этими двумя распространенными материалами есть некоторые важные различия, которые могут сделать один из них более подходящим для конкретного применения по сравнению с другим или повлиять на процесс обработки и, следовательно, сократить время и стоимость. В этой статье мы расскажем, что вам нужно знать об обработке акрила и поликарбоната, чтобы вы могли выбрать лучший вариант производства для своего проекта и создавать конструкции, подходящие для выбранного вами материала.

Обработка акрила и поликарбоната:что нужно знать

Когда дело доходит до обработки акрила, литой акрил часто является лучшим выбором, чем экструдированный акрил, поскольку последний с большей вероятностью треснет или отколется в процессе обработки. Это означает, что стратегии траектории иногда требуют тщательного выбора, чтобы избежать сколов детали. Кроме того, поскольку акрил не очень термостойкий, необходимо использовать острый режущий инструмент, чтобы получить гладкую поверхность. Низкая температура плавления акрила означает, что во время обработки также необходимо будет использовать более низкую скорость подачи при резке, чем у других пластиков, поскольку более высокие скорости подачи будут вызывать большее трение и нагрев и потенциально могут испортить вашу деталь. При необходимости акрил можно хранить в морозильной камере перед обработкой, чтобы он оставался максимально прохладным.

Благодаря своей прочности и ударопрочности поликарбонат лучше поддается механической обработке и особенно хорошо подходит для фрезерования на станках с ЧПУ. Однако при обработке поликарбоната острота режущего инструмента по-прежнему важна, поскольку листы поликарбоната могут расплавиться, если в процессе обработки выделяется слишком много тепла. Поскольку поликарбонат менее подвержен сколам, чем акрил, его, как правило, легче обрабатывать, и он позволяет использовать более стандартные стратегии траектории движения инструмента. Кроме того, поскольку существует более высокий рабочий диапазон температур, можно использовать более агрессивные стратегии с меньшей вероятностью возникновения проблем, что потенциально экономит время и деньги.

Применение акрила и поликарбоната

И акрил, и поликарбонат легкие, поддаются механической обработке и обладают уникальными характеристиками, которые делают их пригодными для множества применений в различных отраслях.

Акрил является популярным материалом в автомобильной, строительной и аэрокосмической промышленности и часто используется для таких вещей, как сухие боксы, линзы, радиационные экраны и эксикаторы. Кроме того, его прозрачность, прочность и высокая ударопрочность делают его отличной альтернативой стеклу, и его часто можно найти в теплицах, аквариумах, террариумах, защитных барьерах и т. д.

Как и акрил, поликарбонат популярен в автомобильной, аэрокосмической и строительной промышленности, но его устойчивость к нагреву и высокая стабильность размеров делают его очень популярным в медицинской промышленности, поскольку детали из поликарбоната могут выдерживать ограниченное количество автоклавов и стерилизацию облучением. Среди наиболее распространенных применений поликарбонат часто используется для изготовления витрин в торговых точках, защитных щитков для лица, архитектурных элементов, прозрачных коллекторов, пуленепробиваемых окон и многого другого.

Плюсы и минусы использования акрила для деталей

Акрил обладает рядом положительных свойств, в том числе:

• Прозрачность:  Акрил может пропускать до 92% света, что делает его более прозрачным, чем некоторые сорта стекла и большинство других термопластов. Его также можно покрасить, не жертвуя при этом прозрачностью, хотя возможно изготовление и более непрозрачных акриловых деталей.
• Сила:  Акрил намного прочнее и устойчивее к ударам, чем стекло. Большинство сортов акрила в четыре-восемь раз прочнее стекла.
• Экологическая устойчивость:  Акрил естественно устойчив к царапинам, погодным условиям и ультрафиолетовому излучению, что делает его идеальным для наружного применения.
• Химическая устойчивость:  Акрил устойчив ко многим химическим веществам, включая щелочи, моющие средства, чистящие средства и разбавленные неорганические кислоты.
• Поглощение влаги:  Акрил имеет низкое влагопоглощение, что позволяет ему сохранять свои размеры при использовании на открытом воздухе.
• Совместимость с покрытиями:  Акриловые детали могут быть покрыты антистатическим, твердым или антибликовым слоем, чтобы улучшить качество их поверхности, продлить срок их службы и обеспечить соответствие конкретным требованиям.
• Ценовая доступность:  Несмотря на свою прочность, долговечность и прозрачность, акрил остается относительно недорогим в производстве и обработке. Для сравнения, поликарбонат дороже примерно на 35–40%.
• Цвет:  Акрил доступен в широком диапазоне цветов.

Обработка акрила на станках с ЧПУ не лишена недостатков. Как отмечалось ранее, акрил более подвержен растрескиванию и сколам, чем поликарбонат, и его немного сложнее обрабатывать, поскольку он потеряет структурную целостность и начнет плавиться при температуре выше 160°C. При проектировании акриловых деталей для обработки на станках с ЧПУ вам необходимо помнить об относительно низкой температуре плавления, поскольку она делает материал более восприимчивым к деформации в процессе производства. Чтобы избежать риска плавления и добиться качественной отделки поверхности, крайне важно использовать правильную скорость подачи и глубину прохода. Аналогичным образом, чтобы уменьшить вибрацию и добиться качественного реза, акриловые детали следует обрабатывать инструментами с короткой длиной канавки и глубиной резания, примерно равной половине диаметра сверла.

Предполагаемое использование вашего продукта также определит, станет ли акрил лучшим вариантом для вашего проекта. Например, исключительная биосовместимость акрила делает его хорошим вариантом для костных имплантатов, зубных протезов или других средств, контактирующих с кожей; Аналогичным образом, его устойчивость к погодным условиям, ультрафиолетовому излучению и царапинам делает его подходящим для деталей, которые будут использоваться на открытом воздухе. С другой стороны, акрил, возможно, не лучший выбор для контейнеров для пищевых продуктов , которые будут подвергаться воздействию высоких температур, например, посудомоечных машин или микроволновых печей, поскольку акриловые детали сохраняют свои размеры только до 149°F (65°C), после чего они начинают размягчаться. 

Плюсы и минусы использования поликарбоната для изготовления деталей

К положительным сторонам использования поликарбоната относятся:

• Прозрачность:  Поликарбонат — это натуральный прозрачный термопласт, который может передавать свет так же эффективно, как стекло, что делает его идеальным для изготовления линз, освещения и пуленепробиваемого стекла. Как и акрил, поликарбонат можно красить, не жертвуя при этом его прозрачностью.
• Разнообразие:  На рынке представлено несколько составов поликарбоната, в том числе варианты со стеклонаполнителем и варианты, соответствующие требованиям FDA, поэтому вполне вероятно, что вы сможете найти тот, который соответствует потребностям вашего проекта.
• Прочность и ударопрочность:  Поликарбонат имеет прочность на разрыв примерно в 200 раз выше, чем у стекла, и очень устойчив к ударам. Соответственно, его часто используют в пуленепробиваемом стекле и защитном снаряжении.
• Усадка и стабильность размеров:  Поликарбонат сохраняет свои размеры в большинстве условий и имеет низкую степень усадки — 0,6–0,9%.
• Экологическая устойчивость:  Поликарбонат естественно устойчив к ультрафиолетовому излучению и может выдерживать различные уровни влажности и колебания температуры, что делает его отличным материалом для наружного применения и изготовления очков.
• Химическая устойчивость:  Поликарбонат устойчив ко многим химическим веществам, включая разбавленные кислоты, масла, воски, алифатические углеводороды, спирты и жиры.
• Поглощение влаги:  Поликарбонат немного хуже впитывает влагу по сравнению с акрилом.
• Совместимость с покрытиями:  Как и акрил, компоненты из поликарбоната можно покрыть антистатическими, твердыми и небликующими слоями. Поликарбонат также совместим с слоями, защищающими от ультрафиолета и запотевания.
• Высокая обрабатываемость:  Поскольку поликарбонат очень прочен и устойчив к нагреву, его легче обрабатывать, чем акрил.

Хотя поликарбонат имеет много положительных качеств, у его использования в проектах обработки на станках с ЧПУ есть некоторые недостатки, в том числе его высокая стоимость и подверженность вмятинам. Кроме того, поскольку поликарбонат легко царапается, с большей вероятностью потребуется отделочная обработка, что осложняется тем фактом, что с деталями из поликарбоната подходят только определенные процессы отделки, такие как полировка паром и нанесение покрытия.

Кроме того, важно отметить, что детали из поликарбоната также склонны к образованию раковин или пустот в более толстых секциях. Чтобы предотвратить это, лучше всего разбить более толстые элементы на более мелкие и тонкие секции, которые можно будет собрать позже. Этот совет легко запомнить, если помнить о затратах:обработка толстой детали из цельного блока поликарбоната обычно обходится дороже, чем работа с более мелкими деталями, из-за стоимости сырья и времени обработки.

Варианты отделки акрилом и поликарбонатом

Существует несколько вариантов отделки акрила и поликарбоната, в том числе такие, которые помогут вашим деталям выглядеть и чувствовать себя готовыми к конечному использованию и даже улучшат прозрачность:

• Обработка после обработки:  Стандартная и наиболее экономичная обработка «после механической обработки» или «после фрезерования» означает, что к детали не применяется дополнительная постобработка. Детали, обработанные на станке, имеют строгие размеры и могут представлять собой более быстрый и доступный вариант производства. В некоторых случаях обработанные детали могут иметь небольшие, но видимые следы инструмента, дефекты или царапины на поверхности.
• Дробеструйная обработка:  Экономичная обработка, создающая однородный внешний вид. Дробеструйная очистка имеет тенденцию оставлять матовую или сатиновую поверхность и эффективна для удаления следов инструментов и дефектов поверхности.
• Полировка паром:  Этот вариант отделки использует пары растворителя для преобразования матовых или непрозрачных поверхностей в гладкие, глянцевые или оптически прозрачные поверхности. Полировка паром часто используется на деталях, где шероховатая поверхность недопустима или где чистота имеет первостепенное значение. 

При достаточной осторожности в процессе резки обработанные поверхности деталей из акрила и поликарбоната обычно будут полупрозрачными, но могут стать почти непрозрачными, если материал расплавится. В случае плавления можно устранить непрозрачность поверхности с помощью вариантов последующей обработки, таких как полировка паром. Тем не менее, стоит отметить, что после механической обработки детали из акрила и поликарбоната не будут оптически прозрачными, хотя оптической прозрачности можно добиться, если использовать алмазный инструмент, но это необходимо специально запрашивать во время процесса расчета, поскольку это значительно увеличит стоимость.

Итог:сравнение акрила и поликарбоната для механической обработки

Особую осторожность следует проявлять с конструкциями, в состав которых входит механически обработанный акрил из-за повышенной вероятности растрескивания под напряжением. Имея это в виду, рекомендуется использовать острые как бритва режущие инструменты, чтобы не расплавить акрил и не вызвать растрескивание; алмазные фрезы обеспечивают наилучшее качество поверхности, хотя твердосплавные фрезы гораздо более доступны по цене. Также необходимо будет использовать относительно высокую скорость подачи, чтобы предотвратить плавление акрила, но помните, что слишком быстрая скорость может привести к чрезмерному давлению резания и поломке.

Хотя поликарбонат, как правило, лучше подходит для механической обработки благодаря своей жесткости, прочности, долговечности и более высокой температуре плавления, компромиссом является то, что поликарбонат менее прозрачен, чем акрил. Однако если вам нужно создать детали специального назначения, такие как защитное снаряжение, блоки предохранителей или большие, прочные компоненты, прозрачность может не стать проблемой. С другой стороны, если вы разрабатываете продукт, для которого прозрачность является главным приоритетом, возможно, стоит приложить дополнительные усилия для обработки акрила.

Воплощение проектов деталей в жизнь с помощью SyBridge

Выбор подходящего материала для вашего производственного проекта может стать решающим фактором успеха или неудачи. Хотя мы изучили положительные и отрицательные стороны акрила и поликарбоната, стоит помнить, что это не единственные варианты. Многочисленные материалы для обработки на станках с ЧПУ могут быть совместимы с конструкцией вашей детали и предполагаемым применением, и выбор подходящего из них может оказаться сложным процессом. 

К счастью, такой партнер-производитель, как SyBridge, может уменьшить эту сложность и решить проблемы, связанные с некоторыми материалами. Наша команда не только помогает вам решить, какой материал лучше всего подойдет для вашей детали, но и предлагает доступ к инструментам и опыту, которые вам понадобятся для обеспечения максимально бесперебойной и экономичной работы производства. А начать свой проект очень просто:просто создайте учетную запись и загрузите свои проекты, чтобы мгновенно получить расценки на детали. Или, чтобы узнать больше о том, как мы можем реализовать ваш проект, свяжитесь с нами сегодня.