Обработка акрила против поликарбоната: ключевые различия и выбор правильного материала

Опубликовано 16 ноября 2022 года

Ранее опубликовано на fastradius.com 16 ноября 2022 года

Акрил, также известный как оргстекло или полиметилметакрилат (PMMA), и поликарбонат — оба легкие, прозрачные пластики, подходящие для производства деталей через CNC-обработку. Акрил известен своей прочностью и прозрачностью, делая его отличной альтернативой обычному стеклу, в то время как поликарбонат невероятно жесткий и ударопрочен, делая его идеальным для приложений, требующих прозрачности и повышенной долговечности, таких как безопасное стекло.

Хотя акрил и поликарбонат похожи во многих отношениях, есть важные различия между этими двумя распространенными материалами, которые могут сделать один лучше подходящим для конкретного приложения над другим, или влиять на процесс обработки и тем самым на лид-тайм и стоимость. В этой статье мы пройдемся по тому, что нужно знать об обработке акрила и поликарбоната, чтобы вы могли выбрать лучший производственный вариант для вашего проекта и создавать дизайны, работающие с выбранным материалом.

Обработка акрила и поликарбоната: что нужно знать

Когда речь идет об обработке акрила, литой акрил часто лучший выбор чем экструдированный акрил, так как последний более склонен к трещинам или сколованию в процессе обработки. Это значит, что стратегии траектории инструмента иногда нуждаются в тщательном выборе для избежания сколов детали. Дополнительно, так как акрилы не очень теплостойки, необходимо использовать острый режущий инструмент для получения гладкой поверхностной отделки. Низкая точка плавления акрила значит, что также необходимо использовать более низкую скорость подачи резания чем для других пластиков во время обработки, так как более высокие скорости подачи генерируют больше трения и тепла, и потенциально могут испортить деталь. При необходимости акрил может храниться в морозилке перед обработкой для обеспечения максимального охлаждения.

С своей жесткостью и ударной стойкостью поликарбонат лучше для обработки и особенно хорошо подходит для CNC-фрезеровки. Однако при обработке поликарбоната острота режущего инструмента все еще важна, так как листы поликарбоната могут расплавиться если слишком много тепла накапливается в процессе обработки. Поскольку поликарбонат менее склонен к сколованию чем акрил, он тенденциально легче обрабатывается и позволяет использовать более стандартные стратегии траектории инструмента. Дополнительно, из-за более высокого рабочего температурного диапазона, более агрессивные стратегии могут использоваться с меньшим шансом вызвать проблемы, потенциально экономя время и деньги.

Приложения для акрила и поликарбоната

Оба акрил и поликарбонат легки, обрабатываемы и имеют уникальные характеристики, делающие их подходящими для ряда приложений по отраслям.

Акрил популярен в авто, строительной и авиакосмической отраслях, и часто используется для вещей вроде сухих боксов, линз, радиационных экранов, десикаторов. Дополнительно, его прозрачность, прочность и высокая ударная стойкость делают его отличной альтернативой стеклу, и его можно обычно найти в теплицах, аквариумах, террариумах, барьерах безопасности и более.

Как акрил, поликарбонат популярен в авто, авиакосмике и строительстве, но его стойкость к теплу и сильная размерная стабильность делают его очень популярным в медпромышленности, так как поликарбонатные детали могут выдерживать ограниченные автоклавы и облучающую стерилизацию. Среди более частых приложений, поликарбонат часто используется для точек-продаж розничных дисплеев, лицевых щитов, архитектурных фич, прозрачных коллекторов, пуленепробиваемых окон и многое большее.

Плюсы и минусы использования акрила для ваших деталей

Акрил предлагает ряд позитивных атрибутов, включая:

• Прозрачность: Акрил может пропускать до 92% света, делая его более прозрачным чем некоторые сорта стекла и большинство термопластов. Он также может быть окрашен без жертвования прозрачностью, хотя возможно производство более непрозрачных акрилов.
• Прочность: Акрил намного прочнее и ударопрочнее стекла. Большинство марок акрила в 4-8 раз прочнее стекла.
• Экологическая стойкость: Акрил естественно устойчив к царапинам, выветриванию, УФ-излучению, делая его идеальным для наружных приложений.
• Химическая стойкость: Акрил устоен к многим химикатам, включая щелочи, детергенты, чистящие средства, разбавленные неорганические кислоты.
• Влагопоглощение: Акрил имеет низкое влагопоглощение, позволяя ему удерживать размеры в наружных приложениях.
• Совместимость с покрытиями: Акриловые детали могут быть покрыты антистатическими, твердыми, безбликовыми слоями для улучшения поверхностного качества, продления жизни, обеспечения специфических требований.
• Доступность по цене: Несмотря на прочность, долговечность и ясность, акрил остается относительно недорогим для производства и обработки. Для сравнения, поликарбонат на 35-40% дороже.
• Цвет: Акрил доступен в широком спектре цветов.

CNC-обработка акрила не без недостатков. Как отмечалось ранее, акрил более восприимчив к трещинам и сколованию чем поликарбонат, и слегка труднее обрабатывается, так как теряет структурную целостность и начинает плавиться при температурах выше 160°C. При проектировании акрилов деталей для CNC-обработки вы должны помнить о относительно низкой точке плавления, потому что это делает материал более восприимчивым к деформации в производственном процессе. Для избежания риска плавления и достижения качественной поверхностной отделки использование правильной скорости подачи и глубины прохода критично. Аналогично, для снижения вибрации и достижения качественных резов акриловые детали должны обрабатываться инструментами с короткой длиной флюта и глубиной резания примерно половина диаметра бита.

Предназначенное использование вашего продукта также определит, является ли акрил лучшим вариантом для проекта. Например, экстремальная биосовместимость акрила делает его хорошим вариантом для костных имплантов, зубных протезов или других приложений контакта с кожей; аналогично, его стойкость к погоде, УФ, царапинам делает его хорошим фитом для деталей, которые будут использоваться на улице. С другой стороны, акрил может не быть лучшим выбором для пищевых контейнеров, экспонируемых высоким температурным средам, вроде посудомоечных машин или микроволновок, так как акриловые детали сохраняют размеры только до 149°F (65°C), после чего начинают размягчаться.

Плюсы и минусы использования поликарбоната для ваших деталей

Позитивные стороны поликарбоната включают:

• Прозрачность: Поликарбонат — естественно прозрачный термопласт, передающий свет так же эффективно как стекло, идеален для линз, освещения, пуленепробиваемого стекла. Как акрил, поликарбонат может быть окрашен без жертвования прозрачностью.
• Разнообразие: Существует несколько формулировок поликарбоната на рынке, включая стеклонаполненные и FDA-комплаентные варианты, так что вероятно вы найдете тот, который встречает нужды проекта.
• Прочность и ударная стойкость: Поликарбонат имеет напряженную прочность около 200 раз стекла, и высоко устоен к удару. Соответственно, часто используется в пулестойком стекле и защитной экипировке.
• Усадка и размерная стабильность: Поликарбонат сохраняет размеры под большинством условий, и имеет низкий процент усадки 0.6-0.9%.
• Экологическая стойкость: Поликарбонат естественно устоен к УФ-излучению и может выдерживать вариации влаги и флуктуирующие температуры, делая его отличным материалом для наружных приложений и очков.
• Химическая стойкость: Поликарбонат устоен к многим химикатам, включая разбавленные кислоты, масла, воски, алифатические углеводороды, спирты, смазки.
• Влажность: Поликарбонат имеет слегка более низкое влагопоглощение чем акрил.
• Совместимость с покрытиями: Как акрил, поликарбонатные компоненты могут быть покрыты антистатическими, твердыми, безбликовыми слоями. Поликарбонат также совместим с УФ и анти-туманными слоями.
• Высокая обрабатываемость: Поскольку он так долговечен и термотолерантен, поликарбонат легче обрабатывается чем акрил.

Пока поликарбонат имеет много позитивных атрибутов, есть недостатки использования поликарбоната для CNC-обработки проекта, включая его высокую стоимость и восприимчивость к вмятинам. Дополнительно, так как поликарбонат легко царапается, он более вероятно потребует финишинга, что усложняется тем, что только определенные финишинг-процессы, такие как паровое полирование и покрытие, работают с поликарбонатными деталями.

Дополнительно, важно отметить, что поликарбонатные детали также склонны к развитию усадок или пустот в толстых секциях. Для предотвращения этого, лучше разбивать толстые элементы на более мелкие тонкие секции для последующей сборки. Легко запомнить этот совет держа в уме затраты — обработка толстой детали из единого блока поликарбоната обычно будет дороже чем работа с мелкими кусками из-за стоимости сырья и времени обработки.

Варианты финишинга для акрила и поликарбоната

Существует несколько вариантов финишинга для акрила и поликарбоната, включая те, которые помогут вашим деталям выглядеть и чувствоваться готовыми для конечного использования и даже улучшить ясность:

• As-machined финиш: стандартный и самый экономный финиш, 'as-machined' или 'as-milled' значит, что никакой дополнительный пост-процессинг не применен. As-machined детали имеют тугие размерные финиши и могут представлять более быстрый, более доступный производственный вариант. В некоторых случаях as-machined детали могут иметь малые но видимые следы инструмента, дефекты или царапины.
• Пескоструйка (Bead blasting): экономный финиш, создающий униформный вид, пескоструйка тенденциально оставляет тусклый или сатиновый финиш и эффективна для удаления следов инструмента и поверхностных дефектов.
• Паровое полирование (Vapor polishing): этот вариант использует пар растворителя для трансформации матовых или непрозрачных поверхностей в гладкие, высокоглянцевые или оптически прозрачные поверхности. Паровое полирование часто используется на деталях, где грубые поверхности неприемлемы или где прозрачность первостепенна.

При достаточной осторожности в процессе резания, механизированные поверхности акрила и поликарбоната обычно будут полупрозрачными, но могут стать почти непрозрачными если материал плавится. Если плавление происходит, возможно адресовать поверхностную непрозрачность пост-процессинговыми опциями вроде парового полирования. Однако стоит отметить, что as-machined финиши для акрила и поликарбоната не будут оптически прозрачными, хотя возможно достичь оптической ясности если используется алмазное инструментирование, но это должно быть специально запрошено в процессе котировки, так как это значительно добавит к стоимости.

Итог: сравнение акрила и поликарбоната для обработки

Особая забота должна быть принята с дизайнами, включающими механизированный акрил из-за повышенной вероятности стресс-трещин. С этим в виду, советуется использовать бритвенно-острые режущие инструменты для избежания плавления акрила или вызова трещин; алмазные резаки дают лучшее поверхностное качество, хотя карбидные резаки намного доступнее. Также необходимо использовать относительно быструю скорость подачи для предотвращения плавления акрила, но помните что слишком быстро может вызвать экстремальное режущее давление и ломку.

Пока поликарбонат обычно лучше подходит для обработки благодаря своей жесткости, жесткости, долговечности и более высокой точке плавления, компромисс в том, что поликарбонат менее прозрачен чем акрил. Однако если вам нужно создать специфические детали, такие как защитная экипировка, коробки предохранителей или крупные жесткие компоненты, прозрачность может не быть проблемой. С другой стороны, если вы проектируете продукт, для которого прозрачность — топ-приоритет, дополнительные усилия для обработки акрила могут стоить того.

Оживление ваших дизайнов деталей с SyBridge

Выбор подходящего материала для производственного проекта может быть разницей между успехом и неудачей. Пока мы исследовали плюсы и минусы акрила и поликарбоната, стоит помнить, что они не ваши единственные опции. Множество CNC-обрабатываемых материалов могут быть совместимы с дизайном вашей детали и предполагаемым приложением, и выбор правильного может быть сложным процессом.

К счастью, производственный партнер вроде SyBridge может снизить эту сложность и адресовать вызовы, которые определенные материалы представляют. Помимо помощи в решении, будет ли акрил, поликарбонат или другой материал лучше работать для вашей детали, наша команда может предложить доступ к инструментам и экспертизе, которые вам понадобятся для обеспечения того, что производственные запуски идут максимально гладко и рентабельно. И начало вашего проекта простое: просто создайте аккаунт и загрузите дизайны для получения котировки для ваших деталей мгновенно. Или, чтобы узнать больше о том, как мы можем сделать ваш проект возможным, свяжитесь с нами сегодня.