3D tištěné plastové formy versus konvenční hliníkové nástroje

Průmyslový 3D tisk má ohromující dopad na různá odvětví z různých perspektiv. Rychlá dostupnost rychlých prototypů, dílů s obvykle nevyrobitelnými nebo drahými konstrukcemi a materiálové pokroky jsou také možné díky průmyslovému 3D tisku. Kromě toho se průmyslový 3D tisk využívá i pro výrobu vstřikovacích forem na plasty. Není to však vhodné; proč? Vysvětlíme to zde v tomto článku.

Zastánci tvrdí, že použití průmyslového 3D tisku k výrobě plastových forem šetří 90 % času, snižuje náklady o 70 % a usnadňuje aplikace při nízkém zatížení. Stále je však nezbytné pochopit nevýhody výroby plastových forem pomocí průmyslových 3D tiskových strojů ve srovnání s konvenčně obráběnými hliníkovými formami. Zde jsou důvody, na základě kterých není výroba plastových forem pomocí 3D tisku považována za dobrou volbu:

1. Kvalita formy

Když se plastová forma vyrábí pomocí 3D tiskárny, kvalita formy nemusí být působivá. Průmyslová 3D tiskárna využívá vrstvy k vytvoření kompletní formy, která na stěně nebo šikmém povrchu vykazuje schodovitý efekt. Zároveň je jisté, že formy budou vrtány nebo vystružovány pro otvory a závitovány nebo frézovány pro prvky se závitem. Tyto druhotné operace přidávají do formy. Kvalita formy by však měla zůstat bez kompromisů.

2. Velikost formy

Přípustný objem formy pomocí průmyslové 3D tiskárny se pohybuje kolem deseti krychlových palců, což se blíží velikosti grapefruitu. Moderní aditivační stroje mají bezpochyby lepší schopnost a kapacitu pro formování forem. Tyto pokročilé stroje však výrazně zaostávají za EDM zařízeními a obráběcími centry. Důvodem je, že dokážou pohodlně vyrobit formy až do velikosti 59 krychlových palců, což je zhruba šestkrát větší kapacita, než je kapacita průmyslové 3D tiskárny.

3. Vystavení nadměrnému teplu

Formy používané při vstřikování musí čelit nadměrnému teplu, aby materiál mohl náležitě proudit. Obvykle zůstává teplota pro ocelové a hliníkové formy kolem 260 °C, zejména při přípravě vysokoteplotních plastů. S tak vysokou teplotou se naopak nelze setkat u forem stereolitografie a podobných metod 3D tisku. Je to proto, že tyto procesy zahrnují fotoreaktivní pryskyřice vytvrzované UV světlem. Tyto plastové formy se okamžitě rozpadají, když jsou vystaveny takovému velkému teplu po delší dobu.

3D tištěné plastové formy se stanou neúčinnými dříve, než dokončí svých 100 snímků měkkého plastového materiálu, jako je styren a polyethylen. Ale polykarbonáty plněné sklem a další houževnaté termoplasty mohou vykazovat určitou odolnost. Následně můžeme říci, že plastové formy vytvořené průmyslovým 3D tiskem nejsou vhodné pro vystavení teplu v procesu vstřikování.

4. Porovnání nákladů

Cena byla vždy předmětem diskuse ohledně upřednostňování konvenční výroby hliníkových forem nebo výroby pomocí průmyslové 3D tiskárny. Obvykle jsou průmyslové 3D tištěné plastové formy považovány za levnější, což je mylný dojem. Například výroba plastové formy pomocí 3D tiskárny stojí 1000 dolarů. Pokud je vyrobena konvenční metodou výroby hliníkových forem, dotkne se hodnoty 20 000 USD.

Ale stojí to za to? Samozřejmě to není proto, že forma složená z 3D tiskárny nenabídne své služby více než 50 až 100krát. Investor by pro zachování rychlosti výroby potřeboval další formu. Investor tedy bude muset vynaložit investici o 1 000 USD více. I když je zde důležité vědět, že odhad nákladů na 3D tištěnou formu nemusí zahrnovat mzdové náklady.

Na druhou stranu hliníková forma vyrobená konvenčními metodami vás může stát 15 000 $. Přesto tato investice stačí na pokrytí výrobní spotřeby po značnou dobu, protože takové formy mohou vydržet 10 000 výrobních cyklů. Stejně tak u konvenční výroby hliníkových forem mají investoři lepší možnost vybrat si možnosti přizpůsobení.

5. Konstrukce formy

Uprostřed dalších složitostí je velmi důležitý design formy, který je u 3D tiskáren často kompromitován. Nicméně formy vyrobené konvenčními procesy výroby forem nabízejí kolosální pohodlí při přidávání takového technického prvku do designu formy. Formy vyrobené z 3D tiskáren běžně spotřebovávají plastový materiál, který se zdráhá dosáhnout následujících cílů pro formu, a konvenčně připravené hliníkové formy tyto schopnosti snadno mají. Některé z pozoruhodných případů jsou uvedeny níže:

  • Přesné umístění a množství vyhazovacích kolíků je u 3D tiskáren obtížnější.
  • Úhly úkosu by měly být rozšířeny na 5 stupňů nebo více, což mimořádně překonává většinu nezbytných hliníkových nástrojů.
  • V případě 3D tištěných plastových forem je třeba se vyhnout bodovým branám a tunelům.
  • U plastových nástrojů by měly vějířové, vtokové a jazýčkové vrátka zvětšit trojnásobek své původní velikosti.
  • Průtok polymeru 3D vytištěnou plastovou formou by měl být situován podobně jako 3D tiskové linky, aby nedocházelo k lepení a vylepšování plnění při snížených vstřikovacích tlacích.

V důsledku toho může jednoduchý design plastových forem fungovat s 3D tiskárnou. Nicméně složité designové formy jsou do domény těchto tiskáren hodně vzdálené.

Možné výhody výroby forem pomocí průmyslové 3D tiskárny

Ruku v ruce, přestože jsou pro velkoobjemové výroby neúspěšné, mají plastové formy vyrobené z 3D tiskáren stále některé výhody. Mezi tyto výhody patří:

  • Pokud je vyžadováno malé množství základních forem s velkým úhlem rýsování, průmyslová 3D tiskárna je ideální pro výrobu plastové formy.
  • Pokud je váš tým zabývající se nástroji a matricí přesvědčen, že dokáže oslavit všechny funkce potřebné ve formě, a je obeznámen s pravidly návrhu formy, můžete pokračovat. Jinak byste mohli plýtvat časem a penězi.
  • Předpokládejme, že máte dostatek zdrojů, práce a strojů na zpracování/sestavení plastové formy. V takovém případě na tom můžete pracovat, ale nemusí to zůstat ekonomické.