Formowanie wtryskowe jest jedną z najważniejszych technik produkcji masowej, która pozwala nas szybkie wytwarzanie dużej ilości identycznych części z tworzyw sztucznych. Największym jej ograniczeniem jest konieczność wcześniejszego przygotowania metalowych form, co jest drogie i czasochłonne. Zastosowanie technologii addytywnej takiej, jak druk 3D można znacznie uprościć ten etap i obniżyć jego koszty.
Spis treści:
- Czym jest technologia wytwarzania addytywnego?
- Zastosowanie druku 3D FDM z PLA w formowaniu wtryskowym
- Korzyści i ograniczenia wykorzystania PLA w formowaniu wtryskowym
- Przykłady zastosowań przemysłowych
Drukowanie 3d w technologii FDM z wykorzystaniem materiału PLA umożliwia tworzenie nowych form do wtryskarki znacznie szybciej i taniej niż tradycyjne metody ich produkcji. To pozwala na elastyczniejsze prototypowanie i przyspiesza cały proces formowania wtryskowego. Dowiedz się więcej na ten temat.
Czym jest technologia wytwarzania addytywnego?
Technologia wytwarzania addytywnego, powszechniej znana jako druk 3D, polega na tworzeniu trójwymiarowych obiektów poprzez nakładanie materiału warstwa po warstwie. Jest ona więc przeciwieństwem metody subtraktywnej, która polega na obróbce większego bloku materiału np. poprzez skrawanie, toczenie czy frezowanie.
W technologii druku 3D nazwanej Fused Deposition Modeling (FDM) do wytwarzania form wtryskowych korzysta się z termoplastycznego filamentu PLA (Polylactic Acid). To biodegradowalny, wytwarzany z odnawialnych źródeł poliester, który cechuje się łatwością druku, niską temperaturą topnienia i dobrą stabilnością wymiarową, a także niską ceną.
W procesie druku 3D formy wtryskowej stopiony w dyszy drukarki filament PLA jest nakładany warstwa po warstwie na stole roboczym. Porusza się on w osi Z, co w połączeniu z ruchem dyszy w osiach X i Y tworzy trójwymiarowy obiekt. Warstwy filamentu stygnąc, trwale łączą się ze sobą.
Zastosowanie druku 3D FDM z PLA w formowaniu wtryskowym
Zastosowanie metody addytywnej, jaką jest druk 3D w procesie formowania wtryskowego jest wszechstronne. Bardzo często stosuje się ją do prototypownia form wtryskowych. W przypadku wykorzystania tradycyjnych metod ich wytwarzania, każda zmiana w projekcie może generować znaczne koszty. Druk 3D z PLA umożliwia szybkie i tanie tworzenie prototypowych form, dzięki czemu można testować wiele wariantów projektowych bez konieczności inwestowania w drogie formy metalowe.
Zalety PLA takie, jak szeroka dostępność, niska cena i łatwość obróbki, czynią go idealnym materiałem do prototypownia. Natomiast wykorzystanie technologii druku 3D pozwala na iteracyjne podejście do projektowania, umożliwiając np. drukowanie form w skali 1:1 na potrzeby testów w rzeczywistych warunkach produkcyjnych.
Produkcja wkładek formujących o prostych geometrach
W formowaniu wtryskowym technologia druk 3D FDM z materiału PLA stosuje się także do produkcji wkładek formujących, wykorzystywanych w formach wtryskowych. Warto jednak zauważyć, że Polilaktyd jest najbardziej efektywny w produkcji wkładek o prostych lub umiarkowanie skomplikowanych geometriach. Umożliwia ich łatwą wymianę i modyfikacje, co jest ważne w produkcji prototypowej i krótkoseryjnej.
Wkładki formujące z PLA stosuje się najczęściej w niskoseryjnej produkcji, która wymaga szybkiej zmiany geometrii formy bez ponoszenia dużych kosztów związanych z zastosowaniem tradycyjnych form ich obróbki.
Hybrydowe formy wtryskowe z PLA i innymi materiałami
Technologia druku 3D FDM umożliwia również tworzenie z PLA form połączonych z elementami wytworzonymi innymi metodami (np. obróbką CNC). Ta hybrydowa metoda łączy korzyści technologii addytywnej takie jak szybkość i elastyczność, z trwałością i precyzją tradycyjnych metod produkcji. Elementy form wtryskowych, na które będą działały największe obciążenia, wykonane są zwykle z metalu, natomiast mniej obciążone obszary i detale drukuje się z PLA.
Krótkoseryjna produkcja przy użyciu form z PLA
Formy wtryskowe w całości wydrukowane z materiału PLA stosuje się zwykle w produkcji niskoseryjnej z powodu ograniczeń wytrzymałościowych tego materiału. Okazuje się, jednak że krótkoseryjna produkcja z zastosowaniem technologii addytywnej i tego filamentu może być bardziej opłacalna ekonomicznie, niż zastosowanie tradycyjnie produkowanych form wtryskowych. Szczególnie wtedy, gdy konieczna jest szybka reakcja na zamieniające się potrzeby rynku (np. niestandardowe części na zamówienie, produkty testowe).
Korzyści i ograniczenia wykorzystania PLA w formowaniu wtryskowym
Polylactic Acid posiada wiele zalet, ale nie jest pozbawiony wad. Poniżej prezentujemy jego cechy istotne w kontekście zastosowania tego materiału w procesie produkcji form wtryskowych.
| PLA korzyści | PLA ograniczenia |
| niski koszt. To jeden z najtańszych filamentów 3D, dzięki czemu jego zastosowanie obniża koszty prototypownia i produkcji małoseryjnej, szybkość produkcji pozwala na wytwarzanie form w krótkim czasie, co ułatwia także modyfikację projektu, łatwość druku. Drukowanie metodą FDM nie jest skomplikowane, a drukarki mogą pracować bez nadzoru, elastyczność wprowadzania zmian. Proces druku 3D z PLA cechuje elastyczność, pozwalająca na proste wprowadzanie modyfikacji. | trwałość. PLA posiada ograniczoną odporność na wysokie temperatury i ciśnienia. W porównaniu z tradycyjnymi materiałami do produkcji form wtryskowych, jest mniej trwały, ograniczenia geometryczne. Tworzenie bardzo skomplikowanych geometrii lub obiektów wymagających dużej precyzji z PLA jest trudne, podatność na ścieranie. PLA nie jest wytrzymały na ścieranie, co może mieć wpływ na jakość formowanych produktów, krótki cykl życia. Formy wtryskowe z PLA są zdecydowanie mniej odporne, niż np. z metalu i wytrzymują ograniczoną liczbę cykli produkcyjnych. |
Przykłady zastosowań przemysłowych
Formy wtryskowe z PLA znajdują szerokie zastosowanie w krótkoseryjnej produkcji w branżach, które wymagają szybkiej adaptacji i elastycznego procesu wytwórczego. Dobrym przykładem jest przemysł medyczny, w którym często wymagane są niewielkie partie niestandardowych elementów (części do urządzeń medycznych, protezy, implanty). Dodatkowo biodegradowalny i nietoksyczny PLA spełnia wysokie standardy bezpieczeństwa dla aplikacji medycznych.
Prototypowanie w branży elektronicznej
Szybka weryfikacja kształtów i funkcjonalności przed wdrożeniem do masowej produkcji możliwa jest tylko wtedy, gdy proces prototypownia jest prosty i tani. Umożliwia to właśnie PLA, który w branży elektronicznej często wykorzystywany jest do tworzenia prototypowych form wtryskowych obudów nowych urządzeń mobilnych oraz elektroniki użytkowej.
Produkcja elementów pomocniczych
PLA można wykorzystać również do wytwarzania elementów towarzyszących procesowi fromowania wtryskowego. Chodzi o wszelkiego rodzaju prowadnice, uchwyty, formy montażowe czy elementy testowe niezbędne do precyzyjnego montażu czy produkcji. Przykładem mogą być formy montażowe i prowadnice z PLA dla przemysłu opakowaniowego, przystosowane do produkcji opakowań o niestandardowych kształtach.