Изготовление форм с помощью 3D-печати
Формование с помощью настольной 3D-печати позволяет инженерам и дизайнерам добиться большей функциональности от 3D-принтера, помимо создания прототипов. Формование открывает мир производственных материалов и предоставляет возможность выпускать мелкосерийные партии и образцы тестовых форм перед тем, как использовать дорогостоящие
инструменты.
Этот буклет охватывает следующие три стратегии изготовления форм: литье под давлением, формование при высоких температурах и литьевые эластомеры. Обычно формы изготавливают из прозрачного полимера Formlabs, предпочтительного по причине его прозрачности, хотя любой стандартный полимер также может использоваться, а высокотемпературный полимер идеально подходит для процессов с высокими температурными требованиями. Следует отметить, что эти процессы лучше всего подходят для стереолитографической трехмерной печати (SLA), поскольку отпечатанные детали изотропны и водонепроницаемы.
Прототипирование и мелкосерийное производство с помощью инструментов 3D-печати
| Процесс | Оборудование | Время выполнения | Стоимость материала (например: 300 мл / см3) |
| Создание формы собственными силами и изготовление деталей | Форма 2 и литьевая машина | От 5 до 24 часов (время печати формы) | Приблизительно 50 долларов США для высокотемпературного полимера |
| Выполненная сторонними подрядчиками SLA форма | литьевая машина | 3–5 дней | Приблизительно 700 долларов США для печати служебного бюро на промышленных SLA |
| Выполненная сторонними подрядчиками металлическая форма | литьевая машина | 1–2 недели | Приблизительно 6400 долларов США для служебного бюро, исполнение в алюминии |
| Выполненная сторонними подрядчиками форма Создание и производство | нет — полный аутсорсинг |
1-3 недели | В зависимости от объема и материалов от 4000 до 15 000 долларов США |
Силиконовая отливка и некоторые литьевые формы настольного исполнения возможны с использованием полимера Formlabs Standard Resins High Temp, который имеет самый высокий HDT при 0,45 МПа, для любых 3D-печатных материалов, которые в настоящее время продаются на рынке, и позволяет печатать детали, которые могут использоваться для высокотемпературного формования, такого как термоформование и литье под давлением материалов с более высокими температурами расплава
Литье под давлением
SLA 3D-печать высокого разрешения на Form 2 может использоваться для быстрого прототипирования недорогих форм для литья под давлением, которые могут использоваться для изготовления настоящих деталей из самых разных
термопластичных материалов. Формы для литья под давлением могут использоваться для проверки конструкций форм перед изготовлением металлической оснастки или для производства малосерийных деталей
Документ Литье под давлением из 3D-печатных форм рассматривает формование методом литья под давлением с использованием форм, напечатанных из прозрачного полимера Formlabs. После выпуска высокотемпературного полимера Formlabs, разработанного для достижения более высокой термостойкости и жесткости, буклет был обновлен, чтобы описать преимущества печатных форм из высокотемпературного полимера, который с меньшей вероятностью разрушится из-за теплового удара или связанной с температурой деформации
Форма корпуса для устройства USB, 3D печать на Form 2 из высокотемпературного полимера
Эта форма содержит ядро, полость и два «шлюза», ведущие к двум половинам корпуса. Формы, напечатанные из высокотемпературного полимера, могут использоваться для формования термопластов широкого спектра без термических нагрузок или связанной с температурой деформации
Высокотемпературный полимер Formlabs может использоваться для литьевого формования широкого спектра пластмасс.
3D-печатные инструменты для форм воспроизводят точное качество отделки SLA- печати на Form 2. Формы могут быть напечатаны при разрешении 100 микрон для ускорения прототипирования или рекомендуемых 50 мкм для высокой детализации и гладкости
Деталь USB-корпуса с электроникой, отлитая в HDPE с помощью инструмента High Temp (высокая температура).
Данная форма корпуса USB устройства была скорректирована в ходе трех итераций для удаления раковин, захваченного воздуха и устранения частичной усадки. Общая стоимость материалов для прототипирования этого инструмента для формы из высокотемпературного полимера: 25 долларов США
Термоформы
3D-печатные термоформованные матрицы на Form 2 — это быстрый и эффективный способ создания высококачественных вакуумно-формованных деталей для мелкосерийного производства. Печатные термоформованные матрицы можно использовать для изготовления прототипов упаковки, чистых ортодонтических фиксаторов и пищевых безопасных форм для шоколадных кондитерских изделий.
Термоформовочные матрицы испытывают меньшее давление, чем литьевые формы, но при этом достигают высоких температур поверхности.
Высокотемпературный полимер противостоит деформации и разрушению поверхности в результате комбинированного воздействия тепла и давления термоформования для большинства пластмасс. Стандартные полимеры также могут быть пригодны для термоформования с использованием некоторых низкотемпературных пластмасс, таких как винил.
ПРИМЕР ПРИМЕНЕНИЯ
Прототипная упаковка, сформированная с помощью термоформования Formech.
Термоформование тонкого листа из поликарбоната поверх матрицы из высокотемператуного полимера позволяет получить прозрачную деталь, сопоставляя геометрию и деталь матрицы. Термоформованную упаковку можно легко прототипировать и включить в процесс проектирования вместе с прототипами 3D печатных продуктов, и все это достижимо на Form 2. Печатная матрица использовалась без дополнительной обработки и необходимости УФ-отверждения. Текстуру рекомендуется использовать в конструкции термоформования, чтобы предотвратить захват воздуха под листом — в этом отношении могут быть полезны линии слоев на печатной термоформовочной матрице.
КОНТРОЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ
Циклическое термоформование с матрицей из высокотемпературного полимера
Температура поверхности матрицы достигает уровня при 130 ° C.
Температура поверхности печатной матрицы будет увеличиваться в течение нескольких циклов. Высокотемпературный полимер обладает высокой устойчивостью к прогибу, тогда как при использовании стандартных полимеров Вы должны дать печатной матрице остыть между циклами, в противном случае может произойти деформация и деградация.
Если повышение температуры становится ограничивающим фактором в эффективности формования, каналы охлаждения являются эффективным способом удаления тепла из печати. При использовании в сочетании с автоматизированной термоформовочной машиной, матрица с водяным охлаждением может производить большее количество деталей с более коротким временем цикла.
Конформные водные каналы, видимые в термоформовочной высокотемпературной матрице.
Температура поверхности термоформовочной матрицы
Конформные каналы охлаждения легко внедряются при проектировании для SLA 3D- печати и успешно печатаются без каких-либо внутренних опор, которые могут нарушить поток. После печати каналы промываются неотвержденным полимером с использованием изопропилового спирта. Форма соединяется с насосом и источником холодной воды.
Интегрированное водяное охлаждение, как стратегия, также может быть применено к деталям из стандартного и жесткого полимера, чтобы уменьшить отвод тепла при использовании в условиях более высокой температуры.
Литье с эластомерами
Высокоточные формы для большинства гибких эластомеров, например силиконовые и уретановые каучуки, могут быть напечатаны на Form 2 с использованием стандартного полимера. Прозрачность полимера Clear Resin позволяет наблюдать материал во время процесса заливки или впрыска. Гибкие материалы можно легко удалить из жестких SLA печатных форм и получить приложения от модельного производства до функционального формования. Силиконовое формование также может использоваться для быстрого тиражирования печатных мастер-форм, что значительно сокращает время производства, когда необходимы несколько жестких деталей и объектов.
ПРИМЕР ПРИМЕНЕНИЯ
Формы, напечатанные на Form 2, используются для создания композитных деталей с расширенными встроенными функциями. Сборочные подкомпоненты, такие как электронные, металлические и SLA-печатные элементы, могут быть встроены и запечатаны в мягких поверхностных формах.
RightHand Robotics использовала Form 2 для создания производственных блоков своего роботизированного захвата с помощью уретанового формования. Формы были напечатаны из прозрачного полимера, с вставками из черного полимера, образующими внутреннюю структуру.
Принтер Form 2 позволил RightHand Robotics перейти от прототипов к мелкосерийному производству без необходимости использования дорогостоящего инструментария. Быстрый переход от исходных печатных прототипов к производственным материалам, которые имеют более длительный срок службы при циклическом изгибе, был выполнен с помощью трехмерных печатных форм на том же аппаратном обеспечении Form 2, которое они использовали для первоначального прототипирования.
Первый наложенный слой из многоступенчатого процесса RightHand Robotics включает уретановые соединения, которые могут выдерживать многочисленные циклы изгиба, при этом обеспечивая высокую эластичность, необходимую для надежного возврата захвата в открытое состояние.
Внешний слой обеспечивает улучшенную тактильную чувствительность захвата и управление, а также герметизацию электроники датчика с помощью более мягкой резины с низким уровнем по дюрометру.
SLA 3D-печатные детали также могут быть инкапсулированы внутри форм, чтобы обеспечить жесткую структуру для гибких материалов. Наложенный слой можно механически связать со вставкой путем добавления отверстий, углублений и столбцов к печатным частям, что усиливает сборку и уменьшает потребность в химическом клее.
Заключение
Формование на Form 2 является мощной стратегией для производства деталей небольшими партиями, а также производства из обычно используемых пластмассовых и эластомерных материалов. Инструменты 3D-печати позволяют инженерам и дизайнерам легко создавать прототипы деталей, которые выглядят и функционируют точно так же, как и конечный продукт, с геометрией и конфигурациями материалов, которые являются достаточно сложными, используя 3D-печать, например, в случае инкапсулированной электроники и тонкой упаковки. Для высокотемпературного формования высокотемпературный полимер предлагает превосходные тепловые свойства по более низкой цене и с более короткими сроками выполнения, чем аутсорсинг процесса
