در این بخش به موارد استفاده پرینت سه بعدی برای پرینت قالب تزریق پلاستیک می پردازیم.در ادامه می توانید نکات طراحی، مواد اولیه، انواع قالب تزریق پلاستیک و مقایسه این روش با روش های معمول تزریق پلاستیک را بخوانید.

تزریق پلاستیک معمول ترین روش تولید انبوه قطعات پلاستیکی است. این روش برای تولید قطعات یک شکل و دقیق در تعداد بالا بسیار مناسب است.

در گذشته از پرینتر سه بعدی صرفا برای نمونه سازی سریع در مرحله طراحی و تولید استفاده می شد اما هم اکنون با پیشرفت مواد اولیه پرینت سه بعدی امکان ساخت مستقیم قالب های تزریق پلاستیک با پرینتر سه بعدی فراهم شده است.

در این مقاله به فواید استفاده از تکنولوژی پرینت سه بعدی برای ساخت قالب تزریق پلاستیک تیراژ پایین اشاره کرده ، مواد اولیه مناسب برای ساخت قالب تزریق پلاستیک را معرفی کرده و نکات مهم در طراحی قالب پرینت سه بعدی را بر می شماریم.

این قالب پرینت سه بعدی تزریق پلاستیک برای ساخت تعدادی محفظه سنسور استفاده شده است.(تصویر متعلق به Promolding)

تزریق پلاستیک پروسه ساخت قطعات با تزریق مواد ذوب شده داخل قالب تحت فشار است. ماده حفره های قالب را پر کرده و با خنک شدن جامد شده و شکل معکوس قالب را به خود می گیرد. سپس قالب تزریق پلاستیک باز شده، قطعه بیرون انداخته شده و پروسه دوباره تکرار می شود.با اتوماسیون این پروسه می توان به تولید در تیراژهای بسیار بالا رسید. پراستفاده ترین مواد اولیه در تزریق پلاستیک پلیمر های ترموپلاستیک هستند اما امکان استفاده از برخی پلاستیک های ترموست هم در پروسه وجود دارد.

هزینه اولیه نسبتا بالای پروسه تزریق پلاستیک استفاده از آن را تنها برای تیراژهای بالا به صرفه می سازد. هزینه اولیه تزریق پلاستیک معمولا بسته به طراحی، مهندسی و شیوه ساخت قالب می تواند چیزی بین ۱۰ تا ۱۰۰هزاردلار باشد. به همین دلیل تزریق پلاستیک معمولا تنها برای ساخت قطعات یک شکل در تیراژ بالا و هزینه تمام شده پایین هر قطعه به کار می رود.در یک پروسه تزریق پلاستیک معمول هزاران یا گاهی میلیون ها قطعه تولید می شود.

در اینجا عبارت “تزریق پلاستیک تیراژ پایین” برای تیراژهای بین ۱۰ تا ۱۰۰ عدد به کار می رود. در گذشته امکان تزریق پلاستیک در چنین تیراژهای پایینی به دلیل هزینه های اولیه بالا به صرفه و اقتصادی نبود. اما پرینت سه بعدی موجب تغییراتی در امکان ساخت با تیراژ پایین شده است.

یک قالب تزریق پلاستیک که می تواند برای ساخت هزاران قطعه به کار برود.

درنظر گرفتن تعداد قطعه ای که با یک قالب تزریق پلاستیک – ۲۰ یا ۲۰هزار- قرار است ساخته شود بسیار مهم است. در گذشته تنها راه ساخت دقیق قالب تزریق پلاستیک استفاده از ماشین های CNC برای برش دقیق فلز (فولاد یا آلومینیوم) بود. این متریال ها مقاومت بسیار خوبی دارند و کاملا قابلیت تکرارپذیری ، باز و بسته شدن و قرار گرفتن در معرض دماهای مختلف را دارند. در مقابل ساخت یک قالب فلزی بسیار هزینه بر است.

برای تزریق پلاستیک تیراژ پایین مقاومت و تکرارپذیری بالا دیگر نقش مهمی بازی نمی کند. تکنولوژی های پرینت سه بعدی خاصی مثل SLA ، متریال جتینگ و پلی جت Polyjet می توانند قطعات را با دقت بالا و سطح کاملا صیقلی تولید کنند. این تکنولوژی ها با تتو مواد اولیه پیشرفته مقاوم در برابر حرارت و آزادی بالایی که در اختیار طراح می گذارند می توانند به عنوان یک گزینه مناسب برای ساخت قالب های تزریق پلاستیک تیراژ پایین استفاده شوند. کاربرد دیگر قالب های تزریق پلاستیک استفاده از آنها به عنوان نمونه قالب اصلی است. نمونه سازی قالب پیش از تولید آن با فلز ریسک سرمایه گذاری روی آن را تا حد زیادی پایین می آورد.

قالب های پرینت سه بعدی برای این موارد کاربرد دارند:

• سرعت بالای ساخت قطعه (۱-۲ هفته در برابر ۵-۷ هفته)
• تزریق پلاستیک تیراژ پایین (۵۰-۱۵۰ قطعه)
• مواردی که امکان تغییر قالب وجود دارد
• قطعات بسیار ریز(کوچکتر از ۱۵۰ میلیمتر)

دو نوع قالب تزریق پلاستیک قابل ساخت با پرینتر سه بعدی است:

• قالب هایی که در قاب آلومینیومی نصب می شوند: این نوع قالب پرینت سه بعدی تزریق پلاستیک معمول ترین نوع است و قطعات بسیار دقیقی تولید می کند. قالب با پرینتر سه بعدی ساخته شده و درون یک قاب آلومینیومی قرار می گیرد. این قاب قالب را در برابر فشار و تغییرات دما مقاوم می کند . قاب آلومینیومی همچنین از تغییر شکل و تاب برداشتن قالب بر اثر استفاده زیاد پیشگیری می کند.
• قالب های Stand Alone : در این حالت قالب تزریق پلاستیک به طور کامل با پرینتر سه بعدی ساخته شده و از قاب آلومینیومی در پروسه استفاده نمی شود. در این حالت کانال های خنک کننده دقیق می توانند درون قالب قرار گیرند. قالب های تزریق پلاستیک ساخته شده با این روش از مواد اولیه بیشتری در پروسه پرینت سه بعدی استفاده کرده و هزینه ساخت آنها بالاتر است. احتمال تاب برداشتن و تغییر شکل این قالب ها با استفاده زیاد بالا است.

یک قالب پرینت سه بعدی تزریق پلاستیک نصب شده درون قاب آلومینیومی.(تصویر از Formlabs)

مواد اولیه

یک ماده اولیه مناسب برای پرینت سه بعدی قالب تزریق پلاستیک باید این ویژگی ها را داشته باشد:

• مقاومت حرارتی بالا – از مهمترین ویژگی هایی که یک قالب تزریق پلاستیک باید داشته باشد، دمای تغییر شکل بالا است، این ماده اولیه باید بتواند نیروهای گرمایی و مکانیکی که در طول تزریق به آن وارد می شود را تحمل کند. توجه کنید که هنگام جامد شدن ، دما به سرعت کاهش پیدا می کند.
• سختی و مقاومت بالا – باز و بسته کردن قالب و استفاده زیاد از آن موجب سایش و تحلیل رفتن قالب تزریق پلاستیک می شود، در نتیجه برای ثابت ماندن دقت قالب در طول زمان، ماده اولیه باید از سختی و استحکام بالایی برخوردار باشد.
• سطح بالای جزئیات – یکی از اصلی ترین ویژگی هایی که یک قالب تزریق پلاستیک باید داشته باشد دقت ابعادی بالا و سطح صیقلی است. قالب های دقیق می توانند قطعاتی دقیق تولید کنند.

تکنولوژی های پرینت سه بعدی که می توانند این ویژگی ها را در خود جای دهند دو تکنولوژی پرینت سه بعدی SLA و متریال جتینگ یا پلی جت | Polyjet هستند. این پرینترهای سه بعدی می توانند قطعات را با دقت بسیار بالا تولید کرده و برای ساخت جزئیات ریز و دقیق بسیار مناسب هستند. متریال های ویژه ای نیز برای این تکنولوژی ها موجود هستند که می توانند عملکرد خوبی به عنوان قالب تزریق پلاستیک داشته باشند. مواد اولیه مثل رزین مقاوم در برابر حرارت فرملبز برای پرینتر سه بعدی SLA و رزین Digital ABS برای پرینتر سه بعدی پلی جت برای تزریق پلاستیک ایده آل هستند. خواص این مواد اولیه و مقایسه آنها در جدول زیر نشان داده شده است.

اگر کاربرد صنعتی دارید، پرینتر سه بعدی SLA خانگی شاید زیاد برای شما مناسب نباشد. مقایسه دقیق بین دو مواد اولیه مناسب پرینت سه بعدی قالب تزریق پلاستیک – Digital ABS و PerFORM از شرکت Somos- را می توانید در این بخش مدرسه پرینت سه بعدی ببینید.

یک قالب تزریق پلاستیک پرینت سه بعدی با متریال Digital ABS

طراحی قالب تزریق پلاستیک

در این بخش ما به شیوه طراحی قالب تزریق پلاستیک با استفاده از پرینتر سه بعدی می پردازیم. طراحی فنی یک قالب تزریق پلاستیک یک کار تخصصی است و آموزش کامل آن در این مقاله نمی گنجد اما اگر تجربه طراحی قالب تزریق پلاستیک دارید، این بخش به شما در طراحی قالب برای پرینت سه بعدی کمک می کند.

هنگام پرینت سه بعدی قالب تزریق پلاستیک بهتر است این نکات رعایت شوند:

• هنگام طراحی قالب برای پرینت سه بعدی SLA سعی کنید جهت گیری قالب هنگام پرینت طوری باشد که سطح داخلی آن با ساپورت در تماس نباشند. این مسئله موجب بالا رفتن کیفیت سطح قطعه شده و نیاز به پروسه های پس از پرینت را تا حد قابل توجهی کاهش می دهد.
• قرار دادن دریچه های هوای کم عمق (زیر ۰.۰۵ میلیمتر) از گوشه های قالب به گوشه حفره ها می تواند هوای محبوس در قطعه را به بیرون هدایت کند.
• اگر قالب پرینت سه بعدی قرار است بیش از ۲۰ بار استفاده شود، بهتر است در طرح خود از کانال هایی برای عبور تیوب های فلزی استفاده کنید. قرار دادن این کانال ها به بالا رفتن مقاومت قالب کمک کرده و از تاب برداشتن و تغییر شکل قطعه جلوگیری می کند.
• پرینت سه بعدی قالب تزریق پلاستیک در ضخامت لایه های کمتر می تواند موجب ساخت قالب هایی با سطوح صاف تر شود. هرچه ضخامت لایه پایین تر باشد ، خطوط لایه های پرینت کمتر قابل مشاهده است.
• فاصله جزئیات بیرون زده و تورفته از سطح اولیه باید حداقل ۱ میلیمتر باشد.

محدودیت های طراحی خاصی ممکن است بسته به ماشین تزریق پلاستیک مورد استفاده شما وجود داشته باشد. به گفته Stratasys ، قالب های تزریق پلاستیکی که با پرینترهای سه بعدی متریال جتینگ ساخته می شوند نباید حجمی بیش از ۱۶۵ سانتیمتر مکعب داشته باشند. این قالب ها می توانند توسط ماشین های تزریق پلاستیک ۵۰ تا ۸۰ تن یا پرس دستی استفاده شوند.

طراحی قطعات برای تزریق پلاستیک

به طور معمول یک طراح هنگام طراحی قالب و قطعه تزریق پلاستیک به این مواد توجه کند:

• درنظر گرفتن زاویه انحراف حداقل ۲درجه در بخش های عمودی قطعه برای ساده سازی بیرون آوردن قطعه از قالب.
• پیوستگی ضخامت دیواره ها.
• نازک بودن جزئیات و دیواره ها تا حد ممکن
• گرد و فیلت کردن همه گوشه ها.
• درنظر گرفتن دنده و خرپا در بخش های درونی طرح به جای بالا بردن ضخامت دیواره.

برای اطلاع بیشتر در مورد پروسه تزریق پلاستیک و طراحی قطعات آن به این بخش می توانید مراجعه کنید.

زاویه انحراف یا Draft Angle برای تزریق پلاستیک

کاهش Flash

فلش نامی است که روی ماده اضافه ای گذاشته شده که هنگام تزریق پلاستیک از خط اتصال بین دو بخش قالب بیرون می زند. این پدیده معمولا هنگامی رخ می دهد که دو نیمه قالب به طورکامل چفت نمی شوند یا اینکه پلاستیک بیش از حد به درون قالب تزریق شده است.

اگر قالب تزریق پلاستیک شما برای قاب آلومینیومی طراحی شده است بهتر است یک ضخامت اضافی ۰.۱۲۵ میلیمتری برای پشت قالب ها درنظر بگیرید تا با وارد شدن فشار به دو طرف، قالب کاملا بسته شود.

طراحی مناسب قالب و لبه های بیرونی تخت، احتمال پیش آمد پدیده فلش را کاهش می دهد.

افزودن ترکیب روان کننده یا Release Compound

قالب تزریق پلاستیک پرینت سه بعدی نسبت به قالب های تزریق پلاستیک معمول شکننده است. وارد کردن نیروی بیش از حد به قالب هنگام بیرون آوردن قطعه خطر شکستن قالب را بالا می برد. افرودن یک ترکیب روان کننده روی سطح حفره قالب پیش از مرحله تزریق کمک زیادی به بیرون آوردن قطعه از قالب می کند و از تحلیل رفتن قالب جلوگیری می کند.

مطالعه موردی : یک قطعه پلاستیکی موتور

این نمونه مورد، تولید یک محفظه موتور سفارشی را با روش تزریق پلاستیک و پرینت سه بعدی مقایسه می کند.

ویژگی های تولید:

• تعداد قطعات مورد نیاز ۲۵ عدد است.
• قطعه باید دقت بالایی برای فیت شدن داشته باشد.
• وزن قطعه ۵ گرم است.
• قطعه باید از جنس پلاستیک ABS باشد.
• قطعه باید به رنگ مشکی باشد.
• قطر کلی قطعه ۴۰ میلیمتر است.

در ادامه شیوه های تولید مختلف برای ساخت این قطعه را با هم مقایسه می کنیم:

پرینت سه بعدی صنعتی ABS: پرینت سه بعدی صنعتی FDM قابلیت تکرارپذیری بالایی داشته و می تواند قطعات را با دقت ابعادی بالا و در تیراژهای پایین تولید کند. هزینه فیلامنت  ABS استفاده شده در سیستم های FDM صنعتی حدود ۱۰۰دلار به ازای هر کیلوگرم است. محدودیت اصلی در پرینت سه بعدی FDM نسبت به تزریق پلاستیک خاصیت انیستروپیک قطعاتی است که با پرینت سه بعدی تولید می شوند: قطعات پرینت سه بعدی شده، در یک جهت مقاومت کمتری از دیگر جهات از خود نشان می دهند. این مسئله به این معناست که طراح سه بعدی باید نیروهای وارده از جهات مختلف به جسم را بررسی کرده و جهتگیری پرینت سه بعدی قطعه را بر آن اساس تنظیم کند.

تزریق پلاستیک قطعه ABS با استفاده از قالب تزریق پلاستیک پرینت سه بعدی SLA: رزین های SLA مقاوم در برابر حرارت می توانند برای ساخت قطعات تزریق پلاستیک با دقت بالا استفاده شوند ، این قالب ها برای تولید در تیراژهای پایین مناسب هستند. رزین های SLA به طور متوسط لیتری ۱۶۰دلار هستند. در این مثال از یک دستگاه تزریق پلاستیک رومیزی استفاده شده است که با قالب های پرینت سه بعدی کار می کند که درون قاب آلومینیومی نصب می شوند.هزینه پالت های ABS که برای ساخت قطعات استفاده می شوند حدود ۳دلار است.

تزریق پلاستیک قطعه ABS به روش های سنتی: قطعات تزریق پلاستیک معمول دقت بسیار بالا ، سطح صیقلی و قابلیت تکرارپذیری بالایی دارند. مشکل اصلی سیستم های تزریق پلاستیک معمول هزینه اولیه بالای آنها و آزادی نسبتا پایین در طراحی آنهاست. هزینه پالت های ABS در این حالت مشابه حالت قبلی و حدود ۳دلار برای هر قطعه است.

خلاصه ای از هزینه های ساخت این قطعه ABS با این سه روش در جدول زیر آمده است:

*پرینت سه بعدی FDM با ضخامت لایه ۲۵۰ میکرون و تراکم داخلی ۲۰%

** پرینت سه بعدی قالب با رزین مقاوم در برابر حرارت و پرینتر سه بعدی Form2

مراحل بعدی: چگونه با تزریق پلاستیک قطعات را تولید کنیم

اگر تزریق پلاستیک تیراژ پایین با قالب پرینت سه بعدی بهترین راه حل برای کاربرد شماست دو راه برای ادامه پروژه تان وجود دارد:

اگر شما به یک ماشین تزریق پلاستیک دسترسی داشته و دانش کافی برای طراحی قالب را دارید، پرینت سه بعدی قالب با رزین مقاوم در برابر حرارت یکی از راه های خوب برای تولید قطعه است. برای انتخاب بهترین متریال ساخت قالب تزریق پلاستیک می توانید این مقاله را بخوانید. در این مقاله دو متریال پراستفاده برای تولید قالب های تزریق پلاستیک تیراژ پایین با یکدیگر مقایسه شده اند.

در غیراین صورت می توانید تولید قطعه تان را به یک تولیدکننده تزریق پلاستیک حرفه ای بسپارید. با تماس بگیرید، ما شما را به بهترین سرویس دهنده تزریق پلاستیک برای کاربرد موردنظرتان معرفی می کنیم و در تمام مراحل تولید در کنارتان هستیم. با ورود پرینت سه بعدی به صنعت تزریق پلاستیک تولید ۱۰۰ قطعه تا بیش از ۱۰,۰۰۰ قطعه و هرتعداد دیگری می تواند به صرفه باشد.

اگر متن بالا را کامل نخواندید:

• پرینت سه بعدی قالب تزریق پلاستیک اقتصادی ترین روش برای تزریق پلاستیک تیراژ پایین است.
• تکنولوژی های پرینت سه بعدی پلی جت یا Polyjet و SLA مناسب ترین تکنولوژی ها برای ساخت قالب تزریق پلاستیک تیراژ پایین هستند.
• برای بالا بردن عمر قالب تزریق پلاستیک خود حتما زاویه انحراف از افق و افزودن ترکیب روان کننده به قالب را درنظر بگیرید.
• حجم قطعه را کمتر از ۱۶۵سانتیمتر مکعب درنظر بگیرید.
• هر قالب تزریق پلاستیک پرینت سه بعدی می تواند برای ساخت ۳۰ تا ۱۰۰ قطعه استفاده شود.(این تعداد وابسته به طراحی قطعه و ماده تزریقی است)