قالب های تزریق پلاستیک پرینت سه بعدی شده: مقایسه متریال ها

در این بخش ما دو ماده اولیه پرینت سه بعدی صنعتی که برای ساخت قالب تزریق پلاستیک تیراژ پایین استفاده می شوند را بررسی می کنیم.

استفاده از پرینتر سه بعدی در صنعت تزریق پلاستیک و دیگر صنایع تولید انبوه در حال گسترش است و قابلیت های تکنولوژی های پرینت سه بعدی در این زمینه پیشرفت زیادی کرده است.

تمرکز ما بر روی یک شیوه تولید خاص است: تزریق پلاستیک تیراژ پایین.

تزریق پلاستیک یکی از پرکاربردترین موارد پرینت سه بعدی است، مواد اولیه ای که برای تولید قالب ها استفاده می شوند باید خواص ویژه ای داشته باشند. قالب های تزریق پلاستیک در معرض دمای بالایی قرار دارند و باید نیروهای وارده در هنگام پروسه تزریق را در این دما تحمل کنند. به علاوه این قالب ها یک بار مصرف نیستند و باید دقت خود را برای تولید در تعداد حفظ کنند. استفاده از قالب تزریق پلاستیک پرینت سه بعدی برای موارد زیر منطقی و به صرفه است:

• تزریق پلاستیک قطعات با سرعت بسیار بالاتر از روش معمول (۱-۲ هفته در برابر ۵-۷ هفته زمان تزریق پلاستیک با روش قالب فلزی)
• تزریق پلاستیک با تیراژ پایین (۵۰ تا ۱۰۰ قطعه)
• قالب های تزریق پلاستیکی که احتمال تغییر و اصلاح طراحی در آنها بالاست.
• قطعات نسبتا کوچک (زیر ۱۵۰ میلیمتر)

قالب تزریق پلاستیک تیراژ پایین – ساخته شده از متریال DSM Somos Preform با پرینتر سه بعدی SLA

یک متریال پرینت سه بعدی مناسب برای ساخت قالب تزریق پلاستیک لازم است این ویژگی های را داشته باشد:

• سختی بالا:  قالب تزریق پلاستیک باید دقت ابعادی بالای خود را با چندین بار استفاده از دست ندهد. این قالب باید نیروهای ناشی از تزریق در فشار بالا را بدون تغییرشکل تحمل کند.
• مقاوم در برابر حرارت بالا: این متریال باید “دمای خمش حرارتی” یا HDT بالایی داشته باشد به این معنی که در حرارت بالا دچار تغییر شکل نشود.
• جزئیات بالا: قالب های تزریق پلاستیک باید سطح صیقلی و جزئیات بالایی داشته باشند. طبیعتا یک قالب تزریق پلاستیک می تواند قطعات دقیقی تولید کند.

پرینترهای سه بعدی که می توانند قطعات را با دقت بالا و سطح صیقلی تولید کنند پرینترهای سه بعدی پلی جت – متریال جتینگ و SLA هستند. متریال جتینگ یک تکنولوژی پرینت سه بعدی کاملا صنعتی است اما تکنولوژی SLA هم در قالب پرینتر سه بعدی خانگی و هم پرینتر سه بعدی صنعتی موجود است. متریال ها و قابلیت های ساخت پرینترهای سه بعدی خانگی برای ساخت قالب تزریق پلاستیک با کیفیت بالا مناسب نیستند و در اینجا در مورد آنها صحبت نمی کنیم.

دو متریال اصلی که مناسب تزریق پلاستیک هستند پلیمر Digital ABS plus شرکت Stratasys برای پرینتر سه بعدی پلی جت و رزین Somos PerFORM برای دستگاه های SLA هستند.

قالب تزریق پلاستیک پرینت شده با متریال Somos PerFORM .

مقایسه متریال ها

متریال Somos PerFORM مقاومت کششی و تنشی بالایی در برابر Digital ABS و دیگر متریال های پرینت سه بعدی دارد. در مقابل شکننده تر بوده (افزایش طول پایین در نقطه شکست) و مقاومت پایینی در برابر ضربه دارد. با توجه به مقاومت و سختی بالا ویژگی های مکانیکی متریال PerFORMاز SOMOS برای پرینت سه بعدی قالب تزریق پلاستیک مناسب تر است.

دمای خمش گرمایی یا HDT دمایی است که در آن یک پلیمر تحت نیروی ثابتی تغییر شکل می دهد.

دمای انتقال به شیشه ( Glass Transition Temperature ) دمایی است که تحت تاثیر آن ، یک ترموست از حالت جامد شیشه ای خود به یک وضعیت لاستیکی می رسد.

اگر قرار است از ماده ای برای پرینت سه بعدی قالب تزریق پلاستیک استفاده شود بهتر است HDT و Tg آن بالا باشد، باز هم در این مقایسه متریال PerFORM از Somos برتری قابل توجهی نسبت به Digital ABS دارد.

مواد اولیه Digital ABS و Somos PerFORM در پروسه های پرینت سه بعدی متفاوتی استفاده می شوند. قابلیت های پرینتر سه بعدی صنعتی SLA و یک پرینتر سه بعدی پلی جت معمول در ادامه مقایسه شده اند. هردوی این تکنولوژی ها می توانند قطعات را با جزئیات دقیق و پرداخت و پولیش کم تولید کنند.

از آنجایی که پروسه پرینت سه بعدی پلی جت – متریال جتینگ بالاترین دقت را در تکنولوژی های پرینت سه بعدی دارد،  ماده اولیه Digital ABS جزئیات را تا حدی می تواند بهتر از PerFORM تولید کند.

متریال های Digital ABS و PerFORM هر دو برای ساخت قالب تزریق پلاستیک تیراژ پایین استفاده می شوند. در ادامه در قالب یک جدول تعداد قطعاتی که با هر کدام از این قالب ها می تواند تولید شود آورده شده است.

تزریق پلاستیک برخی مواد را “مشکل” و برخی را “ساده” دسته بندی کردیم. معمولا در ساخت قطعه با ماده ای مثل PP یا پلی پروپیلن قالب تزریق پلاستیک شات های بیشتری را نسبت به موادی مثل پلی آمیدهای پر شده با فایبرگلاس تحمل می کند.

تفاوت در خواص مکانیکی و حرارتی دو متریال روی تعداد شات های قابل تزریق در قالب های تزریق پلاستیک ساخته شده با آنها تاثیر می گذارد. در شرایط کاری معمول، دمای قالب پرینت سه بعدی شده (بعد از ۳-۴ شات تزریق) به حدود ۱۲۰درجه می رسد. برای دوام بالاتر قالب پایداری دما در پروسه تزریق پلاستیک نقش مهمی بازی می کند.

نمونه های PA GF ساخته شده با تزریق پلاستیک در تصویر پایین با قالب های پرینت سه بعدی شده با استفاده از دو متریال ذکر شده ساخته شده اند.(هردوی این قطعات بعد از دهمین شات تزریق تولید شده اند). کیفیت قطعه ساخته شده با قالب تزریق پلاستیک Digital ABS بسیار پایین تر است. قالب پرینت سه بعدی شده بیش از حد گرم شده و سریعا تغییرشکل داد در حالی که قالب PerFORM کاملا پایداری خود را حفظ کرده بود.

قطعات ساخته شده با تزریق پلاستیک توسط قالب PerFORM (چپ) و Digital ABS (راست) بعد از ۱۰ شات تزریق.

نتیجه گیری

تزریق پلاستیک یکی از پراستفاده ترین تکنولوژی های ساخت دنیا است: متریال مورد استفاده در پرینت سه بعدی قالب تزریق پلاستیک باید در عین مقاومت و سختی بالا بتواند در حرارت بالا عملکرد مناسبی داشته باشد.

پرینتر سه بعدی SLA و متریال جتینگ – پلی جت تنها تکنولوژی های پرینت سه بعدی هستند که می توانند قطعات را با دقت و سطح موردنیاز برای تزریق پلاستیک تولید کنند.  ما دو متریال اصلی مورد استفاده در ساخت قالب تزریق پلاستیک با پرینتر سه بعدی بررسی کردیم و قابلیت های آنها را در تزریق پلاستیک تیراژ پایین با هم مقایسه کردیم. با اینکه متریال Digital ABS Plus برای بیشتر کاربردها می تواند ماده مناسبی باشد اما سختی و مقاومت گرمایی بالای Somos PreFORM این ماده را برای پرینت سه بعدی قالب تزریق پلاستیک به یک ماده ایده آل تبدیل کرده است. تعداد شات ها و قطعات قابل تولید با این متریال به مراتب بالاتر از Digital ABS است.

اگر متن را کامل نخواندید:

• اگر دقت بالا و سطح صیقلی در قطعه شما مهم باشد پرینتر سه بعدی SLA و متریال جتینگ تنها تکنولوژی های مناسب برای ساخت قالب تزریق پلاستیک هستند.
• برای حفظ دقت قالب بعد از چندین بار تزریق، متریال پرینت سه بعدی باید سختی بالایی داشته باشد.
• متریال هایی که HDT بالاتری دارند می توانند برای دماهای بالاتری استفاده شوند.