Изготовление пресс-формы на станке с ЧПУ или 3D-принтере. Что выбрать?
Изготовление пресс-формы на станке с ЧПУ или 3D-принтере. Что выбрать?
Литьевые пресс-формы представляют собой объемные конструкции с полостями, которые определяют форму изготавливаемых изделий. При литье под давлением расплавленный пластик подается под давлением в полость формы, при охлаждении он затвердевает, а затем форма открывается и отлитые заготовки вынимаются. Формы обычно изготавливаются из стали или алюминия на фрезерном станке с ЧПУ. Для этого техпроцесса характерны высокие первоначальные вложения в проектирование, оснастку и испытания. При массовом серийном производстве изделий затраты вполне окупаются, так как металлическая литьевая форма служит долго, и цена за единицу резко падает при выпуске большего количества деталей.
Но если форма изделий должна часто меняться, то хорошей альтернативой для малых тиражей является изготовление 3D-печатных пресс-форм. Для этого форма проектируется в программах AutoCAD или Fusion 360, файл записывается в формате STL и преобразуется в G-код для 3D-принтера. При этом для печати формы по технологии SLA можно использовать недорогие материалы: полипропилен, полиамид, полиэтилентерефталат, пластик ABS, полиоксиметилен, термопластичные эластомеры. Напечатанную литьевую форму при необходимости обрабатывают. Получается быстро и дешево. Считается, что 3D-печатные формы могут сэкономить до 80% затрат по сравнению с изготовлением их из металла на фрезерном станке с ЧПУ.
Но у 3D-печатных пресс-форм для литья есть свои ограничения. Так как теплопроводность пластиковой формы ниже, чем у металлической, то для ее остывания требуется больше времени, что снижает скорость изготовления изделий. К тому же 3D-печатные формы при охлаждении могут давать усадку, поэтому, когда требуются точные размеры, не исключено, что придется изготовить несколько форм с немного большими размерами и выбрать оптимальную. Еще одним минусом является то, что пластиковая пресс-форма не может выдерживать высокие температуру и давление в течение длительного времени. Это приводит к ухудшению качества литьевых пресс-форм на затворе и линии сварки. Но с этой проблемой справляются при помощи нанесения слоя металла (частиц железа к эпоксидной смоле), нитратов металла (нитрид бора к пластику ABS), керамики или оксидов металла на поверхность 3D-печатных пресс-форм при их изготовлении. Это повышает их жаропрочность и сопротивление разрыву. Еще одним полезным советом является добавление угла уклона. Поскольку прямые углы затрудняют выемку заготовок из пресс-формы, при проектировании нужно добавить угол уклона в 2 градуса.
Так как металл имеет лучшую теплопроводность, чем пластик, так почему бы не изготавливать металлические формы при помощи 3D-печати? Проблема состоит в том, что 3D-печать металлом пока значительно дороже, чем пластиком, поэтому первоначальные затраты будут по-прежнему высоки. Перспективным направлением является печать металлической проволокой, снижающая затраты, но потребуется последующая доработка пресс-формы.
Что в итоге выбрать: изготовление пресс-формы на станке с ЧПУ или 3D-принтере? Напечатанные на принтере пластиковые формы выдержат от 30 до 100 производственных циклов, а металлические – несколько тысяч. Поэтому выбор зависит только от объема заказа.