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Materialleitfaden zur Herstellung von Kunststoffprototypen
Bei der Herstellung von Kunststoffprototypen scheint es schwierig zu sein, geeignetere Materialien auszuwählen, insbesondere angesichts der Notwendigkeit einer Massenproduktion von Kunststoffteilen. Ziel dieses Dokuments ist es, die wichtigsten Arten verfügbarer Kunststoffmaterialien und die Anwendung jedes Materials zu klären.
1.Verschiedene Arten von Kunststoffmaterialien
Kunststoff ist ein weit verbreitetes synthetisches Material, das typischerweise aus Petrochemikalien hergestellt wird, aber auch aus einigen natürlichen Inhaltsstoffen hergestellt werden kann. Zu den gängigen Kunststoffen gehören Nylon, Acetal und hochdichtes Polyethylen. Kunststoffe können in zwei Haupttypen unterteilt werden: Thermoplaste und duroplastische Kunststoffe. Wir konzentrieren uns jedoch bei der Diskussion auf die Gruppierung anhand ihrer mechanischen Eigenschaften.
A. Starre Kunststoffe
Kurz gesagt, das sind die Kunststoffe, die wir für Projekte wie Elektronikgehäuse, Football-Helme und Gehäuse von Elektrowerkzeugen verwenden. Sie sind nicht so elastisch wie Gummi, aber viel stärker. Sie werden typischerweise nach der Shore-D-Skala bewertet. Einige gängige Arten von starrem Kunststoff sind ABS, Nylon, HDPE und Polycarbonat.
B. Elastomer
Sie sind „elastisch“. Zu den gängigen Elastomeren gehören Silikonkautschuk, HNBR, Nitrilkautschuk und Polyurethankautschuk. Das im Bild unten gezeigte Teil besteht aus einer flüssigen Silikonkautschukmischung.
C. Faserverstärkte Kunststoffe
Diese Kunststoffe verfügen über dispergierte Verstärkungsfasern, um die Härte, Festigkeit und Verschleißfestigkeit zu erhöhen. Gängige Beispiele sind Glasfaser- und Kohlefaserschichten. Auch die Verwendung kurzer Schnittfasern in spritzgegossenen Kunststoffen ist üblich. Das Bild unten zeigt ein Taschenmesser mit einem Griff aus Nylonkunststoff und Glasfaserfüllungen. Das Messer wird seit über zwei Jahren fast ohne Abnutzung täglich getragen, was zum großen Teil den mechanischen Eigenschaften des glasfaserverstärkten Kunststoffs zu verdanken ist. Einige SLS-gedruckte Teile enthalten möglicherweise glasfaserverstärktes Nylonpulver, was zu einer viel höheren Härte als bei Standard-Nylon führt.
D. Modifizierte Kunststoffe mit Zusatzstoffen
Es ist auch üblich, Basiskunststoffen Additive zuzusetzen, um verschiedene gewünschte Eigenschaften zu erzielen. Zu den üblichen Zusatzstoffen gehören antimikrobielle Mittel, Antistatika, Weichmacher, Pigmente, UV-Stabilisatoren, Füllstoffe und Flammschutzmittel.
2.Mechanische Leistung von Kunststoff
Unabhängig von der Art des Kunststoffs ist ein grundlegendes Verständnis der Materialeigenschaften erforderlich, um das beste Material auszuwählen.
Dies ist die maximale Spannung, die aufgebracht werden kann, bevor es zu einer dauerhaften Verformung des Materials kommt. In fast allen Fällen sollte die Belastung, die auf das Material während seines Gebrauchs ausgeübt wird, unterhalb der Streckgrenze des Materials gehalten werden. Wenn die Spannung zu hoch ist, erfährt das Teil eine bleibende Verformung.
Dies wird auch als Elastizitätsmodul bezeichnet und ist der Betrag, um den sich ein Material „dehnt“, wenn Kraft ausgeübt wird. Wenn wir die Kraft unterhalb der Streckgrenze halten, kehrt das Teil in seine ursprüngliche Form zurück, sobald die Kraft entfernt wird. Elastische Materialien werden häufig auch für Unterlegscheiben und Dichtungen verwendet, beispielsweise für Deckel von Mixern und Reisekaffeetassen.
C. Härte
Verschiedene Kunststoffe und Kautschuke weisen unterschiedliche Härtewerte auf, die typischerweise anhand der Shore-Härteskala gemessen werden. Auf der Shore-Härteskala wird die Härte in der Reihenfolge zunehmender Härte in drei Kategorien eingeteilt: 00, A und D. Ein Radiergummi hat auf der Shore-A-Skala eine Härte von etwa 40, während ein Kunststoff-Schutzhelm eine Härte von etwa 80 hat auf der Shore-D-Skala.
D. Reibungskoeffizient
Der Reibungskoeffizient ist ein Begriff, der das Gleitverhalten eines Materials beschreibt. Dies ist besonders wichtig für Projekte, die Gleit- oder dynamischen Kontakt erfordern. Einige Lager bestehen beispielsweise aufgrund ihres niedrigen Reibungskoeffizienten aus dem Material Polytetrafluorethylen (PTFE).
3. Bestimmung des Verwendungszwecks von Kunststoffteilen.
A. Unterschiedliche Kunststoffe eignen sich für unterschiedliche Zwecke
Einige Anwendungen sind mechanisch, verschleißfest oder elastisch. Je nach Anwendung sollten unterschiedliche Materialien ausgewählt werden. Es ist ratsam, relativ günstigere Materialien mit ähnlicher Leistung zu wählen. Manche Kunststoffmaterialien verfügen über langfristige Reserven beim Lieferanten, andere bedürfen jedoch einer Sonderbestellung.
B. Berücksichtigen Sie die Verfügbarkeit von Materialien
Materialien wie Bleche, Stäbe oder Rohre (z. B. verwendet für CNC-Bearbeitung) oder druckbare Materialien für FDM sind verfügbar. Typischerweise versuchen FDM-Maschinen, die beste Wahl des endgültigen Produktionsmaterials zu treffen. Einige Kunststoffe können Sie mit anderen 3D-Druckoptionen (wie SLA oder SLS) simulieren, aber Materialien, die vollständig zur Endproduktion passen, sind in der Regel nicht verfügbar. SLA-Materialien sind zunächst flüssig und werden durch Laserbelichtung ausgehärtet, was zu einigen inhärenten Unterschieden im Endprodukt führen kann. Ähnlich wie bei SLA besteht der Unterschied zu SLS darin, dass Pulver verwendet wird, um das Material durch Lasereinwirkung mit einem anderen umgebenden Pulver zu verschmelzen. SLS kann eine gute Option sein, wenn das endgültige Produktionsmaterial Nylon ist.
C. Berücksichtigung der Verarbeitungsfähigkeit von Kunststoffen
Ebenso eignen sich einige Kunststoffe besser für die CNC-Bearbeitung (z. B. Polypropylen), während andere mit anderen Verarbeitungsmethoden problemlos 3D-gedruckt werden können. Der Preis für Kunststoffprototypen kann variieren.
D. Berücksichtigen Sie die Recyclingfähigkeit von Kunststoffen
Wenn ja, achten Sie darauf, thermoplastische statt duroplastische Materialien zu verwenden.
4. Kunststoffmaterialien, die üblicherweise bei der Prototypenherstellung verwendet werden
I. PMMA
Sie haben vielleicht noch nie von einem so komplex klingenden Polymernamen wie PMMA gehört, aber Sie haben schon von Acrylglas gehört. Es ist leicht zu verstehen, da es in Autoscheinwerfern, Fenstern, Displays, Lampen und mehr allgegenwärtig ist.
ich. Vorteil
Die Transparenz und Korrosionsbeständigkeit von PMMA machen es in unserem täglichen Leben weit verbreitet. Darüber hinaus ist dieses Material gut verarbeitbar und kann per CNC geschnitten, gegossen oder geformt werden. Es ist stark, formstabil und kann bei Temperaturen von bis zu 160 Grad Celsius betrieben werden.
ii. Defekt
Obwohl PMMA härter als Glas ist, ist es im Vergleich zu anderen Kunststoffen immer noch relativ spröde. Außerdem quillt es bei Kontakt mit Wasser auf und kann durch Kohlenwasserstoffe gelöst werden.
iii. Einsatzbereich
PMMA wird häufig als Ersatz für bruchempfindliches Glas verwendet. Beispiele hierfür sind Ampeln und Autolichter. Acrylglas wird auch häufig für Experimente und Demonstrationen verwendet. Es findet breite Anwendung in der Medizin und viele medizinische Geräte werden aufgrund seiner Transparenz und Haltbarkeit aus PMMA hergestellt. Einige Linsen bestehen sogar aus PMMA. Wenn Sie auf der Suche nach hervorragenden transparenten Teilen oder Prototypen sind, die so poliert werden können, dass sie wie Glas aussehen, oder wenn Sie Licht in ein transparentes Gehäuse projizieren möchten, sollten Sie unbedingt über PMMA nachdenken.
II. Nylon
Nylon ist flexibel und fest und eignet sich aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften für die Herstellung von Fasern. Ja, du trägst manchmal Plastikkleidung.
ich. Vorteil
Nylon ist hochflexibel und gleichzeitig sehr stark, weist eine hervorragende Abriebfestigkeit auf und neigt nicht zum Splittern. Zudem ist es sehr leicht und verfügt über eine hohe Temperaturbeständigkeit, sogar höher als PMMA, mit maximal bis zu 195 Grad Celsius.
ii. Defekt
Nylon ist nicht so beständig gegen Chemikalien und Korrosion. Einige Säuren, Laugen und andere starke Flüssigkeiten können es auflösen. Außerdem ist es im Sonnenlicht weniger wirksam, da ultraviolette Strahlung seine Mikrostruktur schwächt. Wie PMMA quillt es in Wasser. Es hat auch eine hohe Schrumpfrate.
iii. Einsatzbereich
Die wichtigste Anwendung sind Autoreifen. Aufgrund seiner hohen Festigkeit und guten Verschleißfestigkeit wird Nylon häufig in Teilen verwendet, die Reibung ausgesetzt sind. Wenn Sie Teile für Lager oder Getriebe benötigen, ist Nylon eine gute Wahl.
III. Abs
Mit dem Aufkommen der additiven Fertigung ist ABS aufgrund seiner geringen Schrumpfrate, guten Formleistung und relativen Erschwinglichkeit in letzter Zeit sehr beliebt geworden. Derzeit ist ABS einer der Hauptkunststoffe für das Rapid Prototyping.
ich. Vorteil
ABS weist eine Beständigkeit gegen die meisten Säuren und Laugen auf, die bei anderen Kunststoffen schwächer ist. Es ist sehr glänzend. Wenn Sie also möchten, dass Ihr Produkt glänzend ist, sollten Sie ABS in Betracht ziehen. Darüber hinaus ist ABS auch stoßfest.
ii. Defekt
ABS ist nicht so stark wie andere Kunststoffmaterialien. Zweitens ist die Arbeitstemperatur von ABS sehr niedrig und liegt unter 90 Grad Celsius. Da es leicht giftig ist, ist es keine gute Idee, es für Spielzeug oder Kinderprodukte zu verwenden.
iii. Einsatzbereich
Es ist günstig und lässt sich gut formen, was es ideal für den 3D-Druck oder das Spritzgießen macht, weshalb viele kundenspezifische oder 3D-gedruckte Teile daraus hergestellt werden. Aufgrund seiner glänzenden Oberfläche wird es bei einigen Elektronikgeräten und Telefonen zur Herstellung des Gehäuses verwendet. Wenn Sie nicht über das großzügigste Budget verfügen oder sich hinsichtlich des Designs wirklich unsicher sind, empfehle ich Ihnen, ABS für den 3D-Druck oder die CNC-Bearbeitung Ihres Prototyps zu verwenden, damit Sie nicht viel Geld bezahlen müssen.
IV. POM
Im Vergleich zu anderen Kunststoffen besitzt POM Eigenschaften, die denen von Metallen am ähnlichsten sind, wodurch es sich aufgrund seiner leichten Eigenschaften hervorragend für großvolumige Teile eignet.
ich. Vorteil
POM verfügt über eine hohe Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit sowie eine hervorragende Hochtemperaturstabilität (bis 166 Grad Celsius). Es ist extrem hart, korrosionsbeständig und verfügt über gute Reibungseigenschaften. Außerdem ist es einer der wenigen Kunststoffe mit hoher Feuchtigkeitsbeständigkeit.
ii. Defekt
Der einschüchterndste Aspekt ist die ungleichmäßige Schrumpfung, die schwer vorherzusagen ist und beim Gießen oder Formen Probleme verursachen kann. Darüber hinaus ist dieser Kunststoff sehr hart, wodurch CNC-Schneidewerkzeuge beim Schneiden des Materials stumpf werden können.
iii. Einsatzbereich
POM verfügt über sehr hohe Zugeigenschaften und wird daher häufig in technischen Teilen und Maschinen verwendet. Zum Beispiel Kunststoffpumpen, weil sie ein tolles Reibungsverhalten haben. Einige Bauteile, die häufig Feuchtigkeit aufnehmen, bestehen aus POM, sodass sie sich nicht ausdehnen.
V. PC
PC konkurriert mit Glas und PMMA. Wenn Sie transparente Teile oder Prototypen herstellen, ist PC eines der geeigneten Kunststoffmaterialien. Es kann auch gefärbt werden, um farbiges Glas und sogar undurchsichtige Dekorationen herzustellen.
ich. Vorteil
Die Erdbebensicherheit von PC ist viel höher als die von PMMA oder Glas. Dieses Material weist eine hohe Hitzebeständigkeit auf und kann bei Temperaturen über 150 °C eingesetzt werden.
ii. Defekt
PC weist unter ultraviolettem Licht eine schlechte Leistung auf und kann bei langfristiger Einwirkung an Transparenz verlieren. Außerdem kann es leicht zerkratzt werden und der durchsichtige Prototyp wird mit einer Spezialfolie abgedeckt. PC sollte nicht für Lebensmittel oder organische Stoffe verwendet werden, da es mit der Zeit schädliche Dämpfe abgibt.
iii. Einsatzbereich
Alle transparenten Teile können aus PC und PMMA hergestellt werden, beispielsweise Autolampen oder verstärktes Glas. Es ist ein weit verbreitetes Material für das Rapid Prototyping, weitaus häufiger als PMMA. Es ist relativ günstiger, PC-Prototypen herzustellen. Wenn Sie einen wirklich hochfesten Prototypen aus transparentem oder farbigem Kunststoff wünschen, sollten Sie sich auf PC konzentrieren.
5. Finden Sie den geeigneten Hersteller von Kunststoffprototypen
Wenn Sie nicht sicher sind, welches Material Sie für die Herstellung Ihres Kunststoffprototyps verwenden sollen, denken Sie bitte daran, einen professionellen Hersteller zu finden, der Sie bei der Lösung aller Probleme unterstützt. Vielleicht sind Sie verwirrt, wie Sie einen professionellen Prototypenhersteller finden können? Jetzt ist die Ära der Informationsautobahn. Vielleicht finden wir die Antwort mithilfe von „Google“, der weltweit größten Suchmaschine. Einige professionelle Prototypenhersteller verfügen über eigene offizielle Websites. Finden Sie heraus, ob sie geeignete Partner sind, indem Sie deren Website-Expertise durchsuchen.
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