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Come scegliere il giusto materiale per lo stampaggio a iniezione?
Secondo statistiche incomplete, ci sono attualmente 45 serie di polimeri nella libreria dei materiali, ben 85,000 tipi di plastica, che possono essere suddivisi approssimativamente in due categorie: plastica termoindurente e termoplastica. Lo stampaggio a iniezione è uno dei metodi più comuni per la produzione di pezzi ad alto volume e la scelta di un materiale adatto può sembrare un compito arduo. Ciò richiede una comprensione dettagliata del materiale e deve fare riferimento allo scopo, all'efficienza e al costo di realizzazione della parte. Sicuramente alcuni materiali possono essere più adatti, ma non esiste una "taglia unica" quando si tratta di stampaggio a iniezione. Scegliendo il materiale giusto, puoi migliorare la forma, l'adattamento e la funzione delle tue parti. In ultima analisi, il materiale scelto è sempre direttamente correlato all'applicazione della parte.
1. La differenza tra plastiche termoindurenti e termoplastiche
La differenza fondamentale tra termoindurenti e termoplastici è che reagiscono al calore con risultati diversi.
Plastica termoindurente . Questo materiale aumenta la sua resistenza quando riscaldato o esposto ad alte temperature; ad esempio, i prodotti in plastica termoindurente mantengono la loro resistenza e forma complessive anche se esposti a temperature elevate. Questa caratteristica è vantaggiosa nella produzione di componenti e assemblaggi di grandi dimensioni e di lunga durata. Resistono bene a un maggior numero di utilizzi e a condizioni estreme. Tuttavia, le materie termoindurenti presentano anche degli svantaggi significativi. Una volta riscaldate, la loro struttura interna si modifica e non può essere rimodellata, rendendo impossibile il riutilizzo. L'elevato punto di fusione delle materie termoindurenti non è adatto al processo di stampaggio a iniezione. Inoltre, non tutte le materie termoindurenti hanno lo stesso punto di fusione. Ogni materiale reagisce in modo diverso al calore, quindi per un determinato tipo di plastica termoindurente potrebbe essere necessaria una macchina speciale, che in genere non è universale.
Materiali termoplastici. I materiali termoplastici sono materiali riciclabili che possono essere riutilizzati senza alterare la loro struttura chimica dopo ripetuti cicli di riscaldamento e raffreddamento. Per lo stampaggio a iniezione, i termoplastici presentano il vantaggio di avere un punto di fusione relativamente basso, il che li rende più adatti alla produzione su larga scala di componenti in plastica.
* I termoplastici generalmente costano di più dei termoindurenti.
2. Fattori da considerare nella scelta dei materiali
Per trovare il materiale giusto per la tua parte in plastica, può essere utile pensare all'indietro. Preparati a rispondere a queste domande: per cosa verrà utilizzata la parte? Che tipo di pressione subirà la parte? Stanno lavorando in un ambiente difficile? Il montaggio è complicato? Dare la priorità ai seguenti fattori può aiutare nella selezione del materiale giusto:
Posizione di installazione : La posizione di installazione dei componenti è un fattore da tenere in considerazione.
Al sole, all'aperto , in un ambiente umido, oppure installato all'interno o all'esterno del modulo?
Temperatura : Il componente funziona in un frigorifero freddo o in un ambiente ad alta temperatura come la temperatura ambiente o sotto il cofano?
Ciclo di vita: la durata media di funzionamento dei componenti è di 5 anni, 10 anni o più?
Garanzia: Soprattutto nel settore automobilistico, è necessario considerare che i componenti potrebbero danneggiarsi dopo alcuni anni. Quanto costerà la riparazione?
Vincoli di costo: le plastiche di qualità commerciale, come il polietilene ad alta densità o il polipropilene, solitamente presentano un'elevata densità, una bassa conducibilità termica e un costo relativamente basso. Un'altra opzione sono le plastiche tecniche, come PEEK, PEI e altri materiali, che sono resistenti alle alte temperature e molto dure, ma hanno un costo relativamente elevato.
Requisiti estetici: se il pezzo necessita di una texture, quale livello di finitura superficiale deve raggiungere, se i pezzi colorati sono più adatti di quelli trasparenti, ecc.
Dopo aver individuato la domanda iniziale , puoi escludere la maggior parte del materiale, ma devi comunque considerare la serie successiva di domande per restringere ulteriormente il campo:
Funzione di progettazione: considerando le proprietà meccaniche del componente, sono necessarie funzioni come flessibilità, comprimibilità e adesione? Richiede resistenza alla trazione? Quali sono i requisiti di tenacità all'impatto o di isolamento elettrico del componente? Il materiale richiede inserti incollati, come lo stampaggio a iniezione multimateriale o lo stampaggio a inserto? Anche il peso del componente è un fattore importante da considerare.
Fattori ambientali : a quale ambiente operativo sarà esposto il componente? Sarà esposto a sostanze chimiche? Deve essere ignifugo? Quali sono i requisiti di resistenza ai raggi UV?
Conformità : Per alcuni settori specifici, i componenti richiedono il rispetto di determinate soglie di accesso ai materiali. Il tuo componente necessita di certificazione alimentare, di conformità FDA? Oppure richiede caratteristiche di grado medicale, ISO, conformità elettrica, ecc.?
Differenze tra termoindurenti e termoplastici
| Polimeri termoindurenti | Polimeri termoplastici |
| Può essere riscaldato e modellato una sola volta | Può essere riscaldato e modellato più volte |
| Si induriscono durante la loro formazione e non si ammorbidiscono se riscaldati | Si ammorbidiscono quando riscaldati (a volte si liquefanno) |
| Non si sciolgono. Possono resistere alle alte temperature. | Quando viene applicato il calore, diventano bianchi, riacquistando la loro durezza al raffreddamento. |
| Fino a 5 minuti per stabilizzarsi | La stabilizzazione può essere raggiunta in 10 secondi |
| Elevata resistenza termica e chimica. | Buone proprietà meccaniche e facile lavorazione. |
| Insolubile. | Insolubile in solventi organici. |
| Esempi: siliconi, alcuni tipi di poliestere e materiali fenolici. | Esempi: polietilene, polipropilene, polistirene, cloruro di polivinile. |
3. Vantaggi e applicazioni dei materiali termoplastici di uso comune
Un'azienda specializzata nello stampaggio a iniezione solitamente tiene a magazzino decine di materie plastiche di qualità ingegneristica e deve anche essere in grado di fornire materiali speciali richiesti dai clienti. I vantaggi e le applicazioni dei termoplastici più comunemente utilizzati sono riassunti sulla base dell'inventario dei materiali disponibili a magazzino da DDPROTOTYPE, un fornitore cinese di stampaggio a iniezione.
① ABS (Acrilonitrile Butadiene Stirene).
Vantaggi : l'ABS è una plastica robusta e resistente agli urti, con basso ritiro, dimensioni stabili ed eccellente resistenza agli acidi e agli alcali, ed è ampiamente utilizzata in diversi settori. Il prezzo di questo materiale è relativamente basso.
Campi di applicazione : inclusi, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, prodotti elettronici, telecomandi, computer, telefoni, cosmetici, dispositivi portatili, custodie, ecc.
Precauzioni: i pezzi stampati a iniezione in ABS mostreranno linee di saldatura e potrebbero presentare avvallamenti e vuoti in alcune zone dove lo spessore è maggiore. Fortunatamente, l'ABS può essere miscelato con il PC, e il materiale migliorato può risolvere in gran parte questi difetti.
②ABS/PC
Vantaggi : Il materiale ibrido ABS/PC possiede sia la resistenza e la resistenza al calore del policarbonato, sia la flessibilità e la stabilità dimensionale dell'ABS, un materiale dalle eccellenti proprietà meccaniche. Questo materiale ha una resistenza al calore superiore a quella dell'ABS. A basse temperature, presenta una maggiore resistenza agli urti rispetto al PC.
Applicazioni: Questi materiali ibridi sono comunemente utilizzati, tra gli altri, nei settori automobilistico, elettronico e delle telecomunicazioni.
Precauzioni: il materiale ABS/PC massimizza i difetti derivanti dallo stampaggio con un unico materiale, come ad esempio i problemi di spessore eccessivo. Questo materiale ibrido può essere una valida alternativa qualora si desideri ottenere eccellenti proprietà meccaniche e al contempo ridurre i costi.
③PC (policarbonato)
Vantaggi: Il PC è una plastica trasparente con un grado di trasparenza ottica elevato, elevata resistenza, estrema resistenza agli urti, basso ritiro e buona stabilità dimensionale. Inoltre, il PC ha una buona resistenza al calore e la finitura superficiale dei pezzi lavorati è molto elevata.
Applicazioni: Tra cui, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, lenti, luci, custodie per telefoni cellulari, componenti elettronici, apparecchiature mediche, vetri antiproiettile, ecc.
Precauzioni: Il PC, essendo un materiale spesso, può produrre parti con vuoti, bolle d'aria o avvallamenti. Inoltre, la resistenza chimica delle parti in PC è relativamente scarsa. Il materiale composito ABS/PC è un buon sostituto del PC e può risolvere alcuni difetti, ma le parti prodotte risultano opache.
④PA o PPA (poliammide alifatica)
Vantaggi: Il PA è una plastica tecnica con prestazioni eccellenti. Possiede eccellenti proprietà meccaniche, un'eccezionale resistenza alla corrosione, agli oli, al calore, ecc., e il suo rinforzo e la modifica ignifuga possono migliorarne significativamente la resistenza al calore, la stabilità e l'ignifugazione. Il nylon è disponibile in molte varietà (4, 6/6, 6, 6/10, 6/12, 12, ecc.). Ogni materiale ha i suoi vantaggi. Il nylon ha elevata resistenza e resistenza alle alte temperature, un'eccellente resistenza chimica. Ad esempio, il nylon 6/6 ha elevata resistenza e durezza ed è molto resistente all'usura. Il nylon 6 è molto rigido e tenace alle basse temperature. Il nylon 6/12 ha una migliore resistenza agli urti.
Applicazioni: Tra cui, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, componenti con pareti sottili, alberi, ingranaggi e cuscinetti, viti, pompe, guide, ecc.
Precauzioni: Il nylon è facilmente deformabile, come è noto. In alcuni ambienti specifici, come ad esempio all'interno di un frigorifero umido, è generalmente sconsigliato l'utilizzo di componenti in nylon. Poiché il nylon è un materiale che assorbe acqua, ciò può causare alterazioni nelle dimensioni e nella struttura del componente, danneggiandolo.
⑤POM (poliossimetilene)
Vantaggi: Grazie alla sua tenacità, rigidità, durezza e resistenza, è molto resistente rispetto ad altre materie plastiche. Allo stesso tempo, possiede buone proprietà lubrificanti e resistenza ai solventi organici, oltre a una buona elasticità. Pertanto, questa plastica è particolarmente adatta alla produzione di superfici di cuscinetti e ingranaggi.
Applicazioni: Tra cui, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, ingranaggi, pompe, giranti, pale, catene di trasporto, ventilatori, componenti di interruttori, pulsanti e manopole, ecc.
Precauzioni: A causa del ritiro del POM, è necessario progettare uno spessore uniforme delle pareti durante la produzione dei pezzi. Data la sua lubrificazione, è difficile verniciarlo o rivestirlo, ed è anche difficile ottenere un effetto estetico.
⑥PMMA (polimetilmetacrilato)
Vantaggi: Conosciuto anche come acrilico, è una plastica trasparente con buone proprietà ottiche, finitura superficiale, resistenza ai graffi e basso ritiro.
Applicazione: Include, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, lenti, guide di luce, paralumi, fibre ottiche, loghi, ecc.
Precauzioni: il PMMA è relativamente fragile, si rompe facilmente se sottoposto a forza e ha una scarsa resistenza chimica.
⑦PP (polipropilene)
Vantaggi: Il PP ha una buona formabilità, una buona rigidità superficiale e resistenza ai graffi. È una plastica economica con buona resistenza agli urti, resistenza all'usura, elevata tenacità, buon allungamento e resistenza agli acidi e agli alcali.
Applicazioni: Tra cui, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, cerniere, ventole, tappi di bottiglia, pipette mediche, ecc.
Precauzioni: il PP diventa fragile a basse temperature. La produzione di pezzi più spessi può creare bolle d'aria e sussiste anche il rischio di restringimento e deformazione.
⑧PBT (polibutilene tereftalato)
Vantaggi: Il PBT è un materiale ingegneristico dalle prestazioni eccellenti, caratterizzato da elevata tenacità e resistenza alla fatica, resistenza al calore, buona resistenza agli agenti atmosferici, buone proprietà elettriche e basso assorbimento d'acqua. Il rinforzo e la modifica ignifuga possono migliorarne significativamente la resistenza al calore, la stabilità dimensionale e la resistenza alla fiamma. È particolarmente adatto per il settore automobilistico e offre buone proprietà elettriche per i componenti elettronici. Presenta una resistenza medio-alta, è tenace, ha una buona resistenza a carburanti, oli, grassi e molti solventi ed è inodore.
Applicazione: non limitata a cuscinetti a strisciamento, ingranaggi, smerigliatrici, aspirapolvere, pulsanti, ecc.
Precauzioni: la resina PBT si deforma facilmente ed è difficile da lavorare per ottenere pezzi a parete sottile.
⑨PPSU (polifenilsulfone)
Vantaggi: Il PPSU possiede elevate caratteristiche di tenacità e resistenza al calore, è un materiale resistente alle alte temperature e dimensionalmente stabile. Presenta inoltre resistenza alle radiazioni e una certa resistenza agli acidi e alle basi.
Applicazioni: a titolo esemplificativo ma non esaustivo, componenti per dispositivi medici, vassoi di sterilizzazione, accessori per acqua calda, prese e connettori, ecc.
Precauzioni: Per pezzi più spessi, il PPSU può causare vuoti e bolle d'aria. I solventi organici e gli idrocarburi hanno un certo effetto corrosivo sui materiali in PPSU. In genere, non è possibile aggiungere coloranti alla resina PPSU.
⑩PEEK (polietere etere chetone)
Vantaggi: il PEEK è un materiale resistente alle alte temperature, con buona resistenza chimica, ignifugo, eccellente resistenza meccanica e dimensionalmente stabile, comunemente utilizzato nei settori medico, aerospaziale e automobilistico.
Applicazione: non limitata a cuscinetti, componenti di pistoni e pompe, cavi isolati, ecc.
Note: Il PEEK è un materiale ad alte prestazioni, pertanto il costo è molto elevato.
⓫PEI (Polieterimmide)
Vantaggi: Simile al PEEK, il PEI è un materiale resistente al calore e ignifugo, con eccellente resistenza meccanica e stabilità dimensionale, nonché buona resistenza chimica. È comunemente utilizzato nei settori medico, aerospaziale e automobilistico.
Applicazioni: a titolo esemplificativo ma non esaustivo, strumenti medici e chimici; condizionatori d'aria, condutture, ecc.
Note: Anche il PEI è un materiale con un elevato turnover, ma è più economico del PEEK.
Gli 11 materiali di cui sopra sono comunemente usati nello stampaggio a iniezione. Nella memoria DDPROTOTYPE sono incluse anche altre opzioni di plastica, come PPS, TPE, TPU, LCP, HDPE, LDPE e PSU, e queste resine possono anche migliorare le prestazioni aggiungendo vetro e fibra di carbonio.
4. Materiali tipici per lo stampaggio ad iniezione medicale
Le materie plastiche sono state a lungo considerate vantaggiose rispetto ai metalli per applicazioni mediche. Perché, a contatto con il corpo umano, il metallo può reagire chimicamente con la soluzione salina nel corpo umano. Nel processo di stampaggio a iniezione, l'industria medica ha i requisiti più elevati ed è molto richiesta. La qualità delle parti medicali stampate a iniezione è correlata alla salute umana e minaccia persino la vita umana. Quando si lavora con produttori di stampaggio a iniezione medicale, è molto importante che comprendano appieno le caratteristiche dei materiali termoplastici più comunemente utilizzati nello stampaggio a iniezione medicale, che è una delle manifestazioni del fatto che il produttore aderisce a rigorosi standard di produzione. Di seguito presentiamo i materiali e le applicazioni comuni delle parti per stampaggio a iniezione medicale. Di solito questi materiali medici non vengono utilizzati come materiali di riserva, ma devono essere utilizzati in produzione dopo severi test prima della produzione.
Polietilene (DPE)
Il polietilene, di gran lunga la plastica più utilizzata al mondo, è un materiale medico economico non assorbente, non biodegradabile e resistente al colore, che lo rende ideale per dispositivi e componenti medici sensibili. Il polietilene non trattiene facilmente batteri pericolosi e può resistere a detergenti aggressivi. È comunemente usato in contenitori, bottiglie e tubi, ecc., ma è suscettibile alle radiazioni UV ed è infiammabile. Ha una resistenza alla trazione di 4,000 psi.
Polipropilene: una termoplastica comunemente utilizzata per lo stampaggio a iniezione di dispositivi medici.
Il polipropilene è un materiale termoplastico con ottime proprietà meccaniche e resistenza chimica. Il polipropilene è relativamente forte e durevole, con una resistenza alla trazione molto elevata di 4,800 psi, e viene utilizzato in applicazioni che vanno dai paraurti automobilistici agli strumenti medici. Il polipropilene è comunemente usato nella produzione di siringhe monouso, connettori, protesi per nocche, suture non assorbibili, contenitori, fiale e sacchetti trasparenti, tra gli altri.
Polistirolo
Il polistirene è una delle materie plastiche più utilizzate. È una plastica vetrosa, trasparente e dura che è relativamente poco costosa ma ha una scarsa barriera all'ossigeno e al vapore acqueo e un punto di fusione relativamente basso. Il polistirene è comunemente usato nella produzione di provette, capsule di Petri, vassoi, stoviglie di plastica usa e getta, ecc.
Acrilico
Il PMMA ha una trasmissione quasi perfetta della luce visibile e ha l'insolita proprietà di trattenere i raggi di luce riflessi all'interno della sua superficie, quindi viene spesso utilizzato per realizzare fibre ottiche. Viene spesso utilizzato nei dispositivi medici per realizzare denti artificiali, impianti dentali, materiali per protesi dentarie, otturazioni dentali, lenti intraoculari e membrane per la dialisi.
Cloruro di polivinile
Il cloruro di polivinile (PVC) è uno dei polimeri termoplastici più utilizzati al mondo. È più comunemente utilizzato nelle industrie edilizie come pavimentazioni, tubazioni e rivestimenti nei laboratori sterili ospedalieri. In alcuni casi è anche usato come sostituto della gomma ed è anche comunemente usato nella produzione di dispositivi per emodialisi o emoperfusione, tubi per il sangue, sacche per il sangue e materiali protesici.
Policarbonato: una termoplastica comunemente utilizzata per lo stampaggio a iniezione di dispositivi medici
I policarbonati sono un gruppo di polimeri termoplastici naturalmente trasparenti alla luce visibile e resistenti ai raggi UV. Sono comunemente usati nelle lenti degli occhiali e sono considerati un buon sostituto del vetro. Il policarbonato è un materiale molto resistente che non è fragile ed è comunemente usato nei dispositivi medici. Le parti realizzate in policarbonato possono essere sterilizzate utilizzando vapore a 120°C, radiazioni gamma o metodi con ossido di etilene (Eto).
5. Trova un produttore di stampaggio ad iniezione affidabile
Quando affidi il tuo progetto di stampaggio a iniezione a un produttore, ti aspetti che soddisfi costantemente le tue aspettative e aggiunga valore al tuo progetto. Quindi, devi sapere come cercare in un produttore di stampaggio a iniezione.
Adeguata certificazione di stampaggio ad iniezione.
L'industria dello stampaggio a iniezione ha linee guida rigorose, in particolare per industrie speciali come quella medica.
Qualifica di progettazione e fabbricazione:
È molto importante che l'apparecchiatura del produttore soddisfi gli standard di qualità per la convalida del processo IQ/OQ/PQ. Inoltre, l'utilizzo di software di progettazione come SolidWorks CAD è una prestazione importante per determinare la loro capacità di prototipazione.
Certificazione di controllo e valutazione della qualità
Per i produttori, ISO 9001:2015 è una certificazione importante in quanto implica un adeguato sistema di gestione della qualità.
Sicurezza dei materiali e certificazione degli acquisti
Soprattutto in campo medico, la tracciabilità è molto importante. Garantire che i registri di produzione del produttore siano pienamente conformi ai vincoli legali ed etici pertinenti.
Livello di controllo di qualità del produttore
Lo stampaggio a iniezione richiede una stabilità estremamente elevata, quindi assicurati che il tuo fornitore implementi il controllo della qualità e le misure di sicurezza durante l'intero processo di produzione. Dai un'occhiata alla loro fabbrica per una soluzione pratica per la produzione di una gamma di parti termoplastiche. È saggio sentirli descrivere esempi specifici di pratica.
Attrezzature di produzione interne e meccanica professionale
Attrezzature di produzione avanzate e macchinisti interni sono una base importante per fornire alta qualità e soddisfare le aspettative di produzione. Una macchina utensile CNC a 5 assi, uno strumento di misura a tre coordinate, ecc. sono una condizione necessaria. Naturalmente, meccanici esperti dovranno seguire l'intera fase di sviluppo.
Se avete dubbi sulla scelta dei materiali per lo stampaggio a iniezione, non esitate a contattare immediatamente DDPROTOTYPE : vi forniranno una consulenza gratuita, basata sulla loro esperienza di oltre 20 anni.
