Śledź mnie na: 
Jak wybrać odpowiedni materiał do formowania wtryskowego?
Według niepełnych statystyk w bibliotece materiałów znajduje się obecnie 45 serii polimerów, czyli aż 85,000 XNUMX rodzajów tworzyw sztucznych, które można z grubsza podzielić na dwie kategorie: tworzywa termoutwardzalne i tworzywa termoplastyczne. Formowanie wtryskowe jest jedną z najpopularniejszych metod wytwarzania części na dużą skalę, a wybór odpowiedniego materiału może wydawać się trudnym zadaniem. Wymaga to szczegółowego zrozumienia materiału i musi odnosić się do celu, wydajności i kosztów wykonania części. Z pewnością niektóre materiały mogą być bardziej odpowiednie, ale nie ma jednego uniwersalnego rozwiązania, jeśli chodzi o formowanie wtryskowe. Wybierając odpowiedni materiał, możesz poprawić formę, dopasowanie i funkcjonalność swoich części. W ostatecznym rozrachunku wybrany materiał jest zawsze bezpośrednio związany z zastosowaniem części.
1. Różnica między tworzywami termoutwardzalnymi a tworzywami termoplastycznymi
Kluczowa różnica między termoutwardzalnymi i termoplastycznymi tworzywami sztucznymi polega na tym, że reagują one na ciepło z różnymi wynikami.
Tworzywo termoutwardzalne . Materiał ten zwiększa wytrzymałość pod wpływem ciepła lub wysokich temperatur; na przykład produkty z tworzyw termoutwardzalnych zachowują swoją ogólną wytrzymałość i kształt pod wpływem wysokich temperatur. Ta charakterystyczna decyzja jest korzystna przy produkcji dużych, trwałych części i zespołów. Dobrze znoszą one szersze zastosowania i ekstremalne warunki. Tworzywa termoutwardzalne mają również istotne wady. Po podgrzaniu ich struktura wewnętrzna ulega zmianie i nie można ich ponownie ukształtować, co uniemożliwia ich ponowne użycie. Wysoka temperatura topnienia tworzyw termoutwardzalnych nie nadaje się do formowania wtryskowego. Ponadto nie wszystkie tworzywa termoutwardzalne mają tę samą temperaturę topnienia. Każdy materiał reaguje inaczej na ciepło, dlatego do produkcji określonego rodzaju tworzywa termoutwardzalnego może być wymagana specjalna maszyna, która zazwyczaj nie jest uniwersalna.
Tworzywa termoplastyczne. Tworzywa termoplastyczne to materiały nadające się do recyklingu, które można ponownie wykorzystać bez zmiany struktury chemicznej po wielokrotnym ogrzewaniu i schładzaniu. W przypadku formowania wtryskowego tworzywa termoplastyczne mają tę zaletę, że mają stosunkowo niską temperaturę topnienia, co czyni je bardziej odpowiednimi do produkcji elementów z tworzyw sztucznych na dużą skalę.
* Tworzywa termoplastyczne generalnie kosztują więcej niż tworzywa termoutwardzalne.
2. Czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze materiałów
Aby znaleźć odpowiedni materiał na część z tworzywa sztucznego, warto pomyśleć wstecz. Przygotuj się na udzielenie odpowiedzi na następujące pytania: Do czego będzie używana dana część? Jakiemu naciskowi będzie podlegać ta część? Czy pracują w trudnych warunkach? Czy montaż jest skomplikowany? Ustalenie priorytetów następujących czynników może pomóc w wyborze odpowiedniego materiału:
Pozycja montażu : Pozycja montażu części jest czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę.
Na słońcu, na zewnątrz , w wilgotnym środowisku czy zainstalowany wewnątrz lub na zewnątrz modułu?
Temperatura : Czy część działa w zimnej lodówce, czy w środowisku o wysokiej temperaturze, na przykład w temperaturze pokojowej lub pod maską?
Cykl życia: Czy średni czas pracy części wynosi 5 lat, 10 lat czy dłużej?
Gwarancja: Szczególnie w branży motoryzacyjnej należy wziąć pod uwagę, że części mogą ulec uszkodzeniu po kilku latach. Ile będzie kosztować naprawa?
Ograniczenia kosztowe: Tworzywa sztuczne klasy komercyjnej, takie jak polietylen wysokiej gęstości (HDP) lub polipropylen, zazwyczaj charakteryzują się wysoką gęstością, niską emisją ciepła i są stosunkowo tanie. Drugim rodzajem są tworzywa konstrukcyjne, takie jak PEEK, PEI i inne materiały, które są odporne na wysokie temperatury i bardzo twarde, ale ich koszt jest stosunkowo wysoki.
Wymagania dotyczące wyglądu: czy część wymaga faktury, jak wysokie ma być wykończenie powierzchni, czy kolorowe części są bardziej odpowiednie niż przezroczyste itp.
Po ustaleniu pytania początkowego możesz wykluczyć większość materiału, ale nadal musisz rozważyć kolejną serię pytań, aby jeszcze bardziej zawęzić materiał:
Funkcja projektowa: Biorąc pod uwagę właściwości mechaniczne części, czy potrzebujesz takich funkcji, jak elastyczność, ściśliwość i przyczepność? Czy wymagana jest wytrzymałość na rozciąganie? Jakie są wymagania dotyczące udarności lub izolacji elektrycznej części? Czy materiał wymaga wkładek klejonych, takich jak formowanie wielomateriałowe lub formowanie wtryskowe? Waga części jest również ważnym czynnikiem.
Czynniki środowiskowe : Na jakie środowisko pracy będzie narażona część? Czy będzie narażona na działanie chemikaliów, czy musi być trudnopalna, jakie są wymagania dotyczące promieniowania UV?
Zgodność : W niektórych branżach części wymagają spełnienia progów dostępu do materiałów. Czy Twoja część wymaga certyfikacji żywności, zgodności z FDA? A może certyfikatu medycznego, ISO, zgodności z normami elektrycznymi itp.?
Różnice między tworzywami termoutwardzalnymi a tworzywami termoplastycznymi
| Polimery termoutwardzalne | Polimery termoplastyczne |
| Można go podgrzać i uformować tylko raz | Można wielokrotnie podgrzewać i formować |
| Twardnieją podczas formowania i nie miękną po podgrzaniu | Po podgrzaniu miękną (czasem upłynniają) |
| Nie topią się. Mogą wytrzymać wysokie temperatury. | Po zastosowaniu ciepła stają się białe, odzyskując twardość po schłodzeniu. |
| Do 5 minut do stabilizacji | Stabilizację można osiągnąć w 10 sekund |
| Wysoka odporność termiczna i chemiczna. | Dobre właściwości mechaniczne i łatwa obróbka. |
| Nierozpuszczalny. | Nierozpuszczalny w rozpuszczalnikach organicznych. |
| Przykłady: silikony, niektóre rodzaje poliestrów i materiałów fenolowych. | Przykłady: polietylen, polipropylen, polistyren, polichlorek winylu. |
3. Zalety i zastosowania powszechnie stosowanych tworzyw termoplastycznych
Profesjonalna fabryka formowania wtryskowego zazwyczaj dostarcza dziesiątki tworzyw sztucznych o jakości inżynieryjnej z magazynu, a także musi obsługiwać bardziej specjalistyczne materiały zamawiane przez klientów. Zalety i zastosowania powszechnie stosowanych tworzyw termoplastycznych podsumowano na podstawie stanu magazynowego materiałów firmy DDPROTOTYPE, dostawcy rozwiązań do formowania wtryskowego w Chinach.
① ABS (akrylonitryl-butadien-styren).
Zalety : ABS to wytrzymałe, odporne na uderzenia tworzywo sztuczne o niskim skurczu, stabilnych wymiarach oraz doskonałej odporności na kwasy i zasady, szeroko stosowane w różnych dziedzinach. Cena tego materiału jest stosunkowo niska.
Obszary zastosowań : w tym m.in. produkty elektroniczne, piloty, komputery, telefony, kosmetyki, urządzenia przenośne, obudowy itp.
Środki ostrożności: Elementy formowane wtryskowo z ABS będą miały linie zgrzewu, a w niektórych miejscach, gdzie ABS jest grubszy, mogą występować wgłębienia i puste przestrzenie. Na szczęście ABS można mieszać z PC, a ulepszony materiał może znacznie ograniczyć występowanie defektów.
②ABS/PC
Zalety : Materiał hybrydowy ABS/PC łączy w sobie wytrzymałość i odporność termiczną poliwęglanu, a także elastyczność i stabilność wymiarową ABS, który jest materiałem o doskonałych właściwościach mechanicznych. Materiał ten charakteryzuje się wyższą odpornością termiczną niż ABS. W niskich temperaturach materiał ten charakteryzuje się wyższą odpornością na uderzenia niż PC.
Zastosowania: Tego rodzaju materiały hybrydowe powszechnie wykorzystuje się między innymi w przemyśle motoryzacyjnym, elektronicznym i telekomunikacyjnym.
Środki ostrożności: Materiał ABS/PC maksymalizuje ryzyko wystąpienia wad podczas formowania z użyciem jednego materiału, na przykład w przypadku problemów z formowaniem grubych elementów. W przypadku wyboru doskonałych właściwości mechanicznych i chęci obniżenia kosztów, można wybrać ten materiał hybrydowy.
③PC (poliwęglan)
Zalety: PC to przezroczyste tworzywo sztuczne o wysokiej czystości optycznej, wysokiej wytrzymałości, ekstremalnej odporności na uderzenia, niskim skurczu i dobrej stabilności wymiarowej. Ponadto PC charakteryzuje się dobrą odpornością na ciepło, a jakość powierzchni obrabianych elementów jest bardzo wysoka.
Zastosowania: w tym między innymi soczewki, oświetlenie, obudowy telefonów komórkowych, elementy elektroniczne, sprzęt medyczny, szkło kuloodporne itp.
Środki ostrożności: PC tworzy grubsze elementy, mogą występować puste przestrzenie, pęcherzyki powietrza lub wgłębienia. Ponadto, odporność chemiczna elementów PC jest stosunkowo niska. Mieszanka ABS/PC jest dobrym zamiennikiem PC i może rozwiązać niektóre defekty, ale wyprodukowane elementy są nieprzezroczyste.
④PA lub PPA (poliamid alifatyczny)
Zalety: PA to tworzywo sztuczne o doskonałych właściwościach technicznych. Posiada doskonałe właściwości mechaniczne, wyjątkową odporność na korozję, olej, ciepło itp., a jego wzmocnienie i modyfikacja uniepalniająca mogą znacznie poprawić jego odporność termiczną, stabilność i ognioodporność. Nylon występuje w wielu odmianach (4, 6/6, 6, 6/10, 6/12, 12 itd.). Każdy materiał ma swoje zalety. Nylon charakteryzuje się wysoką wytrzymałością i odpornością na wysokie temperatury oraz doskonałą odpornością chemiczną. Na przykład nylon 6/6 charakteryzuje się wysoką wytrzymałością i twardością oraz jest bardzo odporny na zużycie. Nylon 6 jest bardzo sztywny i wytrzymały w niskich temperaturach. Nylon 6/12 charakteryzuje się lepszą odpornością na uderzenia.
Zastosowania: w tym między innymi części o cienkich ściankach, wały, koła zębate i łożyska, śruby, pompy, prowadnice itp.
Środki ostrożności: Nylon łatwo ulega odkształceniom, co jest powszechnie znane. W niektórych specyficznych warunkach, takich jak wilgotne wnętrze lodówki, części nylonowe są zazwyczaj unikane. Ponieważ nylon jest materiałem pochłaniającym wodę, może on powodować zmiany w rozmiarze i strukturze części oraz jej uszkodzenie.
⑤POM (polioksymetylen)
Zalety: Dzięki swojej wytrzymałości, sztywności, twardości i wytrzymałości jest bardzo twardy w porównaniu z innymi tworzywami sztucznymi. Jednocześnie charakteryzuje się dobrą smarownością i odpornością na rozpuszczalniki organiczne, a także dobrą elastycznością. Dzięki temu tworzywo to doskonale nadaje się do produkcji powierzchni łożyskowych i przekładni.
Zastosowania: w tym m.in. koła zębate, pompy, wirniki, łopatki, łańcuchy przenośnikowe, wentylatory, elementy przełączników, przyciski i pokrętła itp.
Środki ostrożności: Ze względu na skurcz POM, konieczne jest zaprojektowanie jednolitej grubości ścianek podczas produkcji elementów. Ze względu na swoją smarowność, jest on trudny do malowania lub powlekania, a także trudno uzyskać efekt estetyczny.
⑥PMMA (polimetakrylan metylu)
Zalety: Znany również jako akryl, jest przezroczystym tworzywem sztucznym o dobrych właściwościach optycznych, wykończeniu powierzchni, odporności na zarysowania i niskim skurczu.
Zastosowanie: w tym między innymi soczewki, światłowody, soczewki, klosze, włókna optyczne, logo itp.
Środki ostrożności: PMMA jest stosunkowo kruchy, łatwo pęka pod wpływem siły i ma słabą odporność chemiczną.
⑦PP (polipropylen)
Zalety: PP charakteryzuje się dobrą formowalnością, dobrą sztywnością powierzchni i odpornością na zarysowania. Jest to niedrogie tworzywo sztuczne o dobrej odporności na uderzenia, zużycie, bardzo dużej wytrzymałości, dobrym wydłużeniu oraz odporności na kwasy i zasady.
Zastosowania: w tym m.in. zawiasy, wentylatory, nakrętki do butelek, pipety medyczne itp.
Środki ostrożności: Polipropylen staje się kruchy w niskich temperaturach. Produkcja grubszych elementów może powodować powstawanie kieszeni powietrznych, a także istnieje ryzyko kurczenia się i odkształcania.
⑧PBT (politereftalan butylenu)
Zalety: PBT to materiał inżynieryjny o doskonałych parametrach, charakteryzujący się doskonałą wytrzymałością i odpornością na zmęczenie, odpornością termiczną, dobrą odpornością na warunki atmosferyczne, dobrymi właściwościami elektrycznymi i niską absorpcją wody. Wzmocnienie i modyfikacja środkami zmniejszającymi palność mogą znacznie poprawić jego odporność termiczną, stabilność wymiarową i ognioodporność. Doskonale nadaje się do samochodów i zapewnia dobre właściwości elektryczne podzespołów elektronicznych. Charakteryzuje się średnią do wysokiej wytrzymałości, wytrzymałością, dobrą odpornością na paliwa, oleje, tłuszcze i wiele rozpuszczalników oraz nie pochłania zapachów.
Zastosowanie: Nie ogranicza się do łożysk ślizgowych, przekładni, szlifierek, odkurzaczy; przycisków itp.
Środki ostrożności: Żywica PBT jest podatna na odkształcanie i trudna do przetwarzania na elementy o cienkich ściankach.
⑨PPSU (polifenylosulfon)
Zalety: PPSU charakteryzuje się wysoką wytrzymałością i odpornością na ciepło, jest materiałem odpornym na wysokie temperatury i stabilnym wymiarowo. Wykazuje również odporność na promieniowanie oraz działanie kwasów i zasad.
Zastosowania: Nie ograniczają się do komponentów urządzeń medycznych, tac sterylizacyjnych, akcesoriów do podgrzewania wody, gniazd i złączy itp.
Środki ostrożności: W przypadku grubszych elementów PPSU może powodować powstawanie pustych przestrzeni i pęcherzyków powietrza. Rozpuszczalniki organiczne i węglowodory powodują korozję materiałów PPSU. Do żywicy PPSU zasadniczo nie wolno dodawać barwników.
⑩PEEK (polieteroeteroketon)
Zalety: PEEK to materiał odporny na wysokie temperatury, dobrą odporność chemiczną, trudnopalny, o doskonałej wytrzymałości i stabilności wymiarowej, powszechnie stosowany w przemyśle medycznym, lotniczym i motoryzacyjnym.
Zastosowanie: Nie ogranicza się do łożysk, części tłoków i pomp, przewodów izolowanych itp.
Uwagi: PEEK jest materiałem o wysokiej wydajności, dlatego jego cena jest bardzo wysoka.
⓫PEI (polieteroimid)
Zalety: Podobnie jak PEEK, PEI to materiał o wysokiej odporności termicznej i ognioodporności, doskonałej wytrzymałości i stabilności wymiarowej oraz dobrej odporności chemicznej. Powszechnie stosowany w przemyśle medycznym, lotniczym i motoryzacyjnym.
Zastosowania: nie ograniczają się do instrumentów medycznych i chemicznych; klimatyzatorów, rurociągów itp.
Uwagi: PEI jest również materiałem o wysokiej rotacji, jednak jest tańszy od PEEK.
Powyższe 11 materiałów jest powszechnie stosowanych w formowaniu wtryskowym. Pamięci DDPROTOTYPE zawierają również inne plastikowe opcje, takie jak PPS, TPE, TPU, LCP, HDPE, LDPE i PSU, a żywice te mogą również poprawić wydajność poprzez dodanie włókna szklanego i węglowego.
4. Typowe materiały do medycznego formowania wtryskowego
Od dawna uważa się, że tworzywa sztuczne mają przewagę nad metalami w zastosowaniach medycznych. Ponieważ w kontakcie z ludzkim ciałem metal może reagować chemicznie z roztworem soli w ludzkim ciele. W procesie formowania wtryskowego branża medyczna ma najwyższe wymagania i jest bardzo poszukiwana. Jakość medycznych elementów formowanych wtryskowo jest związana ze zdrowiem człowieka, a nawet zagraża jego życiu. Podczas współpracy z producentami form wtryskowych do zastosowań medycznych bardzo ważne jest, aby w pełni rozumieli oni właściwości najczęściej stosowanych tworzyw termoplastycznych w formowaniu wtryskowym w medycynie, co jest jednym z przejawów przestrzegania przez producenta surowych norm produkcyjnych. Poniżej przedstawiamy typowe materiały i zastosowania medycznych części do formowania wtryskowego. Zwykle te materiały medyczne nie są używane jako materiały zapasowe, ale muszą być używane w produkcji po dokładnych testach przed produkcją.
Polietylen (DPE)
Polietylen, zdecydowanie najczęściej stosowane tworzywo sztuczne na świecie, jest ekonomicznym materiałem klasy medycznej, który jest niechłonny, nie ulega biodegradacji i jest odporny na kolory, dzięki czemu idealnie nadaje się do wrażliwych urządzeń i komponentów medycznych. Polietylen nie zatrzymuje łatwo niebezpiecznych bakterii i jest odporny na ostre środki czyszczące. Jest powszechnie stosowany w pojemnikach, butelkach i rurach itp., ale jest wrażliwy na promieniowanie UV i jest łatwopalny. Ma wytrzymałość na rozciąganie 4,000 psi.
Polipropylen – powszechnie stosowany termoplast do formowania wtryskowego wyrobów medycznych.
Polipropylen jest materiałem termoplastycznym o doskonałych właściwościach mechanicznych i odporności chemicznej. Polipropylen jest stosunkowo wytrzymały i trwały, o bardzo wysokiej wytrzymałości na rozciąganie wynoszącej 4,800 psi i jest używany w różnych zastosowaniach, od zderzaków samochodowych po narzędzia medyczne. Polipropylen jest powszechnie stosowany między innymi do produkcji jednorazowych strzykawek, łączników, protez golonka, niewchłanialnych szwów, pojemników, fiolek i przezroczystych toreb.
Polistyren
Polistyren jest jednym z najczęściej stosowanych tworzyw sztucznych. Jest to szkliste, przezroczyste, twarde tworzywo sztuczne, które jest stosunkowo niedrogie, ale ma słabą barierę dla tlenu i pary wodnej oraz stosunkowo niską temperaturę topnienia. Polistyren jest powszechnie stosowany do produkcji probówek, szalek Petriego, tacek, jednorazowych plastikowych zastaw stołowych itp.
Akryl
PMMA ma prawie idealną transmisję światła widzialnego i ma niezwykłą właściwość zatrzymywania wiązek światła odbijanych na swojej powierzchni, dlatego często jest używany do produkcji światłowodów. Jest często stosowany w urządzeniach medycznych do wykonywania sztucznych zębów, implantów dentystycznych, materiałów na protezy dentystyczne, wypełnień dentystycznych, soczewek wewnątrzgałkowych i membran do dializy.
Chlorek winylu
Polichlorek winylu (PVC) jest jednym z najczęściej stosowanych polimerów termoplastycznych na świecie. Jest najczęściej stosowany w przemyśle budowlanym, takim jak podłogi, rurociągi i siding w sterylnych laboratoriach szpitalnych. W niektórych przypadkach jest również stosowany jako substytut gumy, a także jest powszechnie stosowany w produkcji urządzeń do hemodializy lub hemoperfuzji, rurek do krwi, worków na krew i materiałów protetycznych.
Poliwęglan – powszechnie stosowany termoplast do formowania wtryskowego wyrobów medycznych
Poliwęglany to grupa termoplastycznych polimerów, które są naturalnie przezroczyste dla światła widzialnego i odporne na promienie UV. Są powszechnie stosowane w soczewkach okularowych i są uważane za dobry zamiennik szkła. Poliwęglan to bardzo mocny materiał, który nie jest kruchy i jest powszechnie stosowany w urządzeniach medycznych. Części wykonane z poliwęglanu można sterylizować metodą parową o temperaturze 120°C, promieniowaniem gamma lub tlenkiem etylenu (Eto).
5. Znajdź godnego zaufania producenta form wtryskowych
Kiedy powierzasz swój projekt formowania wtryskowego producentowi, oczekujesz, że będzie konsekwentnie spełniał Twoje oczekiwania i dodawał wartość do Twojego projektu. Trzeba więc wiedzieć, jak szukać u producenta form wtryskowych.
Odpowiednia certyfikacja formowania wtryskowego.
Przemysł formowania wtryskowego ma surowe wytyczne, szczególnie dla branż specjalnych, takich jak medycyna.
Kwalifikacje projektowe i produkcyjne:
Bardzo ważne jest, aby sprzęt producenta spełniał standardy jakościowe dla walidacji procesu IQ/OQ/PQ. Ponadto korzystanie z oprogramowania do projektowania, takiego jak SolidWorks CAD, jest ważnym czynnikiem określającym ich zdolność do tworzenia prototypów.
Certyfikat kontroli jakości i oceny
Dla producentów ISO 9001:2015 jest ważnym certyfikatem, ponieważ oznacza odpowiedni system zarządzania jakością.
Certyfikacja bezpieczeństwa materiałów i zaopatrzenia
Szczególnie w medycynie identyfikowalność jest bardzo ważna. Upewnij się, że dokumentacja produkcyjna producenta jest w pełni zgodna z odpowiednimi ograniczeniami prawnymi i etycznymi.
Poziom kontroli jakości producenta
Formowanie wtryskowe wymaga wyjątkowo wysokiej stabilności, dlatego upewnij się, że Twój dostawca wdraża środki kontroli jakości i bezpieczeństwa w całym procesie produkcyjnym. Sprawdź ich fabrykę, aby znaleźć praktyczne rozwiązanie do produkcji szeregu części termoplastycznych. Mądrze jest słuchać, jak opisują konkretne przykłady praktyki.
Własny sprzęt produkcyjny i profesjonalni mechanicy
Własny zaawansowany sprzęt produkcyjny i mechanicy są ważną podstawą do zapewniania wysokiej jakości i spełniania oczekiwań produkcyjnych. 5-osiowa obrabiarka CNC, trójrzędowy przyrząd pomiarowy itp. to warunek konieczny. Oczywiście doświadczeni mechanicy będą musieli prześledzić cały etap rozwoju.
Jeśli mają Państwo jakiekolwiek wątpliwości dotyczące wyboru materiałów do formowania wtryskowego, prosimy o niezwłoczny kontakt z firmą DDPROTOTYPE . Doradzą Państwu bezpłatnie, opierając się na ponad 20-letnim doświadczeniu.
