คู่มือวัสดุขั้นสูงเกี่ยวกับการฉีดขึ้นรูป

ในบทความนี้ เราจะแนะนำให้คุณเข้าใจถึงการพิจารณาด้านการผลิตและการออกแบบทางอุตสาหกรรมของตัวเลือกวัสดุต่างๆ และให้คำแนะนำด้านวัสดุสำหรับเป้าหมายการออกแบบผลิตภัณฑ์ต่างๆ ซึ่งรวมถึงวัสดุเติมแก้วและเส้นใยสำหรับชิ้นส่วนที่แข็งแรงกว่า และวัสดุซิลิโคนและโพลียูรีเทนสำหรับชิ้นส่วนที่ยืดหยุ่นได้

วิธีรับชิ้นส่วนที่แข็งแรง: ประเภทบรรจุภัณฑ์ทั่วไป
ใยแก้ว
วิธีทั่วไปในการปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของวัสดุพลาสติกคือการเพิ่มใยแก้วใยแก้วช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางโครงสร้าง เช่น ความแข็งแรงและความแข็ง และลดการหดตัวของชิ้นส่วนราคาค่อนข้างถูกและสามารถเติมลงในพลาสติกส่วนใหญ่ได้เรซินที่เติมด้วยแก้วอาจมีสีต่างกัน
ข้อเสีย ใยแก้วสามารถทำให้ชิ้นส่วนเปราะและลดแรงกระแทกได้ใยแก้วจะลดอายุการใช้งานของแม่พิมพ์และทำให้กระบอกสูบและหัวฉีดของเครื่องปั้นสึกหรอเรซินที่เติมด้วยแก้วยังช่วยเพิ่มความหนืดของวัสดุ ทำให้แม่พิมพ์เติมได้ยากขึ้น

คาร์บอนไฟเบอร์
ฟิลเลอร์คาร์บอนไฟเบอร์สามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของวัสดุพลาสติกชิ้นส่วนพลาสติกที่เติมคาร์บอนมีคุณสมบัติทางกลคล้ายกับพลาสติกที่เติมด้วยแก้ว แต่จะทำให้ชิ้นส่วนแข็งแรงและเบาขึ้นคาร์บอนไฟเบอร์มีคุณสมบัติการนำไฟฟ้า ดังนั้นชิ้นส่วนที่เติมคาร์บอนจึงมีประสิทธิภาพในการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ดีกว่าคาร์บอนไฟเบอร์สามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางโครงสร้างได้ เช่น ความแข็งแรงและความแข็ง และลดการหดตัวของชิ้นส่วนได้มากกว่าใยแก้ว
ข้อเสียเปรียบหลักของชิ้นส่วนที่เติมคาร์บอนคือมีราคาแพงเช่นเดียวกับใยแก้ว คาร์บอนไฟเบอร์จะทำให้ชิ้นส่วนเปราะและลดแรงกระแทกลดอายุการใช้งานของแม่พิมพ์และทำให้กระบอกสูบและหัวฉีดของเครื่องปั้นสึกหรอคาร์บอนไฟเบอร์ยังเพิ่มความหนืดของวัสดุ ทำให้แม่พิมพ์เติมยากขึ้นโปรดจำไว้ว่าสำหรับวัสดุที่เติมคาร์บอน สีของชิ้นส่วนจะจำกัดอยู่ที่สีดำเรซินบางชนิดต้องการอุณหภูมิแม่พิมพ์ที่สูงมาก ซึ่งอาจต้องใช้อุปกรณ์เสริมราคาแพง

การออกแบบชิ้นส่วนที่เติมไฟเบอร์
เมื่อใยแก้วหรือคาร์บอนไฟเบอร์ผสมกับเรซิน โมดูลัสยืดหยุ่นและความต้านทานแรงดึงของพลาสติกจะดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ดังนั้นชิ้นส่วนพลาสติกจึงรู้สึกแข็งซึ่งหมายความว่าหากใช้ชิ้นส่วนพลาสติกหนัก ชิ้นส่วนพลาสติกจะไม่เสียรูปง่าย
อย่างไรก็ตามแรงกระแทกจะลดลงและพลาสติกจะรู้สึกเปราะบางความลื่นไหลต่ำ และการหดตัวในทิศทางการไหลน้อยกว่าที่ตั้งฉากกับทิศทางการไหล
ในการออกแบบแม่พิมพ์ เป็นการยากที่จะกำหนดอัตราการหดตัวตามทิศทางการไหลของพลาสติกของประตูซอฟต์แวร์ CAD อนุญาตให้ผู้ใช้ตั้งค่าการหดตัวในทิศทาง X, y และ Z เท่านั้นซึ่งหมายความว่าหากขนาดชิ้นส่วนมีขนาดใหญ่และพิกัดความเผื่อแน่น บางขนาดอาจเกินพิกัดความเผื่อ

วิธีแก้ปัญหาคือเพื่อความปลอดภัยของเหล็กหล่อโดยเหลือเหล็กหล่อไว้มากกว่าที่จำเป็นหลังจากวัดชิ้นส่วนแล้ว ง่ายต่อการเอาเหล็กหล่อออกจากแม่พิมพ์ด้วย CNC หรือ EDM แต่จะเพิ่มเหล็กลงในแม่พิมพ์ได้ยากในการทำเช่นนี้ คุณต้องเชื่อมแม่พิมพ์แล้วเอาเหล็กออก โดยใช้ CNC หรือ EDMนอกจากนี้ การเชื่อมจะทำให้แม่พิมพ์เสียรูป ซึ่งไม่ดีต่ออายุการใช้งานของแม่พิมพ์หรือคุณภาพของชิ้นส่วน
สำหรับการดัดแปลงแม่พิมพ์เพิ่มเติม หากขนาดชิ้นส่วนพลาสติกเกินพิกัด จำเป็นต้องนำเหล็กแม่พิมพ์บางส่วนออกหรือเพิ่มออกจากแม่พิมพ์เพื่อเปลี่ยนรูปร่างหรือขนาดของแม่พิมพ์เพื่อหลีกเลี่ยงขั้นตอนนี้ แม่พิมพ์ทดสอบอลูมิเนียม CNC เป็นวิธีที่รวดเร็วและราคาถูกในการทำแม่พิมพ์ รับตัวอย่างชิ้นส่วนพลาสติก และเปรียบเทียบขนาดที่สำคัญของชิ้นส่วนพลาสติกกับผลิตภัณฑ์พิมพ์หากมิติที่สำคัญเกินค่าความคลาดเคลื่อน จำเป็นต้องเปลี่ยนแม่พิมพ์การผลิตตามนั้น (แม่พิมพ์การผลิตจะทำหลังจากแม่พิมพ์ทดสอบ)จุดประสงค์ของการทดสอบแม่พิมพ์คือการพิจารณาว่าขนาดใดจะเกินพิกัดความเผื่อและคุณสมบัติหลักใดที่จะทำงานตามที่ออกแบบไว้เมื่อพิจารณาแล้วว่าการหดตัวที่แตกต่างกันในทิศทางการไหลต่างๆ จะส่งผลต่อขนาดอย่างไร โมเดล 3 มิติสามารถปรับเปลี่ยนได้เมื่อสร้างเครื่องมือแบบแข็ง
วัสดุอุดฟันสึกหรอเร็วกว่าพลาสติกที่ไม่ได้บรรจุ ดังนั้นเมื่อใช้วัสดุเหล่านี้ ต้องใช้เหล็กชุบแข็งเพื่อทำโพรงแกนและส่วนแทรกของแม่พิมพ์HDT (อุณหภูมิการเปลี่ยนรูปด้วยความร้อน) จะสูงขึ้นด้วย ดังนั้นวัสดุจึงสามารถใช้ได้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงขึ้นซึ่งเพิ่มความยากในการเชื่อมด้วยอัลตราโซนิก
ในบางกรณี เส้นใยจะลอยอยู่บนพื้นผิวของชิ้นส่วนพลาสติกที่มองเห็นได้ ดังนั้นชิ้นส่วนพลาสติกที่เติมไว้ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับชิ้นส่วนภายในเพื่อหลีกเลี่ยงสถานการณ์นี้ โพรงของแม่พิมพ์สามารถกำหนดพื้นผิวได้

วิธีการตระหนักถึงชิ้นส่วนที่ยืดหยุ่น: ยูรีเทน (PU) และซิลิโคน
วัสดุโพลียูรีเทน (PU) และซิลิโคนมีวิธีการต่างๆ เพื่อให้ได้ชิ้นส่วนที่อ่อนนุ่มPu ใช้การอัดขึ้นรูปและแม่พิมพ์ RTV ในขณะที่ซิลิโคนและ TPU ใช้การฉีดขึ้นรูปข้อเสียเปรียบหลักของซิลิโคนคือมีแฟลชเมื่อตัดหรือเล็มแฟลชจะมีสิ่งตกค้างอยู่เสมอนอกจากนี้ เมื่อฉีดขึ้นรูปซิลิโคน แม่พิมพ์จะต้องได้รับความร้อนแทนกระบวนการทำความร้อนแบบเดิมของวัสดุTPU แบบฉีดขึ้นรูปนั้นง่ายต่อการประมวลผลและให้ประสิทธิภาพที่ใกล้เคียงกับซิลิกอน

โพลียูรีเทน (PU)
โพลียูรีเทน (PU) แบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่ เทอร์โมเซตติงโพลียูรีเทน (PU) และเทอร์โมพลาสติกโพลียูรีเทน (TPE)ความแตกต่างหลักระหว่างทั้งสองคือ วัสดุเทอร์โมเซตติงเชื่อมขวางระหว่างการประมวลผลและไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ในทางกลับกัน เทอร์โมพลาสติกโพลียูรีเทนสามารถรีไซเคิลได้คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเทอร์โมเซตติงและวัสดุเทอร์โมพลาสติกได้ที่นี่
ส่วนใหญ่จะใช้เทอร์โมเซตติงปูในการผลิตต้นแบบผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการหล่อแบบโพลียูรีเทนหรือการหลอมโลหะที่อุณหภูมิห้อง (RTV)การหล่อยูรีเทนใช้ชิ้นส่วนแม่ที่หุ้มด้วยวัสดุยืดหยุ่นซิลิกอนเหลว ซึ่งจะแข็งตัวที่อุณหภูมิห้องเมื่อซิลิกอนแข็งตัวแล้ว ต้นแบบจะถูกลบออก ส่งผลให้แม่พิมพ์ที่อ่อนนุ่มและยืดหยุ่นซึ่งสามารถทำสำเนาต้นแบบได้

ชิ้นส่วนที่ผลิตโดยกระบวนการนี้มีตั้งแต่ 30A ถึง 85Dในกระบวนการหล่อโพลียูรีเทน ครีบเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้โดยปกติ หากชิ้นส่วนเป็นพลาสติกแข็ง สามารถตัดแต่งแฟลชได้ด้วยตนเอง และสามารถใช้กระดาษทรายขัดแผลเป็นได้ ดังนั้นจึงไม่ชัดเจนอย่างไรก็ตาม เมื่อชิ้นส่วนนุ่มเหมือน PU ครีบจะไม่สามารถถอดออกได้ง่ายปูมีความต้านทานการสึกหรอได้ดีกว่าเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ (TPE) และโพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC) ดังนั้นจึงสามารถใช้ในการผลิตลูกล้อและพื้นรองเท้าได้

ชิ้นส่วนเทอร์โมพลาสติกโพลียูรีเทนสามารถฉีดขึ้นรูปได้ ดังนั้นการกลึงตัดชิ้นงานจึงแม่นยำมาก (ไม่มีครีบ)ความแข็งของเทอร์โมพลาสติกโพลียูรีเทนมีตั้งแต่ 65A ถึง 85D ดังนั้นเรซินจึงนุ่มเหมือนยางและแข็งพอๆ กับพลาสติกแข็งเทอร์โมพลาสติกโพลียูรีเทนมักใช้ในการขึ้นรูป เช่น แม่แรงสำหรับการผลิตสายไฟอิเล็กทรอนิกส์เมื่อเทียบกับสายอ่อนที่ทำจาก PVC หรือ TPE สายอ่อนที่ทำจากวัสดุเทอร์โมพลาสติก PU จะมีความยืดหยุ่นและผลการทดสอบการดัดงอได้ดีกว่า

ซิลิกาเจล
ซิลิกาเจลเป็นเรซินเทอร์โมเซตติง จึงมีความทนทานต่อความร้อนและสภาพอากาศได้ดีมีสามวิธีการผลิตสำหรับชิ้นส่วนซิลิโคน: การหล่อ RTV การอัดขึ้นรูป หรือการฉีดซิลิโคนเหลวซิลิกาเจลไม่สามารถนำไปแปรรูปหรือรีไซเคิลได้

การผลิตชิ้นส่วนที่มีความยืดหยุ่น
ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น การหล่อโพลียูรีเทนเป็นวิธีที่ใช้กันมากที่สุดในการสร้างต้นแบบโดยใช้วัสดุที่อ่อนนุ่มความแข็งประมาณฝั่ง 40-50อย่างไรก็ตาม แม่พิมพ์โพลียูรีเทนสามารถผลิตตัวอย่างได้จำนวนจำกัด
การอัดขึ้นรูปมักใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนซิลิโคนธรรมดาจำนวนมากครีบเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้และต้องตัดแต่งด้วยตนเองลูกค้ายังคงเห็นรอยแผลเป็นที่มีความหนาจากความหนาอัดความร้อนส่วนใหญ่เกิน 0.2 มม.มีโรงงานเพียงไม่กี่แห่งที่สามารถผลิตความหนาได้ 0.1 มม.

โดยทั่วไป รอบการอัดขึ้นรูปจะใช้เวลาหลายนาทีวัสดุแม่พิมพ์มักจะเป็นเหล็กที่มีฟันผุจำนวนมากเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตเมื่อออกแบบชิ้นส่วนซิลิโคน ไม่จำเป็นต้องปฏิบัติตามกฎว่าอัตราส่วนความหนาของผนังซี่โครง/เล็กน้อยจะน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.6ในกรณีส่วนใหญ่ แม้ว่าจะมีการตัดราคา การดำเนินการด้านข้างจะไม่ถูกใช้ในเครื่องมือ และสามารถเลือกได้ด้วยตนเองจากเครื่องมือ
การฉีดซิลิโคนเหลวเป็นกระบวนการที่คล้ายคลึงกันมากกับการฉีดขึ้นรูป แต่ความแตกต่างคือแม่พิมพ์ถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิสูงโดยปกติ เวลานำจะนานกว่าการฉีดขึ้นรูป และชิ้นส่วนอาจมีรายละเอียดเท่ากับชิ้นส่วนฉีดขึ้นรูป ซึ่งหมายความว่าไม่มีครีบหรือครีบที่บางมาก

รูปต่อไปนี้แสดงตัวอย่างทั่วไปที่มีความแข็งต่างกัน:
ข้อพิจารณาด้านวัสดุอื่นๆ สำหรับการฉีดขึ้นรูป: ความลื่นไหล (ความหนืด)
ในการเลือกวัสดุต้องคำนึงถึงความลื่นไหลของวัสดุด้วยสำหรับชิ้นส่วนที่มีผนังบางมากหรือชิ้นส่วนขนาดใหญ่ ความลื่นไหลเป็นสิ่งสำคัญมาก
เรซินประเภทต่างๆ มีความลื่นไหลต่างกันเรซินมีหลายเกรดตัวอย่างเช่น ABS มีเกรดทั่วไป เกรดการไหลสูงและเกรดรับแรงกระแทกสูง

วัสดุ ABS มีหลายชนิด ซึ่งมีคุณสมบัติทางกลและราคาต่างกันABS บางประเภทเหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่มีความมันวาวสูงบางรุ่นเหมาะสำหรับการทำชิ้นส่วนที่ชุบด้วยไฟฟ้าบางชนิดมีความลื่นไหลดีและใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่มีผนังบางหรือชิ้นส่วนขนาดใหญ่
โดยทั่วไปแล้ว สำหรับเรซินชนิดเดียวกันที่มีเกรดต่างกัน ยิ่งมีความไหลลื่นสูง สมบัติเชิงกลก็จะยิ่งต่ำลงดัชนีการหลอมเหลว (MI) แสดงถึงความลื่นไหลของเรซินสามารถใช้เรซินที่มีความลื่นไหลได้ดีในการผลิตชิ้นส่วนพลาสติกที่มีผนังบาง เช่น เคสแบตเตอรี่สำหรับโทรศัพท์มือถือ หรือชิ้นส่วนพลาสติกขนาดใหญ่ เช่น อ่างอาบน้ำสำหรับเด็ก
เรซินที่มีความลื่นไหลดี: LCP, PA, PE, PS, pp.
เรซินไหลปานกลาง: ABS, as, PMMA และ POM
เรซินที่มีความลื่นไหลต่ำ: PC, PSF และ PPO

การออกแบบเครื่อง
ข้อพิจารณาด้านประสิทธิภาพทางวิศวกรรมกำหนดประเภทของวัสดุที่ควรใช้เรซินที่เติมด้วยแก้วเหมาะที่สุดสำหรับส่วนประกอบที่ทนทานซึ่งต้องการความทนทานต่อการสึกหรอและความแข็งแรง เช่น ตัวเครื่องคอมพิวเตอร์ ของเล่น และสินค้าอุปโภคบริโภคอื่นๆในทางตรงกันข้าม วัสดุที่ไม่เติม เช่น ABS หรือโพลีคาร์บอเนต เหมาะที่สุดสำหรับชิ้นส่วนตกแต่งที่ไม่ต้องการความแข็งแรงเป็นพิเศษโพลีโพรพีลีนหรือโพลิเอธิลีนคือการออกแบบในอุดมคติสำหรับภาชนะหรือชิ้นส่วนที่มีบานพับแบบเคลื่อนย้ายได้
มิติความมั่นคง
เมื่อออกแบบชิ้นส่วนพลาสติก คุณต้องพิจารณาถึงความเที่ยงตรงของข้อต่อระหว่างชิ้นส่วนกับส่วนอื่นๆสิ่งสำคัญคือต้องเลือกพลาสติกที่มีความเสถียรของมิติที่ดี เช่น PC, ABS หรือ POM เพื่อให้พอดีอย่างถูกต้องในกรณีนี้ PA และ PP ไม่ใช่ทางเลือกที่ดี เนื่องจากการหดตัว ความแข็งแรง และความยืดหยุ่นจะไม่เอื้ออำนวยต่อการออกแบบชิ้นส่วน ซึ่งจำเป็นต้องร่วมมือกับชิ้นส่วนอื่นๆอย่างไรก็ตาม ในกรณีที่ต้องใช้ PA หรือ PP สารที่ทำให้เกิดนิวเคลียสอาจถูกเติมลงในเรซินเพื่อปรับปรุงความเสถียรของมิติ

แรงกระแทก
แรงกระแทกแสดงถึงความเหนียวของวัสดุ - เมื่อแรงกระแทกต่ำ จะเปราะโดยทั่วไป แรงกระแทกของพลาสติกรีไซเคิลจะต่ำกว่าเรซินที่ไม่ผ่านการบำบัดเมื่อใยแก้วและเส้นใยคาร์บอนผสมเรซิน แรงกระแทกจะลดลง แต่รับน้ำหนักและความต้านทานการสึกหรอจะสูงขึ้น
เมื่อมีการออกแบบชิ้นส่วนพลาสติกใหม่ การพิจารณาว่าจะใช้แรงประเภทใดในชิ้นส่วน แรงมากเท่าใด และความถี่ของแรงนั้นตัวอย่างเช่น ผลิตภัณฑ์มือถืออิเล็กทรอนิกส์อาจตกลงมา ดังนั้นวัสดุเปลือกของผลิตภัณฑ์ควรเป็น PC หรือ PC / ABSพลาสติก PC มีแรงกระแทกเกือบสูงสุดเมื่อเทียบกับพลาสติกวิศวกรรมทั่วไป

ความต้านทานต่อสภาพอากาศและความเป็นเส้นตรงของความต้านทานรังสียูวี
เมื่อใช้พลาสติกภายนอกอาคาร ชิ้นส่วนพลาสติกต้องทนต่อสภาพอากาศและ UV ได้ดีASA เป็นเรซินชนิดหนึ่งที่ทนต่อสภาพอากาศและรังสียูวีได้ดีคุณสมบัติทางกลคล้ายกับ ABS
เมื่อต้องใช้เรซินชนิดอื่น จะสามารถเลือกเพิ่มสารกันแสงอัลตราไวโอเลตและสารต้านทานสภาพอากาศให้กับเรซินได้อย่างไรก็ตาม พลาสติกเรซินใดๆ จะต้องได้รับการทดสอบอย่างละเอียดก่อนใช้งานเพื่อให้แน่ใจว่าเป็นไปตามข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์
ข้อควรระวังด้านอุณหภูมิ
การพิจารณาอุณหภูมิเมื่อเลือกเรซินเป็นสิ่งสำคัญเช่นกันเมื่อเครื่องยนต์ทำงาน อุณหภูมิในเรือนเครื่องยนต์จะอยู่ที่ประมาณ 70 ℃ - 90 ℃ ดังนั้นวัสดุทั้งหมดในเรือนเครื่องยนต์ควรจะสามารถทนต่ออุณหภูมินี้ได้