Formowanie wtryskowe jest najczęstszą metodą masowej produkcji elementów z tworzyw sztucznych, pozwalającą na szybkie wytwarzanie bardzo dużej liczby identycznych części z wąskimi tolerancjami.
W przeszłości druk 3D był wykorzystywany w procesie projektowania i produkcji form wtryskowych wyłącznie do tworzenia i weryfikacji prototypów, które finalnie były formowane wtryskowo. Obecnie rozwój technologii w zakresie dokładności drukarek 3D, wykończenia powierzchni i materiałów, pozwala addytywnie wytwarzać również matryce, co jest bardzo istotne w produkcji krótkich i średnich serii części poliuretanowych z wysokiej jakości wykończoną powierzchnią.
Formowanie wtryskowe w produkcji niskonakładowej
Koszty początkowe inwestycji – od 10 000 do nawet 100 000 USD, związane z formowaniem wtryskowym, sprawiają, że ta technologia jest opłacalna tylko przy produkcji masowej. Historycznie formy do wtrysku zazwyczaj musiały być obrabiane za pomocą CNC z bardzo wysoką tolerancją, z metali (najczęściej aluminium lub stal), zapewniających dobrą odporność na zużycie podczas wielokrotnego wtryskiwania, otwierania i zamykania formy oraz gradientów temperatury, na które były narażone podczas procesu formowania wtryskowego.
W przypadku formowania w niskonakładowych seriach odporność na zużycie nie jest już najważniejszym czynnikiem. Niektóre technologie drukowania 3D, takie jak HP Multi Jet Fusion, Material Jetting i SLA i są w stanie wytwarzać komponenty z wysoką dokładnością i doskonałym wykończeniem powierzchni. W połączeniu z nowoczesnymi materiałami odpornymi na temperaturę i umożliwiającymi swobodne projektowanie, formy do wtrysku wytwarzane addytywnie, stanowią obecnie realną opcję w produkcji średnich i małych serii. Drukowane w 3D matryce umożliwiają także szybką weryfikację projektu ich samych, co zmniejsza ryzyko finansowe związane z inwestowaniem w drogą metalową formę.
Formy wtryskowe drukowane w technologii HP MJF 3D
Optymalizacja kosztów produkcji zwiększa zainteresowanie przemysłu matrycami wytwarzanymi przyrostowo, które pozwalają wyeliminować obróbkę końcową, tym samym skrócić czas realizacji. Tradycyjnie wykonana forma może kosztować 45 000 USD, a jej produkcja zajmuje sześć do ośmiu tygodni. Ta sama forma, wydrukowana w 3D, będzie znacznie tańsza – około 2000 USD i powstanie w ciągu kilku godzin lub jednego tygodnia.
Hiszpańska firma Eurecat, aby wytworzyć formy do wytłaczania z rozdmuchiwaniem (EBM) używane w produkcji samochodowych kanałów powietrznych, wykorzystuje druk 3D w technologii HP Multi Jet Fusion (MJF). Jej zastosowanie pozwoliło na integrację prowadnic form i umożliwiło jednoczesne drukowanie obu jej wnęk w różnych geometriach w celu przetestowania. Oprócz zwiększenia wydajności przyspieszono również proces produkcji formy, skracając jej wytwarzanie z 2 tygodni do 2 dni, dodatkowo obniżając koszty o 46%, w porównaniu do produkcji form metalowych wykonanych za pomocą obróbki CNC .
Reaktywne formowanie wtryskowe
Od ponad 10 lat Arcesso Dynamics dostarcza klientom części poliuretanowe z wysokiej jakości wykończoną powierzchnią (części malowane, błyszczące itp.) w krótkich seriach, które znajdują zastosowanie w produkcji mebli, sprzętu medycznego, urządzeń elektronicznych etc. Korzysta ze stosunkowo nowej metody produkcji, jaką jest reaktywne formowanie wtryskowe (RIM), pozwalające na formowanie elementów pod niższym ciśnieniem i w temperaturze otoczenia. Niska lepkość płynów wykorzystanych w tym procesie, temperatura obróbki (30–40°C) i ciśnienie formowania wewnętrznego (3–10 barów) umożliwiają wytwarzanie większych i lżejszych detali o bardziej złożonych kształtach i cieńszych ściankach niż przy wtrysku tradycyjnym.
Dzięki zastosowaniu technologii HP Multi Jet Fusion w produkcji form RIM Arcesso Dynamics mogło:
- zaoszczędzić na kosztach produkcji – HP MJF pozwala na tworzenie form z pliku zaprojektowanego w CAD, co eliminuje pośrednie etapy procesu w porównaniu z CNC (CAM, wstępne ustawienia narzędzi obróbczych itp.) i cena średniej wielkości części zostanie obniżona od 10% do 20%
- przyspieszyć produkcję – znacznie niższe koszty form pozwolą na stosowanie wielu jednocześnie, za tę samą cenę co w przypadku zastosowania CNC jednej, zwiększając w ten sposób prędkości produkcji
- zoptymalizować procesy chłodzenia – hartowanie formy i jednorodność usuwania ciepła są kluczowe w reaktywnym formowaniu wtryskowym. HP MJF pozwala na tworzenie złożonych, obwodów chłodzących, które są bliżej powierzchni formującej, przez co ułatwia przenoszenie ciepła i maksymalizuje jednorodność termiczną na wewnętrznych powierzchniach formy
- obniżyć wagę form – zazwyczaj materiały do drukowania 3D są lżejsze niż aluminium lub stal, ponadto druk 3D pozwala na tworzenie sztywnych, lekkich struktur kratowych, które zmniejszają masę formy, zachowując wymagane właściwości mechaniczne
- zastąpić obecne formy silikonowe, które ze względu na wpływanie na proces reakcji utwardzania, wymagają okresowej wymiany. HP 3D HR PA 12 udowodnił, że jest kompatybilny z formowaniem poliuretanowym.
Sag Tubi
Firma, koncentrując się na rozwiązaniach rurociągowych od 1969 roku, opracowała różne narzędzia i osprzęt do gięcia rur oraz formy do kształtowania. Są głównie wykonane z metalu i produkowane przy użyciu maszyn CNC, w wyniku czego koszty produkcji są wysokie. Dzięki zastosowaniu technologii druku 3D HP MJF Sag Tubi mogło łatwo uprościć procesy gięcia i kontroli narzędzi, produkcję form, przez co zmniejszyć koszty i czas wytworzenia każdego narzędzia lub osprzętu.
Zastosowanie przemysłowego druku 3D w wytwarzaniu form wtryskowych pozwala obniżyć stałe koszty produkcji do ułamka pierwotnych wartości. Formy drukowane z termoplastycznego tworzywa sztucznego – PA 12 idealnie sprawdzają się w produkcji serii o nakładzie do 500 sztuk.
HP MJF 3D pozwala także na wytwarzanie skomplikowanego oprzyrządowania i projektów matryc, w których prawdopodobne są zmiany lub iteracje. Wydruki form wtryskowych w technologii HP MJF charakteryzują się bowiem odpornością na wysoką temperaturę, odpowiednią sztywnością / wytrzymałością części o wysokim poziomie szczegółowości i dokładności wymiarowej, przez co stanowią najlepszą i przede wszystkim najtańszą opcję produkcyjną, jaka jest dostępna na rynku.
