Na rynku dostępne są tysiące tworzyw sztucznych do szybkiego prototypowania lub produkcji na małą skalę – wybór odpowiedniego tworzywa sztucznego do konkretnego projektu może być przytłaczający, szczególnie dla początkujących wynalazców lub przedsiębiorców. Każdy materiał stanowi kompromis pod względem kosztów, wytrzymałości, elastyczności i wykończenia powierzchni. Należy wziąć pod uwagę nie tylko zastosowanie części lub produktu, ale także środowisko, w którym będzie on użytkowany.
Ogólnie rzecz biorąc, tworzywa konstrukcyjne charakteryzują się ulepszonymi właściwościami mechanicznymi, które zapewniają większą trwałość i nie zmieniają się w procesie produkcji. Niektóre rodzaje tworzyw sztucznych można również modyfikować w celu zwiększenia ich wytrzymałości, a także odporności na uderzenia i ciepło. Przyjrzyjmy się bliżej różnym rodzajom tworzyw sztucznych, które warto rozważyć w zależności od funkcjonalności finalnego elementu lub produktu.
Jedną z najpopularniejszych żywic używanych do produkcji części mechanicznych jest nylon, znany również jako poliamid (PA). Mieszanka poliamidu z molibdenem zapewnia gładką powierzchnię, co ułatwia ruch. Nie zaleca się jednak stosowania przekładni z nylonu na nylonie, ponieważ, podobnie jak tworzywa sztuczne, mają one tendencję do sklejania się. PA charakteryzuje się wysoką odpornością na zużycie i ścieranie oraz dobrymi właściwościami mechanicznymi w wysokich temperaturach. Nylon jest idealnym materiałem do druku 3D z plastikiem, ale z czasem wchłania wodę.
Polioksymetylen (POM) to również doskonały wybór do produkcji części mechanicznych. POM to żywica acetalowa używana do produkcji Delrinu firmy DuPont, cennego tworzywa sztucznego stosowanego w przekładniach, śrubach, kołach i innych elementach. POM charakteryzuje się wysoką wytrzymałością na zginanie i rozciąganie, sztywnością i twardością. Jednak POM ulega degradacji pod wpływem alkaliów, chloru i gorącej wody, a także trudno go skleić.
Jeśli Twój projekt obejmuje pojemniki, najlepszym wyborem będzie polipropylen (PP). Polipropylen jest stosowany w pojemnikach do przechowywania żywności, ponieważ jest odporny na ciepło, oleje i rozpuszczalniki oraz nie uwalnia chemikaliów, dzięki czemu jest bezpieczny do spożycia. Polipropylen charakteryzuje się również doskonałym stosunkiem sztywności do udarności, co ułatwia tworzenie pętli, które można wielokrotnie zginać bez ryzyka pęknięcia. Można go również stosować w rurach i wężach.
Inną opcją jest polietylen (PE). PE jest najpopularniejszym tworzywem sztucznym na świecie o niskiej wytrzymałości, twardości i sztywności. Zazwyczaj jest to mlecznobiały plastik używany do produkcji butelek na leki, mleka i detergentów. Polietylen jest wysoce odporny na szeroką gamę chemikaliów, ale ma niską temperaturę topnienia.
Materiał ABS (akrylonitryl-butadien-styren) idealnie nadaje się do projektów wymagających wysokiej odporności na uderzenia oraz rozdarcia i pęknięcia. ABS jest lekki i można go wzmocnić włóknem szklanym. Jest droższy niż styren, ale trwalszy ze względu na swoją twardość i wytrzymałość. Modelowanie 3D ABS metodą fuzji do szybkiego prototypowania.
Ze względu na swoje właściwości, ABS jest dobrym wyborem dla urządzeń noszonych. W Star Rapid stworzyliśmy obudowę smartwatcha dla E3design, używając formowanego wtryskowo, czarnego, wstępnie pomalowanego tworzywa ABS/PC. Ten materiał sprawia, że całe urządzenie jest stosunkowo lekkie, a jednocześnie zapewnia obudowę odporną na sporadyczne wstrząsy, na przykład w przypadku uderzenia zegarka o twardą powierzchnię. Polistyren wysokoudarowy (HIPS) to dobry wybór, jeśli potrzebujesz wszechstronnego i odpornego na uderzenia materiału. Materiał ten nadaje się do produkcji trwałych futerałów na elektronarzędzia i narzędzia. Chociaż HIPS jest niedrogi, nie jest uważany za przyjazny dla środowiska.
Wiele projektów wymaga żywic do formowania wtryskowego o elastyczności podobnej do gumy. Poliuretan termoplastyczny (TPU) to dobry wybór, ponieważ posiada wiele specjalistycznych receptur zapewniających wysoką elastyczność, odporność na niskie temperatury i trwałość. TPU jest również stosowany w elektronarzędziach, rolkach, izolacji kabli i sprzęcie sportowym. Ze względu na odporność na rozpuszczalniki, TPU charakteryzuje się wysoką wytrzymałością na ścieranie i ścinanie i może być stosowany w wielu środowiskach przemysłowych. Jednak znany jest z pochłaniania wilgoci z atmosfery, co utrudnia jego przetwarzanie w procesie produkcji. Do formowania wtryskowego stosuje się kauczuk termoplastyczny (TPR), który jest niedrogi i łatwy w obróbce, na przykład do produkcji amortyzujących gumowych uchwytów.
Jeśli Twoja część wymaga przezroczystych soczewek lub okien, najlepszym wyborem będzie akryl (PMMA). Ze względu na swoją sztywność i odporność na ścieranie, materiał ten jest używany do produkcji okien odpornych na stłuczenia, takich jak pleksi. PMMA dobrze się poleruje, ma dobrą wytrzymałość na rozciąganie i jest ekonomiczny w produkcji wielkoseryjnej. Nie jest jednak tak odporny na uderzenia i chemikalia jak poliwęglan (PC).
Jeśli Twój projekt wymaga mocniejszego materiału, PC jest mocniejszy niż PMMA i ma doskonałe właściwości optyczne, co czyni go odpowiednim wyborem do soczewek i okien kuloodpornych. PC można również giąć i formować w temperaturze pokojowej bez pękania. Jest to przydatne w prototypowaniu, ponieważ nie wymaga drogich narzędzi do formowania. PC jest droższy niż akryl, a długotrwałe narażenie na działanie gorącej wody może uwalniać szkodliwe substancje chemiczne, przez co nie spełnia norm bezpieczeństwa żywności. Ze względu na odporność na uderzenia i zarysowania, PC idealnie nadaje się do różnorodnych zastosowań. W Star Rapid używamy tego materiału do produkcji obudów do terminali ręcznych Muller Commercial Solutions. Część została wykonana metodą CNC z litego bloku PC; ponieważ musiała być całkowicie przezroczysta, została ręcznie szlifowana i polerowana parą.
To tylko krótki przegląd najpopularniejszych tworzyw sztucznych stosowanych w produkcji. Większość z nich można modyfikować za pomocą różnych włókien szklanych, stabilizatorów UV, środków smarnych lub innych żywic, aby uzyskać określone parametry.
Gordon Stiles jest założycielem i prezesem Star Rapid, firmy zajmującej się szybkim prototypowaniem, produkcją narzędzi i produkcją niskoseryjną. Bazując na swoim doświadczeniu inżynierskim, Stiles założył Star Rapid w 2005 roku i pod jego kierownictwem firma rozrosła się do 250 pracowników. Star Rapid zatrudnia międzynarodowy zespół inżynierów i techników, którzy łączą najnowocześniejsze technologie, takie jak druk 3D i obróbka wieloosiowa CNC, z tradycyjnymi technikami produkcji i wysokimi standardami jakości. Przed dołączeniem do Star Rapid, Styles był właścicielem i zarządcą STYLES RPD, największej w Wielkiej Brytanii firmy zajmującej się szybkim prototypowaniem i produkcją narzędzi, która została sprzedana ARRK Europe w 2000 roku.
Czas publikacji: 19 kwietnia 2023 r.