На рынке представлены тысячи видов пластика для быстрого прототипирования или мелкосерийного производства. Выбор подходящего пластика для конкретного проекта может быть непростой задачей, особенно для начинающих изобретателей или предпринимателей. Каждый материал представляет собой компромисс между стоимостью, прочностью, гибкостью и качеством поверхности. Необходимо учитывать не только область применения детали или изделия, но и условия его эксплуатации.
В целом, инженерные пластики обладают улучшенными механическими свойствами, которые обеспечивают большую долговечность и не изменяются в процессе производства. Некоторые виды пластиков также можно модифицировать для повышения их прочности, а также ударопрочности и термостойкости. Давайте подробнее рассмотрим различные виды пластиков, которые следует рассмотреть в зависимости от функциональности конечной детали или изделия.
Одной из наиболее распространённых смол, используемых для изготовления механических деталей, является нейлон, также известный как полиамид (ПА). Смесь полиамида с молибденом обеспечивает гладкую поверхность, обеспечивающую лёгкость хода. Однако изготовление шестерён из нейлона с нейлоном не рекомендуется, поскольку, как и пластик, они склонны к слипанию. ПА обладает высокой износостойкостью и устойчивостью к истиранию, а также хорошими механическими свойствами при высоких температурах. Нейлон — идеальный материал для 3D-печати пластиком, но со временем он впитывает воду.
Полиоксиметилен (ПОМ) также является отличным материалом для изготовления механических деталей. ПОМ — это ацетальная смола, используемая в производстве делрина (DuPont) — ценного пластика, применяемого в производстве шестерён, винтов, колёс и других деталей. ПОМ обладает высокой прочностью на изгиб и растяжение, жёсткостью и твёрдостью. Однако ПОМ разрушается под воздействием щелочей, хлора и горячей воды, и его трудно склеивать.
Если ваш проект связан с контейнером, полипропилен (ПП) — лучший выбор. Полипропилен используется в контейнерах для хранения продуктов питания, поскольку он термостойкий, непроницаем для масел и растворителей, а также не выделяет химикатов, что делает его безопасным для употребления в пищу. Полипропилен также обладает превосходным сочетанием жёсткости и ударной вязкости, что позволяет легко формировать петли, которые можно многократно сгибать без риска поломки. Его также можно использовать для изготовления труб и шлангов.
Другой вариант — полиэтилен (ПЭ). ПЭ — самый распространённый пластик в мире, отличающийся низкой прочностью, твёрдостью и жёсткостью. Обычно это молочно-белый пластик, используемый для производства бутылочек для лекарств, ёмкостей для молока и моющих средств. Полиэтилен обладает высокой устойчивостью к широкому спектру химикатов, но имеет низкую температуру плавления.
Материал акрилонитрилбутадиенстирол (АБС) идеально подходит для любых проектов, требующих высокой ударопрочности и сопротивления разрыву и излому. АБС лёгкий и может быть армирован стекловолокном. Он дороже стирола, но служит дольше благодаря своей твёрдости и прочности. 3D-моделирование АБС методом литья под давлением для быстрого прототипирования.
Благодаря своим свойствам АБС-пластик (ABS) является хорошим выбором для носимых устройств. Компания Star Rapid создала корпус умных часов для E3design, используя литьевой чёрный предварительно окрашенный АБС/ПК-пластик. Этот материал делает устройство относительно лёгким, а корпус выдерживает случайные удары, например, при падении часов на твёрдую поверхность. Ударопрочный полистирол (HIPS) — хороший выбор, если вам нужен универсальный и ударопрочный материал. Этот материал подходит для изготовления прочных кейсов для электроинструментов и инструментов. Несмотря на доступную цену, HIPS не считается экологически чистым.
Во многих проектах для литья под давлением требуются смолы, обладающие эластичностью, подобной резине. Термопластичный полиуретан (ТПУ) является хорошим выбором, поскольку он имеет множество специальных составов, обеспечивающих высокую эластичность, устойчивость к низким температурам и долговечность. ТПУ также используется в электроинструментах, роликах, кабельной изоляции и спортивных товарах. Благодаря стойкости к растворителям ТПУ обладает высокой прочностью на истирание и сдвиг и может использоваться во многих промышленных условиях. Однако известно, что он впитывает влагу из атмосферы, что затрудняет его переработку в процессе производства. Для литья под давлением используется термопластичный каучук (ТПР), который недорог и прост в обработке, например, для изготовления амортизирующих резиновых накладок.
Если для вашей детали требуются прозрачные линзы или окна, лучше всего подойдет акрил (ПММА). Благодаря своей жесткости и износостойкости этот материал используется для изготовления ударопрочных окон, таких как оргстекло. ПММА также хорошо полируется, обладает высокой прочностью на разрыв и экономически эффективен при крупносерийном производстве. Однако он не так устойчив к ударам и химическим веществам, как поликарбонат (ПК).
Если для вашего проекта требуется более прочный материал, PC прочнее PMMA и обладает превосходными оптическими свойствами, что делает его подходящим выбором для линз и пуленепробиваемых окон. PC также можно сгибать и формовать при комнатной температуре, не ломая. Это полезно для прототипирования, поскольку для формования не требуются дорогостоящие формы. PC дороже акрила, и длительное воздействие горячей воды может выделять вредные химические вещества, поэтому он не соответствует стандартам безопасности пищевых продуктов. Благодаря своей ударопрочности и устойчивости к царапинам PC идеально подходит для самых разных применений. В Star Rapid мы используем этот материал для изготовления корпусов для портативных терминалов Muller Commercial Solutions. Деталь была изготовлена на станке с ЧПУ из цельного блока PC; поскольку она должна была быть полностью прозрачной, она была отшлифована вручную и отполирована паром.
Это лишь краткий обзор некоторых наиболее распространённых в производстве пластиков. Большинство из них можно модифицировать различными стекловолокнами, УФ-стабилизаторами, смазочными материалами или другими смолами для достижения определённых характеристик.
Гордон Стайлз — основатель и президент компании Star Rapid, специализирующейся на быстром прототипировании, изготовлении оснастки и мелкосерийном производстве. Опираясь на свой инженерный опыт, Стайлз основал Star Rapid в 2005 году, и под его руководством штат компании вырос до 250 сотрудников. В Star Rapid работает международная команда инженеров и техников, которые сочетают передовые технологии, такие как 3D-печать и многокоординатная обработка на станках с ЧПУ, с традиционными производственными технологиями и высокими стандартами качества. До прихода в Star Rapid Стайлз владел и управлял STYLES RPD, крупнейшей в Великобритании компанией по быстрому прототипированию и изготовлению оснастки, которая была продана компании ARRK Europe в 2000 году.
Время публикации: 19 апреля 2023 г.