На рынке представлены тысячи видов пластмасс для быстрого прототипирования или мелкосерийного производства – выбор подходящей пластмассы для конкретного проекта может быть непростой задачей, особенно для начинающих изобретателей или предпринимателей. Каждый материал представляет собой компромисс с точки зрения стоимости, прочности, гибкости и качества поверхности. Необходимо учитывать не только область применения детали или изделия, но и условия окружающей среды, в которой оно будет использоваться.
В целом, конструкционные пластмассы обладают улучшенными механическими свойствами, обеспечивающими большую долговечность и не изменяющимися в процессе производства. Некоторые виды пластмасс также могут быть модифицированы для повышения их прочности, а также ударопрочности и термостойкости. Давайте рассмотрим различные виды пластмасс, которые следует учитывать в зависимости от функциональности конечной детали или изделия.
Одной из наиболее распространенных смол, используемых для изготовления механических деталей, является нейлон, также известный как полиамид (ПА). При смешивании полиамида с молибденом он имеет гладкую поверхность, обеспечивающую легкое перемещение. Однако шестерни из нейлона, соединенные методом «нейлон-нейлон», не рекомендуются, поскольку, как и пластмассы, они имеют тенденцию слипаться. ПА обладает высокой износостойкостью и хорошими механическими свойствами при высоких температурах. Нейлон является идеальным материалом для 3D-печати с пластиком, но со временем он впитывает воду.
Полиоксиметилен (ПОМ) также является отличным выбором для механических деталей. ПОМ — это ацетальная смола, используемая для производства делрина (Delrin) компании DuPont, ценного пластика, применяемого в шестернях, винтах, колесах и многом другом. ПОМ обладает высокой прочностью на изгиб и растяжение, жесткостью и твердостью. Однако ПОМ разрушается под воздействием щелочей, хлора и горячей воды, и его трудно склеивать.
Если ваш проект связан с изготовлением контейнеров, полипропилен (ПП) — лучший выбор. Полипропилен используется в контейнерах для хранения продуктов питания, поскольку он термостойкий, невосприимчив к маслам и растворителям, не выделяет химических веществ, что делает его безопасным для употребления в пищу. Полипропилен также обладает превосходным балансом жесткости и ударопрочности, что позволяет легко создавать петли, которые можно многократно сгибать без поломки. Его также можно использовать в трубах и шлангах.
Другой вариант — полиэтилен (ПЭ). ПЭ — самый распространенный в мире пластик, отличающийся низкой прочностью, твердостью и жесткостью. Обычно это молочно-белый пластик, используемый для изготовления флаконов для лекарств, бутылок для молока и моющих средств. Полиэтилен обладает высокой устойчивостью к широкому спектру химических веществ, но имеет низкую температуру плавления.
Материал акрилонитрилбутадиенстирол (АБС) идеально подходит для любых проектов, требующих высокой ударопрочности, а также высокой устойчивости к разрыву и разрушению. АБС легкий и может быть армирован стекловолокном. Он дороже стирола, но служит дольше благодаря своей твердости и прочности. 3D-моделирование АБС, полученного методом литья под давлением, для быстрого прототипирования.
Учитывая его свойства, ABS — хороший выбор для носимых устройств. В Star Rapid мы создали корпус для смарт-часов для E3design, используя литой под давлением черный предварительно окрашенный пластик ABS/PC. Такой выбор материала делает все устройство относительно легким, а также обеспечивает корпус, способный выдерживать случайные удары, например, при ударе часов о твердую поверхность. Ударопрочный полистирол (HIPS) — хороший выбор, если вам нужен универсальный и ударостойкий материал. Этот материал подходит для изготовления прочных кейсов для электроинструментов и инструментальных ящиков. Хотя HIPS доступен по цене, он не считается экологически чистым.
Во многих проектах требуются полимерные смолы для литья под давлением, обладающие эластичностью, например, резина. Термопластичный полиуретан (ТПУ) — хороший выбор, поскольку существует множество специальных составов, обеспечивающих высокую эластичность, устойчивость к низким температурам и долговечность. ТПУ также используется в электроинструментах, роликах, изоляции кабелей и спортивных товарах. Благодаря устойчивости к растворителям, ТПУ обладает высокой износостойкостью и прочностью на сдвиг и может использоваться во многих промышленных условиях. Однако известно, что он поглощает влагу из атмосферы, что затрудняет его обработку в процессе производства. Для литья под давлением используется термопластичная резина (ТПР), которая недорога и проста в обращении, например, для изготовления амортизирующих резиновых рукояток.
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 выгоден для крупносерийного производства. Однако он не так устойчив к ударам и химическим воздействиям, как поликарбонат (ПК).
Если для вашего проекта требуется более прочный материал, поликарбонат (ПК) прочнее полиметилметакрилата (ПММА) и обладает превосходными оптическими свойствами, что делает его подходящим выбором для линз и пуленепробиваемых окон. ПК также можно гнуть и формовать при комнатной температуре без разрушения. Это полезно для прототипирования, поскольку не требует дорогостоящих пресс-форм. ПК дороже акрила, а длительное воздействие горячей воды может выделять вредные химические вещества, поэтому он не соответствует стандартам безопасности пищевых продуктов. Благодаря своей ударопрочности и устойчивости к царапинам, ПК идеально подходит для различных 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 ПК; поскольку она должна была быть полностью прозрачной, ее шлифовали вручную и полировали паром.
Это лишь краткий обзор некоторых наиболее часто используемых в производстве пластмасс. Большинство из них можно модифицировать с помощью различных стекловолокон, УФ-стабилизаторов, смазочных материалов или других смол для достижения определенных характеристик.
Гордон Стайлз — основатель и президент компании Star Rapid, занимающейся быстрым прототипированием, изготовлением оснастки и мелкосерийным производством. Опираясь на свой инженерный опыт, Стайлз основал Star Rapid в 2005 году, и под его руководством компания выросла до 250 сотрудников. В Star Rapid работает международная команда инженеров и техников, которые сочетают передовые технологии, такие как 3D-печать и многоосевая обработка на станках с ЧПУ, с традиционными методами производства 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 ARRK Europe в 2000 году.
Дата публикации: 19 апреля 2023 г.