Na rynku dostępne są tysiące tworzyw sztucznych do szybkiego prototypowania lub produkcji na małą skalę – wybór odpowiedniego tworzywa do konkretnego projektu może być przytłaczający, szczególnie dla aspirujących wynalazców lub początkujących 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 używany.
Ogólnie rzecz biorąc, konstrukcyjne tworzywa sztuczne mają ulepszone właściwości mechaniczne, które zapewniają większą trwałość i nie zmieniają się podczas procesu produkcyjnego. Niektóre rodzaje tworzyw sztucznych można również modyfikować w celu poprawy ich wytrzymałości, a także odporności na uderzenia i ciepło. Przyjrzyjmy się różnym materiałom z tworzyw sztucznych, które należy wziąć pod uwagę w zależności od funkcjonalności końcowej części lub produktu.
Jedną z najpopularniejszych żywic stosowanych do produkcji części mechanicznych jest nylon, znany również jako poliamid (PA). Po zmieszaniu poliamidu z molibdenem uzyskuje się gładką powierzchnię ułatwiającą ruch. Jednakże nie zaleca się stosowania przekładni nylonowo-nylonowych, ponieważ podobnie jak tworzywa sztuczne mają one tendencję do sklejania się. PA ma wysoką odporność na zużycie i ścieranie oraz dobre właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach. Nylon jest idealnym materiałem do druku 3D z tworzywa sztucznego, jednak z czasem pochłania wodę.
Polioksymetylen (POM) jest również doskonałym wyborem do części mechanicznych. POM to żywica acetalowa używana do produkcji Delrinu firmy DuPont, cennego tworzywa sztucznego stosowanego w przekładniach, śrubach, kołach i nie tylko. POM ma wysoką wytrzymałość na zginanie i rozciąganie, sztywność i twardość. Jednakże POM ulega degradacji pod wpływem alkaliów, chloru i gorącej wody i trudno go skleić.
Jeśli Twój projekt dotyczy pewnego rodzaju pojemnika, najlepszym wyborem będzie polipropylen (PP). Polipropylen jest stosowany w pojemnikach do przechowywania żywności, ponieważ jest odporny na ciepło, nieprzepuszczalny dla olejów i rozpuszczalników oraz nie uwalnia substancji chemicznych, dzięki czemu jest bezpieczny do spożycia. Polipropylen charakteryzuje się również doskonałą równowagą sztywności i udarności, co ułatwia tworzenie pętli, które można wielokrotnie zginać bez pękania. Może być również stosowany w rurach i wężach.
Inną opcją jest polietylen (PE). PE jest najpopularniejszym tworzywem sztucznym na świecie o niskiej wytrzymałości, twardości i sztywności. Zwykle jest to mlecznobiały plastik używany do produkcji butelek po lekarstwach, pojemników na mleko i detergenty. Polietylen jest wysoce odporny na szeroką gamę chemikaliów, ale ma niską temperaturę topnienia.
Materiał akrylonitryl-butadieno-styren (ABS) idealnie nadaje się do każdego projektu wymagającego wysokiej odporności na uderzenia oraz dużej odporności na rozdarcie i pękanie. ABS jest lekki i można go wzmocnić włóknem szklanym. Jest droższy niż styren, ale wytrzymuje dłużej ze względu na swoją twardość i wytrzymałość. Modelowanie 3D z formowanego metodą termojądrową ABS do szybkiego prototypowania.
Biorąc pod uwagę jego właściwości, ABS jest dobrym wyborem w przypadku urządzeń do noszenia. W Star Rapid stworzyliśmy obudowę smartwatcha dla E3design przy użyciu formowanego wtryskowo czarnego, wstępnie pomalowanego plastiku ABS/PC. Taki dobór materiału 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 materiału wszechstronnego i odpornego na uderzenia. Materiał ten nadaje się do produkcji trwałych skrzynek na elektronarzędzia i narzędzi. Chociaż HIPS są niedrogie, nie są uważane za przyjazne dla środowiska.
Wiele projektów wymaga żywic do formowania wtryskowego o elastyczności podobnej do gumy. Termoplastyczny poliuretan (TPU) to dobry wybór, ponieważ ma wiele specjalnych receptur zapewniających wysoką elastyczność, działanie w niskich temperaturach i trwałość. TPU jest również stosowany w elektronarzędziach, rolkach, izolacji kabli i artykułach sportowych. Ze względu na odporność na rozpuszczalniki TPU ma wysoką wytrzymałość na ścieranie i ścinanie i może być stosowany w wielu środowiskach przemysłowych. Wiadomo jednak, że pochłania wilgoć z atmosfery, co utrudnia przetwarzanie podczas produkcji. Do formowania wtryskowego wykorzystywana jest guma termoplastyczna (TPR), która jest niedroga i łatwa w obsłudze, np. do wytwarzania gumowych uchwytów amortyzujących wstrząsy.
Jeśli Twoja część wymaga przezroczystych soczewek lub okien, najlepiej sprawdzi się akryl (PMMA). Ze względu na swoją sztywność i odporność na ścieranie materiał ten wykorzystywany jest do wykonywania nietłukących się okien, takich jak pleksi. PMMA również dobrze się poleruje, ma dobrą wytrzymałość na rozciąganie i jest opłacalny w przypadku produkcji wielkoseryjnej. Nie jest jednak tak odporny na uderzenia i działanie substancji chemicznych jak poliwęglan (PC).
Jeśli Twój projekt wymaga mocniejszego materiału, PC jest mocniejszy niż PMMA i ma doskonałe właściwości optyczne, dzięki czemu jest odpowiednim wyborem do soczewek i okien kuloodpornych. PC można również zginać i formować w temperaturze pokojowej bez pękania. Jest to przydatne przy prototypowaniu, ponieważ do formowania nie są potrzebne drogie narzędzia do formowania. PC jest droższy od akrylu, a długotrwałe narażenie na gorącą wodę może spowodować uwolnienie szkodliwych substancji chemicznych, dlatego nie spełnia standardów bezpieczeństwa żywności. Ze względu na swoją odporność na uderzenia i zarysowania, komputer PC idealnie nadaje się do różnych zastosowań. W Star Rapid wykorzystujemy ten materiał do produkcji obudów terminali przenośnych Muller Commercial Solutions. Część została wykonana maszynowo CNC z litego bloku komputera PC; ponieważ musiał być całkowicie przezroczysty, został ręcznie szlifowany i polerowany parowo.
To tylko krótki przegląd niektórych z najczęściej stosowanych tworzyw sztucznych w produkcji. Większość z nich można modyfikować za pomocą różnych włókien szklanych, stabilizatorów UV, smarów lub innych żywic, aby osiągnąć określone specyfikacje.
Gordon Stiles jest założycielem i prezesem Star Rapid, firmy zajmującej się szybkim prototypowaniem, szybkim oprzyrządowaniem i produkcją na małą skalę. 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 wieloosiowa obróbka CNC z tradycyjnymi technikami produkcji i wysokimi standardami jakości. Przed dołączeniem do Star Rapid Styles był właścicielem i operatorem STYLES RPD, największej brytyjskiej firmy zajmującej się szybkim prototypowaniem i narzędziami, która została sprzedana firmie ARRK Europe w 2000 roku.
Czas publikacji: 19 kwietnia 2023 r