На рынке представлены тысячи пластиков для быстрого прототипирования или мелкосерийного производства – выбор подходящего пластика для конкретного проекта может оказаться непростой задачей, особенно для начинающих изобретателей или начинающих предпринимателей. Каждый материал представляет собой компромисс с точки зрения стоимости, прочности, гибкости и качества поверхности. Необходимо учитывать не только применение детали или изделия, но и среду, в которой он будет использоваться.
В целом конструкционные пластики обладают улучшенными механическими свойствами, которые обеспечивают большую долговечность и не изменяются в процессе производства. Некоторые типы пластмасс также можно модифицировать для повышения их прочности, а также ударопрочности и термостойкости. Давайте углубимся в различные пластиковые материалы, которые следует учитывать в зависимости от функциональности конечной детали или продукта.
Одной из наиболее распространенных смол, используемых для изготовления механических деталей, является нейлон, также известный как полиамид (ПА). Когда полиамид смешивается с молибденом, он имеет гладкую поверхность, облегчающую движение. Однако шестерни «нейлон на нейлоне» использовать не рекомендуется, поскольку, как и пластмассы, они имеют тенденцию слипаться. 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 выбором для механических деталей. ПОМ — это ацетальная смола, используемая для производства делрина DuPont, ценного пластика, используемого в шестернях, винтах, колесах и т. д. ПОМ обладает высокой прочностью на изгиб и растяжение, жесткостью и твердостью. Однако ПОМ разлагается под воздействием щелочи, хлора и горячей воды, и его трудно склеить.
Если ваш проект представляет собой контейнер, лучшим выбором будет полипропилен (ПП). Полипропилен используется в контейнерах для хранения пищевых продуктов, поскольку он термостойкий, непроницаем для масел и растворителей и не выделяет химикатов, что делает его безопасным для употребления в пищу. Полипропилен также имеет превосходный баланс жесткости и ударной прочности, что позволяет легко изготавливать петли, которые можно неоднократно сгибать, не ломая. Его также можно использовать в трубах и шлангах.
Другой вариант – полиэтилен (ПЭ). PE — самый распространенный в мире пластик с низкой прочностью, твердостью и жесткостью. Обычно это молочно-белый пластик, используемый для изготовления бутылочек с лекарствами, контейнеров для молока и моющих средств. Полиэтилен обладает высокой устойчивостью к широкому спектру химикатов, но имеет низкую температуру плавления.
Материал акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС) идеально подходит для любого проекта, требующего высокой ударопрочности и высокой стойкости к разрыву и разрушению. ABS легкий и может быть усилен стекловолокном. Он дороже стирола, но служит дольше благодаря своей твердости и прочности. 3D-моделирование из литого ABS пластика для быстрого прототипирования.
Учитывая свои свойства, ABS является хорошим выбором для носимых устройств. В Star Rapid мы создали корпус умных часов для E3design из литого под давлением черного пластика ABS/PC. Такой выбор материала делает все устройство относительно легким, а также обеспечивает корпус, способный выдерживать случайные удары, например, когда часы ударяются о твердую поверхность. Ударопрочный полистирол (HIPS) — хороший выбор, если вам нужен универсальный и ударопрочный материал. Этот материал подходит для изготовления прочных чехлов для электроинструментов и ящиков для инструментов. Хотя HIPS доступны по цене, они не считаются экологически чистыми.
Многие проекты требуют использования смол для литья под давлением, обладающих 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, изоляции кабелей и спортивных товарах. Благодаря устойчивости к растворителям ТПУ обладает высокой прочностью на истирание и сдвиг и может использоваться во многих промышленных средах. Однако известно, что он поглощает влагу из атмосферы, что затрудняет обработку во время производства. Для литья под давлением используется термопластичная резина (TPR), которая недорога и проста в обращении, например, для изготовления амортизирующих резиновых ручек.
Если для вашей детали требуются прозрачные линзы или окна, лучше всего подойдет акрил (ПММА). Благодаря своей жесткости и стойкости к истиранию этот материал используется для изготовления небьющихся окон, таких как плексиглас. ПММА также хорошо полируется, имеет хорошую прочность на разрыв и экономически эффективен при производстве в больших объемах. Однако он не так устойчив к ударам и химическим воздействиям, как поликарбонат (ПК).
Если для вашего проекта требуется более прочный материал, ПК прочнее, чем ПММА, и имеет превосходные оптические свойства, что делает его подходящим выбором для линз и пуленепробиваемых окон. ПК также можно согнуть и сформировать при комнатной температуре, не сломав. Это полезно для прототипирования, поскольку для формирования не требуются дорогостоящие инструменты для формования. ПК дороже, чем акрил, а длительное воздействие горячей воды может привести к выделению вредных химических веществ, поэтому он не соответствует стандартам безопасности пищевых продуктов. Благодаря своей устойчивости к ударам и царапинам ПК идеально подходит для различных приложений. В Star Rapid мы используем этот материал для изготовления корпусов портативных терминалов Muller Commercial Solutions. Деталь была изготовлена на станке с ЧПУ из цельного блока ПК; поскольку он должен был быть полностью прозрачным, его отшлифовали вручную и отполировали паром.
Это лишь краткий обзор некоторых наиболее часто используемых пластиков в производстве. Большинство из них можно модифицировать с помощью различных стеклянных волокон, УФ-стабилизаторов, смазок или других смол для достижения определенных характеристик.
Гордон Стайлз — основатель и президент Star Rapid, компании по быстрому прототипированию, быстрой оснастке и мелкосерийному производству. 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 технических специалистов, которые сочетают передовые технологии, такие как 3D-печать и многоосевая обработка с ЧПУ, с традиционными технологиями производства и высокими стандартами качества. До прихода в Star Rapid Стайлз владел и управлял STYLES RPD, крупнейшей в Великобритании компанией по быстрому прототипированию и инструментам, которая была продана ARRK Europe в 2000 году.
Время публикации: 19 апреля 2023 г.