Mengoptimalkan Cetakan Injeksi Berlari Rendah dengan Cetakan Cetak 3D

Artikel ini membahas penggunaan pencetakan 3D untuk mencetak cetakan untuk cetakan injeksi jangka rendah. Pertimbangan desain, bahan, konfigurasi cetakan, dan studi kasus komparatif semuanya disertakan

Cara mendesain cetakan injeksi cetak 3D

Bahan

Bahan pencetakan 3D cocok untuk membuat cetakan injeksi jika memiliki:

• Ketahanan suhu tinggi - Suhu defleksi panas yang tinggi diperlukan untuk menahan beban mekanis dan termal yang diterapkan pada cetakan selama injeksi material. Namun perlu diperhatikan bahwa suhu menurun dengan cepat selama pemadatan.
• Kekakuan/ketangguhan tinggi - Melepaskan komponen secara berulang-ulang dapat menyebabkan keausan pada cetakan, sehingga material dengan kekakuan tinggi diperlukan untuk menjaga keakuratan cetakan seiring waktu.
• Detail tingkat tinggi - Salah satu persyaratan utama cetakan injeksi adalah akurasi dimensi yang tinggi dan permukaan yang halus. Cetakan yang sangat akurat akan menghasilkan komponen yang sangat akurat.

Teknologi pencetakan 3D yang paling memenuhi persyaratan ini adalah SLA dan Material Jetting. Teknologi ini dapat menghasilkan komponen dengan akurasi dimensi tinggi dan ideal untuk mencetak detail rumit dan fitur yang sangat halus. Bahan khusus yang tersedia dalam teknologi ini, seperti resin Formlabs High Temperature atau Stratasys Digital ABS, ideal untuk aplikasi pencetakan dan perkakas. Garis besar sifat yang paling relevan dengan cetakan injeksi untuk kedua bahan ini ditunjukkan di bawah.

Untuk aplikasi industri, SLA desktop tidak cocok. Artikel mendalam yang membandingkan dua bahan pencetakan 3D industri yang paling umum digunakan untuk pembuatan cetakan (Digtal ABS dan Somos PerFORM) dapat ditemukan di sini.

Properti Formlabs Resin Suhu Tinggi* Stratasys Digital ABS** Suhu defleksi panas 289 ℃ @ 0,45 MPa 92 - 95 ℃ @ 0,45 MPa Modulus lentur 3,3 GPa 1,7 - 2,2 GPa Kekuatan benturan (IZOD Berlekuk) 14 J/m 65 - 80 J/m Tinggi lapisan terendah (resolusi) 25 - 50 mikron 16 - 30 mikron Ukuran detail minimum 0,2 mm 0,2 mm *Informasi bersumber dari Formlabs**Informasi bersumber dari Stratasys Cetakan injeksi cetak 3D berbahan Digital ABS

Desain Cetakan

Menjelaskan desain teknis spesifik fitur cetakan (seperti gerbang, pelari, ventilasi udara, dll) berada di luar cakupan artikel ini. Pencarian di internet akan mengungkapkan sejumlah besar informasi mengenai subjek tersebut. Postingan dari Seattle Robotics ini adalah titik awal yang baik bagi mereka yang baru mengenal desain cetakan injeksi.

Berikut adalah daftar beberapa praktik baik yang harus diikuti saat mendesain cetakan cetak 3D:

• Saat mendesain cetakan untuk pencetakan SLA, pastikan permukaan bagian dalam cetakan diorientasikan sehingga tidak ada penyangga yang bersentuhan dengannya. Hal ini akan meningkatkan kualitas permukaannya, karena tidak akan ada tanda dukungan pada permukaan tersebut, sehingga meminimalkan proses pasca yang diperlukan.
• Memasukkan ventilasi udara dangkal (kedalaman 0,05 mm) dari tepi rongga hingga tepi cetakan akan membantu mengeluarkan udara yang terperangkap selama proses pencetakan.
• Jika cetakan cetak 3D akan digunakan lebih dari 20 kali proses, pertimbangkan untuk menyertakan saluran dalam desain untuk menyematkan batang atau tabung logam. Ini dapat membantu memperkuat cetakan, mengurangi lengkungan, dan meningkatkan waktu pendinginan.
• Mencetak cetakan 3D pada ketinggian lapisan yang lebih rendah dapat membantu menghasilkan bagian cetakan yang lebih halus karena garis cetakan pada cetakan akan lebih sedikit terlihat.
• Detail timbul dan terukir harus diimbangi dari permukaan setidaknya 1 mm.

Pembatasan khusus pada desain akan bergantung pada mesin cetak injeksi yang digunakan. Namun Stratasys menyarankan agar cetakan yang dibuat melalui printer Material Jetting harus digunakan untuk memproduksi suku cadang dengan volume maksimum 165 cm3 pada mesin cetakan 50 hingga 80 ton atau pengepres tangan manual.

Merancang suku cadang untuk cetakan injeksi

Seperti halnya cetakan injeksi konvensional, seorang desainer harus mempertimbangkan:

• Menambahkan sudut draft minimal 2o derajat untuk membantu mengeluarkan komponen dari cetakan.
• Mempertahankan ketebalan dinding yang seragam di seluruh bagian.
• Menjaga seluruh dinding dan fitur setipis mungkin.
• Mencakup jari-jari di semua tepi dan sudut.
• Termasuk rusuk tipis dan gusset untuk menambah kekuatan pada suatu bagian daripada menambah ketebalan dinding.

Desain sudut rancangan untuk cetakan injeksi

Pelajari lebih lanjut tentang pentingnya sudut draft dalam artikel ini →

Mengurangi Flash

Flash adalah sebutan untuk material yang keluar di antara dua bagian cetakan selama proses injeksi. Hal ini umumnya terjadi jika kedua bagian cetakan tidak menyatu sempurna, tidak rata dan rata, atau cetakan terlalu penuh. Pelari digunakan dalam desain cetakan untuk membantu mengurangi kemungkinan kilatan cahaya.

Jika mendesain rangka aluminium, tambahkan ketebalan ekstra 0,125 mm pada bagian belakang pelat cetakan untuk memperhitungkan gaya kompresi dan untuk memastikan segel yang lengkap. Meningkatkan kekuatan penjepitan pada catok juga dapat membantu mengurangi kilatan cahaya, seperti halnya memoles bidang belah cetakan agar permukaannya serata mungkin.

Desain cetakan yang baik dan permukaan cetakan yang datar mengurangi kemungkinan terjadinya kilatan cahaya

(gambar milik Formlabs)

Lepaskan senyawa

Karena sifat relatif rapuh dari bahan yang digunakan dalam cetakan injeksi cetak 3D dibandingkan dengan cetakan tradisional, penggunaan tenaga yang berlebihan untuk melepaskan suatu bagian dari cetakan dapat menyebabkan kerusakan cetakan yang cepat. Menyertakan senyawa pelepas pada permukaan rongga cetakan sebelum tahap injeksi dapat sangat membantu pelepasan komponen.

Studi kasus:fitting motor plastik

Studi kasus ini akan membandingkan pembuatan fitting plastik khusus untuk rumah motor. Persyaratan desain adalah:

• Jumlah total bagiannya adalah 25.
• Diperlukan akurasi dimensi tingkat tinggi untuk memastikan kesesuaian yang ketat.
• Berat bagiannya adalah 0,005 kg (5 gram).
• Bagiannya harus terbuat dari ABS.
• Bagiannya harus berwarna hitam.
• Diameter keseluruhan komponen adalah 40 mm.

Berikut adalah opsi manufaktur alternatif yang tersedia:

Pencetakan 3D ABS FDM Industri: Pencetakan 3D FDM industri memiliki kemampuan pengulangan yang tinggi dan dapat menghasilkan suku cadang dengan akurasi dimensi yang tinggi serta mampu mencetak suku cadang dalam jumlah kecil hingga menengah. Biaya filamen ABS yang digunakan dalam sistem FDM industri biasanya sekitar $90 - $110 per kg. Batasan utama untuk setiap komponen yang diproduksi melalui pencetakan 3D FDM adalah kinerja mekanis anisotropiknya:komponen secara signifikan lebih lemah dalam satu arah. Artinya, seorang desainer harus memiliki pemahaman yang baik tentang beban yang akan ditanggung oleh bagian tersebut dan orientasi model pada platform pencetakan.

Bagian ABS cetakan injeksi dengan cetakan cetak 3D SLA: Resin SLA Suhu Tinggi mampu menghasilkan cetakan injeksi fungsional dengan tingkat akurasi tinggi yang paling cocok untuk proses produksi tingkat rendah. Resin SLA dijual dengan harga sekitar $150 - $170 per liter. Mesin cetak injeksi benchtop telah digunakan untuk perhitungan dalam contoh ini dengan cetakan cetak 3D dimasukkan ke dalam bingkai penyangga aluminium. Pelet ABS digunakan untuk mencetak komponen dengan biaya sekitar $2 - $3

Bagian ABS cetakan injeksi tradisional: Suku cadang cetakan injeksi tradisional memiliki tingkat akurasi yang sangat tinggi, permukaan akhir yang sangat baik, dan tingkat pengulangan yang sangat tinggi. Kelemahan utama dari cetakan injeksi tradisional adalah biaya pengaturan awal yang tinggi dan banyaknya batasan desain yang diberlakukan dalam perancangan bagian cetakan (sudut rancangan, ketebalan dinding konstan, dll). Harga pelet ABS sama seperti di atas.

Ringkasan biaya (berdasarkan kutipan online) pembuatan fitting ABS menggunakan teknologi yang dibahas di atas dirangkum dalam tabel di bawah. Semua harga belum termasuk ongkos kirim.

FDM Industri* IM** 3DP IM*** Tradisional Biaya cetakan N/A $70,85 $1660,72 Biaya per bagian $3,69 $0,05 $1,89 Total biaya $92,25 $72,10 $1711,48 Waktu tunggu 4 hari 2 hari 8 hari & Kutipan bersumber dari Protolabs Network.com dengan ABS, isi 20% dicetak pada Fortus 250MC** Kutipan bersumber dari Protolabs Network.com dengan resin Formlabs High Temp yang dicetak pada Form2*** Kutipan bersumber dari Protolabs

Langkah selanjutnya:Cara memproduksi komponen dengan cetakan injeksi

Apakah cetakan injeksi jangka rendah dengan cetakan cetak 3D merupakan solusi terbaik untuk aplikasi Anda? Lalu ada dua cara bagi Anda untuk melanjutkan proyek Anda:

Jika Anda memiliki akses ke mesin cetak injeksi dan pengetahuan mendesain cetakan, maka cetak cetakan 3D dalam bahan tahan panas adalah sebuah pilihan. Artikel yang membahas kelebihan dan kekurangan dua bahan pencetakan 3D yang paling umum digunakan untuk pembuatan cetakan injeksi jangka pendek dapat ditemukan di sini.

Jika tidak, Anda dapat mengalihdayakan produksi ke profesional produsen cetakan injeksi. Protolabs Network menawarkan akses ke jaringan global penyedia layanan Cetakan Injeksi, yang mampu merancang cetakan untuk komponen Anda dan memproduksi volume mulai dari 100 hingga 10.000+ unit.

Butuh saran tentang proyek cetakan injeksi Anda?

Bicaralah dengan pakarnya