DIY 塑膠射出成型:如何使用 3D 列印模具在企業內部進行塑膠射出成型

塑膠射出成型技術是一種無處不在的製造工藝——事實上,當今世界上大多數塑膠產品都是透過射出成型製造的。雖然它是能滿足大規模生產需求的理想技術,但傳統的 CNC 加工金屬模具對於小批量生產來說成本十分高昂且交貨時間長。

對於原型製作和小批量生產(大約 10-1000 個零件),3D 列印製作的射出成型模具提供了一種既能節省時間和又有高成本效益的解決方案。並讓更靈活的製造方法成為可能,使工程師和設計師測試模具設計,輕鬆進行調整,然後以更快的速度持續迭代他們的設計,同時成本比傳統的 CNC 加工低。

使用雷射光固化 (SLA) 3D 打印機(如Form 3+)製作訂製模具既簡單又方便,讓您可以同時利用 3D 列印和傳統成型技術的優勢。

在本篇文章中,您將認識DIY射出成型的過程,並了解在企業內部使用 3D 列印模具協助射出成型所需的所有工具和技巧。

 

DIY射出成型需要什麼

為 DIY 射出成型做前置準備會需要一些投資,包括付出金錢和時間去購買正確的設備並掌握它的使用方式。然而,這些成本在許多情況下仍低於單個金屬模具的成本,因此一旦您開始運行,節省的時間和成本很快的讓前置的努力值回票價。

SLA 3D列印機 Form 3+ 與 Holipress 桌面型射出成型機

以下是您需要開始的內容:

  • 高性能桌面型 SLA 3D 列印機,例如 Formlabs 的 Form 3+。Form 3+ 可以生產出具有清晰特徵和平滑表面的高精度模具,從而生產出高質量的最終成型零件。除了 DIY 射出成型,SLA 3D 打印機也是整個產品開發過程中原型製作和其他應用的重要夥伴。

 

  • 一種可以在射出成型過程中承受模具上的溫度與壓力的3D列印材料。以下推薦幾款可用於 Formlabs SLA 3D 列印機的合適材料:
    • 高強度 10K 樹脂是一種工業級、玻璃填充的材料,它提供了可以應對更廣泛的幾何形狀和射出成型工藝的解決方案。它具有 218°C @ 0.45 MPa 的 HDT 和 10,000 MPa 的拉伸模量,使其堅固、極硬且熱穩定。
    • 耐高溫樹脂的熱變形溫度為 238 °C @ 0.45 MPa,適用於射出成型。這種材料更脆,但建議用於成型溫度高的材料並減少冷卻時間。
    • 灰色Pro樹脂的導熱係數比耐高溫樹脂或高強度樹脂低,這導致冷卻時間更長,但它更有韌性並可承受數百次循環。

 

  • 檯座式射出成型機,例如Galomb Model-B100 或Holipress。市場上有許多成本不同的檯座式射出成型機。許多成本較低的模具製造商使用手動柱塞,而一些較昂貴的設備則使用螺桿或氣動系統。我們有些客戶也推薦了Minijector、Morgan、APSX或Micromolder的系統。桌面型自動化成型機像是Babyplast的產品線等桌也是小零件批量生產的不錯選擇。
  • 您選擇的塑料顆粒
  • 您偏好用於設計模具插件的 CAD 軟體,例如可免費下載的Blender。

 

購買前,請務必根據您的生產需求仔細評估射出成型機。對於大型零件,仍然需要工業流程。此款 DIY 射出成型技術適合小批量生產小零件。

以 DIY射出成型方式製造的 Formlabs 3D 列印模具和封裝元件。

 

DIY射出成型步驟教學

  1. 在 CAD 中設計模具

首先,選擇您偏好的 CAD 軟體工具來設計模具嵌件。我們將使用公開資源的Blender,但此工作流程在任何其他 CAD 軟體中也非常相似。

下載空白模具插件設計文件——您將使用它們來製作您的射出成型模具設計。這些設計也可以輕鬆縮放以適應大多數射出成型機和模具框架。或者,您也可以使用主模具框架的模槽圖設計自己的模具嵌件。

將模仁的兩個半模和您想要製作的 3D 設計導入您的 CAD 工具。

在 Blender 中,使用scene explorer 中的眼睛圖示來關閉半個模具。根據您的喜好設置工作區後,將模具的兩半設置為物件選單下的「wire」繪製類型,如下圖所示。

現在,您可以定位模具。請確保物體與熔融塑膠的入口在射出成型過程中完全相交。透過「切換透視/正視」使用正視模式,使操作更簡單。

關閉當前模仁的可視性,接著打開另一側。重複此過程以確保物體與另一半模仁的入口完全相交。物件對準後,您就可以使用 Blender 中的「布林差集」功能減去兩個相交對象的區域。

選擇物件的前半部分,然後選擇修改選單下的「布林選項」。選擇您正在切割的物件,並確保選擇了「差集」操作。對另一側執行相同操作。它應該類似於下圖。如果您卡在此處,本教程關於添加互鎖組件到設計中可能會有所幫助。

您的模具現在可以列印了。輸出兩半,確保勾選 Blender 輸出選項中的「選擇區域」。

 

  1. 3D列印模具

要 3D 列印模具,必須選擇能夠承受射出成型過程中模具溫度和壓力的材料。

根據與客戶的內部測試和案例研究,我們建議根據下表中的標準選擇 3D 列印樹脂。三顆星表示樹脂非常有效,一顆星表示效果較差。

在專為 Formlabs 3D 列印機所設計的切片軟體PreForm進行印前準備,只需要幾秒鐘的時間。如果您的模具設計列印時需要支撐結構,請確保在 PreForm 中定位半模,使腔室朝上。這將簡化後處理流程並確保成型零件的高品質表面。

根據物件的幾何形狀和尺寸,可以在成型平台上一次列印多個模具,以提高打印效率。

標準

耐高溫樹脂

灰色Pro樹脂

高強度10K樹脂

高溫模具

★★★

★★

冷卻時間快速

★★★

★★

高壓力

★★

★★★

增加複雜幾何結構的列印循環

★★

★★★

 

3.射出成型製作塑膠零件

現在您已經完成設計並成功3D 列印了您的模具,您可以在檯座式射出成型機上製作零件。

您有多種用於射出成型的材料可選擇。Formlabs 和我們的客戶已經使用 3D 列印射出成型模具測試了以下材料:

  • LDPE - 低密度聚乙烯
  • PP - 聚丙烯
  • PA - 尼龍
  • PE - 聚乙烯
  • TPE - 熱塑性彈性體
  • TPU - 熱塑性聚氨酯
  • PLA - 聚乳酸
  • ABS樹脂
  • ASA樹脂
  • HDPE - 高密度聚乙烯
  • EVA - 乙烯醋酸乙烯酯共聚物
  • PS - 聚苯乙烯
  • POM - 聚甲醛

 

在選擇材料前,請考慮物件所需性能和射出成型機的能力。接下來,只需按照射出成型機上的訂製說明快速高效地生產您的零件。

根據於射出成型的材料,特別是對於 TPU 或 TPE 等柔性材料,零件附著於模具可能會導致模具在提取過程中變質。此時使用脫模劑是一個很好的解決方式,可以幫助將零件從模具中分離出來。矽膠脫模劑與 Formlabs 灰色Pro樹脂、耐高溫樹脂和高強度10K樹脂兼容。

 

給嘗試 DIY 射出成型的設計師的提示

在設計模具時,請考量哪些設計能夠成功進行3D列印以及順利注塑。

DIY 射出成型的確切方法將根據您所需的設計和體積而有所不同,但以下這些提示和技巧將有助於提高您的成功率。

  • 要降低物件成品上列印層積感,請使用較小的層厚度(每層 50 或 25 微米,而不是預設的 100)來列印模具。請注意,較小的層厚度會延長列印時間。
  • 在垂直於拉力方向的表面增加 2 到 5 度的拔模斜角,可使物件更容易被取下,並將最大程度減少模具的損耗。
  • 您可以用細砂紙磨平表面增加光滑度。
  • 考慮水洗來更快地冷卻您的零件並減少翹曲。
  • 浮雕和雕刻細節至少高於表面 1 mm。
  • 如果設計鋁製模具框架,則在模板背面增加 0.125 毫米的額外厚度,以考慮壓縮力並確保完全密封。

 

用 3D 列印打破常規

多數人對於3D列印和射出成型的討論通常是對立的,但這並不總是一個對立的問題。透過直接 3D 列印零件或使用 3D 列印模具進行原型製作和小批量生產,您可以同時利用這兩種技術的優勢,這將使您的製造過程更具時間和成本效益,並使您能夠更快地將產品推向市場。

 

立即諮詢