Projektowanie pod wtrysk: najpierw równa ścianka
Tworzywo kurczy się przy stygnięciu, a grube miejsca kurczą się bardziej i stygną wolniej niż cienkie. Skutkiem są zapadnięcia, pustki wewnętrzne i paczenie. Podstawowa zasada brzmi więc: grubość ścianki jak najbardziej równa w całym detalu. Przejścia między grubościami powinny być stopniowe, na długości około trzech różnic grubości.
Rozsądna grubość zależy od materiału. ABS i PC pracują typowo dobrze w zakresie około 1,2–3,5 mm, a PP, PA i POM można formować cieniej. Grubsza ścianka niż potrzeba wydłuża czas cyklu, a czas cyklu decyduje o cenie sztuki w serii. Gdy potrzebna jest sztywność, żebra są prawie zawsze lepsze niż grubsze ścianki.
Detal narysowany pod druk 3D lub frezowanie ma często masywne fragmenty, które tam działają, ale nie w formie wtryskowej. Takie fragmenty drążymy od spodu, aby ścianka była równa, a masywny materiał zastępujemy siatką żeber. Detal jest lżejszy i ma krótszy cykl bez utraty sztywności.
Pochylenia i linia podziału
Wszystkie powierzchnie równoległe do kierunku otwierania formy potrzebują pochylenia, aby detal zszedł bez rys. Orientacyjnie co najmniej 0,5–1° na powierzchniach gładkich. Powierzchnie z fakturą wymagają więcej, często dodatkowo 1–1,5° na każde 0,025 mm głębokości faktury, według zaleceń narzędziowni lub dostawcy faktury. Głębokie detale potrzebują zwykle większego kąta niż płytkie, bo tarcie o rdzeń rośnie z głębokością.
Linia podziału, gdzie stykają się połówki formy, zawsze zostawia na detalu słaby ślad. Umieszczamy ją na krawędzi, gdzie nie jest widoczna i nie przeszkadza uszczelnieniu, w uzgodnieniu z narzędziownią. Otwory i wycięcia nieleżące w kierunku otwierania wymagają suwaków lub rdzeni luźnych, co podraża formę. Często zmiana geometrii, na przykład przelotowe wycięcie zamiast ślepego rowka, usuwa tę potrzebę całkowicie.
Podcięcia, czyli kształty zaczepiające o formę, można czasem rozwiązać przelotowym otworem w dnie. Pozwala on rdzeniowi z drugiej strony uformować zaczep. Technikę stosuje się często przy zatrzaskach – oszczędza jeden suwak. Takie rozwiązania proponujemy wcześnie, zanim narzędziownia wyceni formę.
Żebra, promienie i tuleje
Żebro daje sztywność bez grubej ścianki. Orientacyjnie grubość żebra to 50–60 procent ścianki lub mniej przy materiałach podatnych na zapadnięcia. Wysokość nie powinna przekraczać około trzech grubości ścianki, a odstęp między żebrami powinien wynosić co najmniej dwie. Żebra również dostają pochylenie i mały promień u nasady.
Ostre naroża wewnętrzne dają koncentrację naprężeń i gorsze wypełnienie. Promienie wewnętrzne powinny mieć co najmniej połowę grubości ścianki, a zewnętrzne równać się promieniowi wewnętrznemu plus grubości ścianki, aby materiał wokół naroża był równy. Tuleje pod wkręty łączymy żebrami ze ścianką i nie pogrubiamy wokół nich materiału. Ścianka tulei ma około 60 procent ścianki nominalnej, aby uniknąć zapadnięć na stronie widocznej.
Zatrzaski wymiarujemy według odkształcenia, które materiał znosi. Język zwężający się ku końcowi rozkłada odkształcenie równomierniej niż prosty, a promień u nasady zmniejsza ryzyko pęknięcia. Liczymy ugięcie w sposób uproszczony, a potem sprawdzamy działanie na drukowanym prototypie.
Dobór materiału i skurcz
Materiał wpływa i na konstrukcję, i na formę. Tworzywa amorficzne, jak ABS i PC, kurczą się mało i równomiernie, około 0,4–0,7 procent. Tworzywa częściowo krystaliczne, jak PP, PA i POM, kurczą się bardziej, często 1–2,5 procent, i inaczej wzdłuż oraz w poprzek płynięcia. Odmiany z włóknem szklanym kurczą się mniej, ale ich właściwości zależą od kierunku.
Zatrzaski działają najlepiej w ciągliwych materiałach, takich jak PP, PA i POM, które znoszą większe odkształcenie niż PC i ABS. PP nadaje się do zawiasów foliowych, które można zginać tysiące razy. Materiał dobieramy do wymagań co do temperatury, chemikaliów, sztywności i powierzchni, a jego oznaczenie podajemy na rysunku. Jak wymagania produktu przekładają się na materiał, opisujemy na stronie od pomysłu do produktu. Sam skurcz kompensuje narzędziownia, powiększając gniazdo formy. Naszym zadaniem jest jasno podać materiał i unikać geometrii kurczącej się nierównomiernie, na przykład dużych płaskich powierzchni bez żeber.
Testy na prototypie przed zamówieniem formy
Formę trudno i drogo zmienić, gdy stal jest już obrobiona. Dlatego geometrię najpierw sprawdzamy na prototypach z druku 3D. Pasowanie, zatrzaski i montaż da się ocenić, choć wydruk nigdy nie ma dokładnie tych samych właściwości co wypraska. Więcej o przebiegu prac na stronie rozwój produktu i prototypy. Czasem opłaca się też najpierw zamówić prostszą formę prototypową z aluminium na pierwsze detale.
Gotową konstrukcję przekazujemy narzędziowni jako STEP razem z rysunkiem wymiarów krytycznych, powierzchni z wymaganiami wykończenia i miejsc, gdzie wolno umieścić przewężkę i wypychacze. Sami nie robimy symulacji wypełniania formy, ale dostarczamy czystą dokumentację temu, kto wykona analizę. Obudowy to częste zastosowanie – zobacz projektowanie obudów do elektroniki.
Pomyśl też o oznaczeniach. Kod materiału według ISO 11469, datownik i numer gniazda umieszczamy na niewidocznej powierzchni i rysujemy w modelu od początku. Narzędziownia nie musi ich wtedy dodawać później.
Wartości orientacyjne dla detali wtryskowych
| Parametr | Wartość orientacyjna |
|---|---|
| Grubość ścianki ABS | ok. 1,2–3,5 mm |
| Grubość ścianki PP | ok. 0,8–3,8 mm |
| Grubość ścianki PA (PA6, PA66) | ok. 0,8–3,0 mm |
| Grubość ścianki PC | ok. 1,0–3,8 mm |
| Grubość ścianki POM | ok. 0,8–3,0 mm |
| Pochylenie, powierzchnia gładka | co najmniej 0,5–1° |
| Pochylenie, powierzchnia z fakturą | dodatkowo ok. 1–1,5° na 0,025 mm głębokości faktury |
| Żebro: grubość / wysokość / odstęp | 50–60 % ścianki / ≤ 3 × ścianka / ≥ 2 × ścianka |
| Promienie | wewnętrzny ≥ 0,5 × ścianka, zewnętrzny = wewnętrzny + ścianka |
| Skurcz | ABS i PC ok. 0,4–0,7 %; PP, PA i POM ok. 1–2,5 % |
Wartości orientacyjne dla materiałów niewypełnionych. Karta materiałowa dostawcy i doświadczenie narzędziowni mają pierwszeństwo przed tabelą.
Czego potrzebujemy od Ciebie
- Model 3D w STEP lub istniejący drukowany prototyp
- Funkcja i środowisko: obciążenie, temperatura, chemikalia, UV i kontakt z żywnością
- Preferowany materiał lub wymagania decydujące o jego doborze
- Powierzchnie widoczne i wymagania co do wykończenia lub faktury
- Przewidywany wolumen roczny
- Części, do których detal jest montowany: wkręty, wkładki i inne części z tworzyw
- Dane kontaktowe narzędziowni, jeśli jest już wybrana
Przykładowe zlecenia
- Obudowa i pokrywa elektroniki
- Zatrzaski i klipsy
- Uchwyt z żebrami zamiast masywnego materiału
- Pojemnik z zakrętką
- Wieczko z zawiasem foliowym z PP
- Kółka i rolki
- Osłona z tulejami i wkładkami gwintowanymi
- Przeprojektowanie części drukowanej pod serię
- Wspornik z PA z włóknem szklanym
- Detale z powierzchnią fakturowaną
Co wpływa na cenę i termin
- Jak dużą część istniejącej geometrii trzeba zmienić
- Liczba suwaków i rdzeni luźnych do wyeliminowania
- Zatrzaski, zawiasy foliowe i gwinty
- Liczba detali, które muszą do siebie pasować w złożeniu
- Liczba rund prototypów przed zamówieniem formy
- Rewizje po uwagach narzędziowni
Co otrzymasz
- STEP dla narzędziowni
- Kontrola pochyleń i grubości ścianek w całym detalu
- Propozycja linii podziału, przewężki i wypychaczy
- Rysunek z wymiarami krytycznymi, materiałem i wymaganiami powierzchni
- Pliki prototypów i wydrukowane detale próbne
- Obsługa rewizji po uwagach narzędziowni
Częste pytania
Jakie pochylenie jest potrzebne przy wtrysku?
Orientacyjnie co najmniej 0,5–1° na gładkich powierzchniach w kierunku otwierania formy. Powierzchnie z fakturą i głębokie detale wymagają więcej. Dokładne wartości dla swojej formy poda narzędziownia.
Jak gruba powinna być ścianka detalu wtryskowego?
To zależy od materiału i wielkości. Przy obudowach z ABS i PC typowo około 1,5–3 mm, przy PP i PA często nieco cieniej. Najważniejsze, aby ścianka była równa.
Czy wykonujecie formy wtryskowe?
Nie. Projektujemy detal, przygotowujemy dokumentację i pomagamy w rozmowach z narzędziownią. Samą formę wykonuje wybrana przez Ciebie narzędziownia.
Czy część z druku 3D można przerobić pod wtrysk?
Tak. Wyrównujemy ścianki, dodajemy pochylenia i żebra oraz usuwamy detale wymagające suwaków. Często detal staje się lżejszy i mocniejszy.
Co powoduje zapadnięcia na wyprasce?
Grube miejsca, które kurczą się bardziej niż otoczenie, często przy żebrach i tulejach. Zapobiega się im równą ścianką, cieńszymi żebrami i wydrążeniem masywnych fragmentów.
Czy potrzebuję symulacji wypełniania formy?
Przy dużych lub cienkościennych detalach i wysokich wymaganiach wizualnych często warto. Analizę zwykle wykonuje narzędziownia lub specjalista, a my dostarczamy przygotowaną dla niej dokumentację.