Professionele Gids voor 3D-Printen van Duurzame Gieten

Spuitgieten is 's werelds meest populaire proces voor het produceren van kunststofonderdelen. Met behulp van duurzame metalen gieten is het mogelijk om honderdduizenden eenheden in korte tijd te creëren.

En gieten is niet duur. Tenminste, het injecteren van een schot materiaal in een gietvorm is het niet: het proces is bliksemsnel, en granulaten zijn een goedkope vorm van kunststof. Maar de gieten zelf duur, de meeste zijn gemaakt van premium metalen en geproduceerd met handmatige of CNC-bewerking.

Voor prototypes en kleinseriproductie kan een professionele gietvorm ver buiten het budget van een bedrijf vallen. En zelfs de meest betaalbare aluminiumgieten — gemaakt door rapid tooling — zijn nog steeds te duur voor sommige projecten.

Één manier om gespoten kunststofonderdelen tegen zeer lage kosten te maken, is simpelweg de gieten te 3D-printen. Deze plastic gieten zullen niet lang mee gaan, en ze kunnen zeker niet gebruikt worden voor massaproductie, maar ze werken goed voor bepaalde snelle prototypes.

Dit artikel kijkt naar hoe en waarom je 3D-printen kunt gebruiken om plastic gieten voor spuitgieten te fabriceren.

Waarom 3D-printen gebruiken voor gieten?

3D-printen wordt niet wijd gebruikt als hulpmiddel voor gietvormproductie. In plaats daarvan wordt het meest gebruikt voor rapid prototyping en kleinseriproductie van maatwerkonderdelen.

Toch biedt 3D-printen bij spuitgieten op een strik budget een paar mogelijkheden. Additive manufacturing is erg goedkoop, met minimale opstartkosten, en kan gebruikt worden om een eenmalig item als een gietvorm te maken.

3D-geprinte gieten zijn veel minder stevig en duurzaam dan zelfs de zwakste gefreesde metalen gieten, maar ze zijn goed genoeg voor bepaalde prototypes gemaakt van bepaalde materialen.

In de overgrote meerderheid van gevallen adviseert 3ERP CNC-bewerking voor het maken van spuitgietvormen.

Welke sectoren gebruiken 3D-printen voor gieten?

Sommige sectoren gebruiken 3D-printen redelijk regelmatig voor gietvormproductie, hoewel niet vaak voor spuitgieten.

Juweliers gebruiken bijvoorbeeld vaak Stereolithografie (SLA) 3D-printers om het proces van lost-wax gieten te ondersteunen. Na het 3D-printen van een model van een sierad, kan de juwelier het model gebruiken als positief patroon om een gietvorm te maken. Het 3D-geprinte model kan daarna verbrand worden, waardoor alleen de gietvorm overblijft, die zelf gebruikt kan worden om het metaal sieraad te maken.

De tandheelkundige sector gebruikt 3D-printers op een vergelijkbare manier. Tandartsen kunnen nu een 3D-model genereren van de tanden van een patiënt, en vervolgens een invers model van die tanden maken met een 3D-printer. Dat geprinte model kan dan functioneren als een gietvorm, en gebruikt worden om patiëntspecifieke dentale aligners en retainers te maken van zachte, medisch veilige materialen.

Welke 3D-printer is het beste voor het maken van gieten?

FDM 3D-printers — de meest voorkomende desktop 3D-printers — zijn niet bijzonder geschikt voor het maken van gieten. Dat komt doordat FDM-geprinte onderdelen doorgaans een ruw oppervlak hebben met laaglijnen.

Betere AM-technologieën voor gietvormproductie zijn material jetting 3D-printen en Stereolithografie 3D-printen.

Beide technologieën bieden een hoog niveau van detail en nauwkeurigheid, evenals een goede oppervlakte-afwerking die soepel materiaalstroom tijdens het injectieproces vergemakkelijkt.

3D-printbare materialen voor gieten

Een reeks 3D-printbare kunststoffen kan gebruikt worden om gieten voor spuitgieten te maken. Echter, een materiaal moet een voldoende hoge temperatuurbestendigheid hebben om zijn vorm te behouden zelfs terwijl gesmolten kunststof erin geïnjecteerd wordt.

Ho hoger de smelttemperatuur van de geïnjecteerde kunststof, hoe hoger de hitteafbuigingstemperatuur van de gietvorm moet zijn.

Voor material jetting is een veelgebruikt gietvormmateriaal Stratasys Digital ABS, dat een hitteafbuigingstemperatuur heeft van maximaal 95°C. Stratasys stelt dat het materiaal "ideaal is voor rapid prototyping van snap-fit onderdelen voor hoog of laag temperatuurgebruik, functionele ontwerpen met multi-materiaal veelzijdigheid en flexibiliteit, gieten, productiegereedschappen, elektrische onderdelen en meer."

Voor SLA is een veelvoorkomend gietvormmateriaal Formlabs High Temperature Resin. Formlabs zegt: "Zowel Clear als High Temp Resins kunnen gebruikt worden om kleine functionele gieten te printen, met High Temp die compatibel is met een breder bereik van thermoplastische smelttemperaturen... De relatief hoge stijfheid van High Temp Resin betekent dat de gietvorm niet deformeert bij het verwijderen van het onderdeel."

Een 3D-geprinte gietvorm ontwerpen

Bij het ontwerpen van een 3D-geprinte gietvorm is het belangrijk om twee dingen te overwegen: of het ontwerp goed print, en of de geprinte gietvorm goed functioneert wanneer gesmolten kunststof erin geïnjecteerd wordt.

Voor een goed geprinte gietvorm:

• Houd ondersteuningsstructuren aan de buitenkant van de gietvorm, weg van de gietvormholte. Dit zorgt ervoor dat imperfecties door het verwijderen van ondersteuning niet op de gegoten onderdelen verschijnen.
• Print op de hoogste resolutie met de laagste laaghogtes om het getrapte effect op gebogen elementen te verminderen.
• Integreer luchtopeningen om de kans op vastgelopen lucht en belvorming te verkleinen.

Voor effectief gieten:

• Houd dunne wanden met consistente dikte doorheen.
• Voeg uittrekshoeken toe om de uitwerping van het onderdeel te vergemakkelijken.
• Integreer radialen; geen scherpe hoeken of randen.

Voor meer ontwerpstips, lees onze ontwerpstips voor Stereolithografie 3D-printen. Lees daarna onze gids over het ontwerpen van onderdelen voor spuitgieten.

Geframed of ongeframeerd?

Een goede manier om de levensduur van een 3D-geprinte gietvorm te verlengen is het gebruik van een aluminiumframe. De geprinte gietvorm wordt in het metalen frame geplaatst, wat de meer kwetsbare plastic gietvorm beschermt tegen druk en warmte geproduceerd door de injectienozzle van de spuitgietmachine.

Omdat de gietvorm strak in het aluminiumframe zit, is hij ook beschermd tegen vervorming na herhaalde injecties. Bovendien bevat het frame een kanaal dat de spuitgietnozzle verbindt met de spruit van de geprinte gietvorm, wat directe contact tussen de nozzle en de gietvorm overbodig maakt.

Aluminiumframes zijn veel duurzamer dan de 3D-geprinte gieten die erin geplaatst worden. Dit betekent dat fabricanten een enkel aluminiumframe kunnen gebruiken voor verschillende verschillende gieten, die op hun beurt gebruikt kunnen worden om meerdere gegoten eenheden te produceren.

Het is mogelijk een geprinte gietvorm zonder frame te gebruiken, maar dit vereist meer 3D-printmateriaal en maakt de gieten vatbaarder voor vervorming.

Alternatieve methoden

Spuitgieten met 3D-geprinte gieten kan een goede optie zijn voor bedrijven met toegang tot een SLA- of material jetting 3D-printer.

Echter, kleine series gegoten kunststofonderdelen kunnen ook bereikt worden met vacuümgieten. Vacuümgieten gebruikt goedkope siliconengieten om snel plastic prototypes te fabriceren. Net als bij 3D-geprinte gieten, hebben de siliconengieten een korte levensduur.

Vacuümgieten kan preferabel zijn, omdat het gegoten onderdelen produceert met een extreem gladde oppervlakte-afwerking.

3ERP is een ervaren aanbieder van productiediensten zoals 3D-printen, spuitgieten, CNC-bewerking en vacuümgieten. Neem contact op voor een gratis offerte.