Spuitgieten met 3D-geprinte mallen:download onze nieuwe technische studie

Het Franse Industrieel Technisch Centrum voor Kunststoffen en Composieten (IPC) heeft onderzoek gedaan om de bruikbaarheid van 3D-geprinte matrijzen voor laagvolume spuitgieten te evalueren. Ons rapport documenteert de fabricagestappen en injectieproeven voor matrijzen die 3D zijn geprint met de Formlabs-oplossing, waarbij de resultaten en best practices worden benadrukt.

Waarom 3D-print spuitgietmatrijzen?

Spuitgieten is een kosteneffectieve en uiterst herhaalbare technologie voor massaproductie van kunststof onderdelen met strakke geometrische of dimensionale toleranties. De hoge kosten van traditionele stalen gereedschappen maken spuitgieten echter een uitdaging voor kleinere hoeveelheden onderdelen en kunnen vaak een belemmering vormen voor de introductie van een nieuw product. Met 3D-geprinte spuitgietmatrijzen kunnen ingenieurs, fabrikanten en productontwerpers de kosten verlagen, doorlooptijden verkorten en betere producten op de markt brengen. 3D-geprinte spuitgietmatrijzen zijn een geweldige optie voor diegenen die functionele prototypes willen ontwerpen met materialen voor eindgebruik, een reeks identieke preproductieprototypes willen fabriceren of zelfs aangepaste of beperkte series van eindgebruiksonderdelen willen vervaardigen.

Lees meer over spuitgietkosten in onze uitgebreide gids.

Onderzoek door IPC, een leider in kunststoffen en composieten

IPC is het industrieel technisch centrum waarvan de expertise is gewijd aan kunststof- en composietinnovatie in Frankrijk. IPC ontwikkelt nieuwe middelen om alle bedrijven te ondersteunen, in het bijzonder kleine en middelgrote bedrijven. Het centrum werkt nauw samen met Europese wetenschappelijke hoofdrolspelers om bedrijven te ondersteunen op het gebied van O&O, innovatie, technologie en overdracht van vaardigheden, ongeacht het gebruikte proces.

IPC heeft drie programma's voor technologieoverdracht opgezet om de grote uitdagingen van de industrie aan te pakken. Ze ondersteunen bedrijven door R&D-expertise te leveren voor de circulaire economie (DIS 30), de additive manufacturing-sector (PRINTER), industrie 4.0 en voor producten met een hoge toegevoegde waarde (HYPROD 2). IPC-teams helpen industrieën of fabrikanten om innovatie te stimuleren door studies uit te voeren, protocollen vast te stellen, haalbaarheid en technologieoverdracht.

Onlangs heeft IPC een onderzoeksproject uitgevoerd om de levensvatbaarheid van spuitgieten met 3D-geprinte matrijzen te beoordelen. In het rapport vatten we enkele van hun bevindingen samen, met name die met betrekking tot Formlabs 3D-printers.

Studiedetails en benchmarkgeometrieën

Het IPC-onderzoeksproject bestond uit een technische studie van twee jaar, opgedeeld in drie fasen:

1. Vergelijking van 3D-printtechnologieën :Een eerste classificatie werd vastgesteld op basis van de technische gegevens van meerdere fabrikanten. Thermische en mechanische gegevens werden respectievelijk geëvalueerd door de warmtedeflectietemperatuur (HDT) en de Young's modulus. In elk van de geïdentificeerde technologieën zijn vier soorten benchmarks gemaakt waarmee kritische eigenschappen kunnen worden benadrukt om de drie meest veelbelovende materialen te selecteren. Op hars gebaseerde 3D-printoplossingen werden gekozen als de beste keuze voor spuitgietmatrijzen, vanwege de hoge resolutie en het gladde oppervlak van de onderdelen.

Over het algemeen wordt een vergelijkbaar bereik van dimensionale variaties gemeten voor alle overwogen 3D-printtechnologieën; tussen ± 0,02 mm en ± 0,05 mm voor kleine objecten en tussen ± 0,05 mm en ± 0,2 mm voor grotere afmetingen. De standaardnauwkeurigheid van een machinaal bewerkt metalen gereedschap is naar verwachting ± 0,02 mm. Deze precisie is gewenst om een ​​goede pasvorm bij de scheidingslijn te bereiken en flitsen te voorkomen. In dit rapport zal IPC twee methoden voorstellen om de scheidingslijn van een 3D-geprint polymeer gereedschap te optimaliseren.

Benchmark-geometrieën.

2. Richtlijnen voor materiaalkarakterisering, ontwerp en 3D-printen 

3. Injectieproeven :IPC heeft twee testen uitgevoerd met verschillende sets matrijzen. In de eerste proef gebruikten ze een "marteltest"-ontwerp en injecteerden ze bijna honderd polypropyleen onderdelen met behulp van een mono-materiaal mal gedrukt in Formlabs High Temp Resin. In de tweede proef gebruikten ze een uitdagender "marteltest"-ontwerp, maar deze keer injecteerden ze duizenden polypropyleen onderdelen met een mal, kern en inzetstukken van meerdere materialen bedrukt met Formlabs Rigid 10K Resin en het frame bedrukt in PA12 met SLS.

Onze whitepaper behandelt het deel van het onderzoek dat is gemaakt met Formlabs 3D-printoplossingen; in het bijzonder de ontwerp- en fabricageaanbevelingen, spuitgietomstandigheden en waargenomen resultaten.

Resultaten

IPC evalueerde de bruikbaarheid van 3D-geprinte matrijzen voor laagvolume spuitgieten. Met een vormkern gedrukt in Formlabs Rigid 10K Resin en een zacht frame gedrukt in PA12, konden ze duizenden onderdelen met polypropyleen injecteren, waardoor de kosten van een metalen mal met 80-90% werden verlaagd.

Texturen op de laatste onderdelen geïnjecteerd met de multi-materiaal mal die bestond uit een mal bedrukt met Rigid 10K Resin geassembleerd in de metalen matrijs.

Desktop 3D-printen is een krachtige oplossing om snel en tegen lage kosten spuitgietmatrijzen te vervaardigen. Het vereist zeer beperkte apparatuur, wat de CNC-tijd en bekwame operators in de tussentijd bespaart voor andere hoogwaardige taken. Ze kunnen naadloos worden geïntegreerd in elke spuitgietworkflow omdat ze eenvoudig te implementeren, bedienen en onderhouden zijn.

Fabrikanten kunnen profiteren van de snelheid en flexibiliteit van in-house 3D-printen om de matrijs te maken en deze te koppelen aan de productiekracht van industrieel spuitgieten om binnen enkele dagen een reeks eenheden van gewone thermoplasten te leveren.

Download het volledige rapport voor de samenvatting van de technische studie, inclusief 3D-printrichtlijnen en inzichten in de matrijsassemblage en procesomstandigheden.