3D-geprinte injectiegietmallen: Professionele materiaalvergelijking

Injectiegieten is een zeer veeleisende toepassing voor een 3D-geprint materiaal, aangezien de malen de verwerkingskrachten bij verhoogde temperatuur moeten weerstaan en hun dimensionale nauwkeurheid over meerdere runs moeten behouden. 3D-geprinte injectiegietmallen zijn het beste geschikt voor:

• ✓ Snelle doorlooptijden (1-2 weken tegenover 5-7 weken).
• ✓ Toepassingen waar productiehoeveelheden laag zijn (50 - 100 onderdelen).
• ✓ Malontwerpen waar veranderingen of iteraties waarschijnlijk zijn.
• ✓ Onderdelen die relatief klein zijn (minder dan 150 mm).

Materiaaleisen voor malproductie

Een 3D-printmateriaal geschikt voor het fabriceren van injectiegietmallen moet hebben:

• Hoge stijfheid: De malen moeten hun goede dimensionale nauwkeurheid over meerdere runs behouden en de hoge drukken tijdens materiaalinjectie zonder vervorming weerstaan.
• Hoge temperatuurbestendigheid: Een hoge hitte-afbuigingstemperatuur (HDT) is cruciaal, niet alleen om te zorgen dat de mal niet faalt tijdens materiaalinjectie, maar ook om nauwkeurigere procescontrole mogelijk te maken.
• Hoog detailniveau: Injectiegietmallen moeten hoge dimensionale nauwkeurheid en een glad oppervlak hebben. Hoog nauwkeurige malen produceren hoog nauwkeurige onderdelen.

De twee 3D-printprocessen die in staat zijn om hoog nauwkeurige en glade onderdelen te produceren (zonder uitgebreide na-bewerking) zijn Material Jetting en Stereolithografie (SLA). Terwijl Material Jetting een industriëel proces is, bestaan er zowel desktop als industriële SLA-systemen. De beschikbare materialen en productiemogelijkheden van desktop SLA 3D-printers zijn niet haalbaar voor high-end productie, dus ze zullen hier niet besproken worden.

In dit artikel richten we ons op twee materialen die bewezen zijn geschikt voor het fabriceren van low-run injectiegietmallen in een industriële omgeving: Digital ABS Plus voor Material Jetting van Stratasys en Somos PerFORM voor SLA van DSM.

Disclaimer: de materialeigenschappen die hieronder vermeld zijn, worden geleverd door de fabrikanten en corresponderen met onderdelen die de optimale thermische na-uitharding hebben ondergaan.

Materiaalvergelijking

Mechanische eigenschappen - Stijfheid

Somos PerFORM heeft een zeer hoge trek- en buigsterkte, niet alleen vergeleken met Digital ABS, maar ook onder alle andere industriële 3D-printmaterialen (bijvoorbeeld SLS nylon). Echter, het is brozer (lage rek bij breuk) en heeft een lagere impactssterkte. Voor malproductie zijn de mechanische eigenschappen van Somos PerFORM te verkiezen, aangezien hoge stijfheid en sterkte de hoofdvereisten zijn.

Thermische eigenschappen - Temperatuurbestendigheid

Hitte-Afbuigingstemperatuur (HDT) geeft de temperatuur aan waarop een polymer vervormt onder een bepaalde belasting. Glasovergangstemperatuur (Tg) is het temperatuurbereik waar het thermohardende materiaal overgaat van een solide "glazen" toestand naar een meer buigzame "rubberen" toestand. Voor injectiegiettoepassingen zijn hoge waarden van zowel HDT als Tg wenselijk, dus Somos PerFORM presteert weer beter dan Digital ABS.

^{*: na thermische na-verwerking}

3D-printproces - Detailniveau

Digital ABS en Somos PerFORM worden gebruikt in verschillende 3D-printprocessen. De mogelijkheden van een typisch Material Jetting- en een typisch industriëel SLA-systeem worden in de tabel hieronder uiteengezet. Beide technologieën kunnen zeer gladde onderdelen met complexe details produceren en vereisen weinig na-bewerking. Digital ABS heeft een klein voordeel ten opzichte van Somos PerFORM wat betreft detailniveau, aangezien Material Jetting de hoogste dimensionale nauwkeurheid heeft onder alle 3D-printtechnologieën (met SLA op een nauwe tweede plaats).

Productiemogelijkheden

Zowel Digital ABS als Somos PerFORM zijn in industriële omgevingen gebruikt om low-run injectiegietmallen te produceren. De tabel hieronder vat het aantal onderdelen samen dat een enkele mal kan produceren met materialen die "makkelijk" en "moeilijk" te gieten zijn (PP en glasvezel-gevuld PA respectievelijk).

De verschillen in mechanische en thermische eigenschappen van de twee materialen hebben een impact op het totale aantal onderdelen dat een mal kan produceren. Onder normale bedrijfsomstandigheden (na de eerste 3-4 runs) bereikt de 3D-geprinte mal een temperatuur van ongeveer 120°C, omdat het verwarmd wordt door het gesmolten materiaal. Goede thermische stabiliteit is cruciaal voor het minimaliseren van de deterioratie van de mal. De PA GF testmonsters op de afbeelding hieronder werden geproduceerd met identieke malontwerpen die 3D-geprint waren in de twee materialen (beide tonen het onderdeel geproduceerd na de 10e run). De kwaliteit van het onderdeel geproduceerd met de Digital ABS-mal is veel lager, aangezien de mal begint te oververwarmen en te deterioreren, terwijl de Somos PerFORM-mal nog steeds stabiel was.

^{* Polypropyleen (PP)
** Glasvezel-gevuld polyamide (PA GF)
† Bron: Promolding
‡ Bron: Wehl & Partner}

Samenvatting & Conclusies

Injectiegieten is een zeer veeleisende hulpmiddelentoepassing: het materiaal moet zowel hoge stijfheid hebben als in staat moeten zijn om bij verhoogde temperaturen te opereren.

Material Jetting en SLA zijn de enigste 3D-printprocessen die onderdelen kunnen produceren met de dimensionale nauwkeurheid en oppervlakte-afwerking die vereist zijn voor industriële toepassingen. We hebben twee materialen vergeleken (één voor elk proces) die gebruikt worden om 3D-geprinte low-run injectiegietmallen te fabriceren.

Hoewel Digital ABS Plus een uitstekend materiaal is voor de meeste functionele toepassingen, maken de hogere stijfheid en de superieure thermische eigenschappen van Somos PerFORM het geschikter voor malproductie. Dit is duidelijk aan het aantal onderdelen dat elke mal geproduceerd met de twee materialen kan produceren.

Wil je prijzen en levertijden vergelijken voor 3D-geprinte mal in jouw regio?
Bekijk Digital ABS prijzen | Bekijk Somos PerFORM prijzen

Vuistregels

• Als zeer hoge nauwkeurigheid en een gladde oppervlakte-afwerking vereist zijn, zijn Material Jetting en SLA de meest geschikte 3D-printprocessen voor malproductie.
• Om hun nauwkeurheid over meerdere runs te behouden, moeten 3D-printmaterialen voor het fabriceren van injectiegietmallen een hoge stijfheid hebben.
• Een hoge HDT maakt het gebruik van hogere maltemperaturen tijdens verwerking mogelijk.