Progrese în Realizarea Prototipurilor din Plastic de Calitate pentru Producție

Ce este un prototip din plastic?

Un prototip din plastic este o reprezentare tridimensională a unui produs sau obiect, creată de obicei cu ajutorul tehnologiilor de prototipare rapidă. Acesta poate fi folosit pentru a testa forma, potrivirea și funcționalitatea designului înainte de producția în masă. Prototipurile din plastic sunt folosite adesea în industrii precum auto, aerospațială, instalații, medical, electronice de consum și multe altele.

Prototiparea este un instrument valoros pentru producătorii de produse, deoarece ajută la evaluarea unei componente esențiale a unui produs fizic înainte de începerea producției la scară largă. Un prototip din plastic permite producătorilor să lucreze cu reprezentarea fizică a unei componente, și cu întregul produs, cât mai rapid posibil, pentru a valida intenția de proiectare.

Acest proces le permite inginerilor de design să facă modificările necesare înainte de a trece la următoarea etapă de prototipare a componentelor din plastic și, în cele din urmă, de a finaliza un produs pregătit pentru piață. În final, atât producătorul, cât și utilizatorul final al produsului au de câștigat.

Alte avantaje includ:

• Testează caracteristicile de design
• Verifică intenția de proiectare și performanța unei componente din plastic în condițiile exacte de utilizare finală
• Creează un reper de testare pentru dezvoltarea unor funcționalități suplimentare
• Identifică posibile defecte sau nereguli înainte de producția în masă
• Permite optimizarea și perfecționarea suplimentară a piesei

Care sunt principalele diferențe între prototipurile din plastic?

Inginerii, proiectanții mecanici, modelatori și specialiștii în scule se întreabă adesea care opțiune de prototipare este cea mai potrivită pentru piesele lor din plastic. Cu atâtea progrese în prototipare de-a lungul anilor, poate fi dificil să determini ce tip de prototip este cea mai bună opțiune pentru validarea unei componente din plastic.

Este esențial să înțelegeți avantajele și dezavantajele fiecărei metode disponibile atunci când ajustați o piesă existentă sau începeți un design nou de la zero. Evaluând plusurile și minusurile diverselor metode de prototipare a pieselor din plastic și colaborând cu un partener de prototipare cu experiență, veți fi cu un pas mai aproape de alegerea corectă.

Prototipuri din plastic imprimate 3D

Manufacturarea aditivă sau imprimarea 3D cuprinde mai multe tehnologii de fabricație. Este una dintre tehnicile inovatoare care urmează transformării ciber-fizice a producției. Deși termenul “imprimare 3D” este generic, cele mai populare trei metode de realizare a prototipurilor din plastic prin imprimare 3D sunt:

Fused Deposit Modeling (FDM)

Imprimarea 3D FDM este cea mai populară metodă de prototipare din plastic, folosind un proces de extrudare pentru a depune materialul plastic strat cu strat până la formarea obiectului. Imprimantele 3D industriale FDM pot fi folosite pentru a produce prototipuri din plastic cu rezoluție și rezistență ridicată. Aceste imprimante pot realiza prototipuri mai rezistente și cu o rezoluție mai bună, în funcție de materialele utilizate. De asemenea, este o metodă versatilă care funcționează cu diferite materiale precum PLA, ABS, Nylon, PETG, policarbonat și altele.

Stereolithography (SLA)

Imprimarea 3D SLA folosește rășini plastice pentru crearea prototipurilor, utilizând un laser de putere mare care solidifică modelul într-un bazin cu rășină. Un aparat de imprimare 3D SLA utilizează o sursă de lumină (laser sau proiector) pentru a întări rășina lichidă în plastic solid. Diferența fizică principală între imprimantele SLA constă în modul de configurare a componentelor centrale, precum sursa de lumină, platforma de construcție și rezervorul de rășină. Când rășinile SLA sunt expuse la anumite lungimi de undă ale luminii, lanțuri moleculare scurte se unesc, polimerizând monomeri și oligomeri în structuri solide rigide sau flexibile. Acest proces este folosit pe scară largă pentru prototipare, în special în industriile medicale, dentare și ale bunurilor de larg consum.

Selective Laser Sintering (SLS)

La fel ca și SLA, tehnologia SLS utilizează un laser de mare putere. Totuși, ceea ce diferă la acest proces este faptul că sinterizează materiale sub formă de pulbere pentru a forma un model 3D. Avantajul acestui proces față de altele este calitatea imprimării. Veți găsi prototipuri din plastic obținute prin această metodă mai funcționale, cu rezoluții superioare și durabilitate și flexibilitate mai mare. Cel mai frecvent utilizat material în tehnologia SLS este Nylonul (PA 11 sau PA 12).

Care sunt avantajele & dezavantajele metodelor tradiționale de prototipare 3D din plastic?

Avantaje:

• Producție rapidă
• Permite încărcarea directă a fișierelor CAD în software-ul imprimantei 3D
• Iterații ajustate într-un interval de timp scurtat
• Cost eficient

Contra:

• Piesa nu poate fi folosită pentru testarea funcțională
• Dimensiune de construcție restricționată
• Piesa poate fi fragilă și slabă
• Limitări privind tipurile de materiale ce pot fi folosite
• Contracția/restrângerea materialului nu va fi determinată prin imprimare 3D

Prelucrare CNC

Prelucrarea CNC este o altă metodă relativ rapidă și rentabilă pentru a produce prototipuri funcționale din plastic, dacă este necesară o cantitate mai mare de prototipuri (volumele mici sunt în general prea costisitoare). Această tehnică folosește o gamă largă de unelte de diferite dimensiuni pentru a sculpta un model 3D dintr-un bloc solid de material. Prelucrarea CNC este favorabilă față de imprimarea 3D în ceea ce privește potențialul pentru filetări și subdecupaje, toleranțe strânse, limite reduse de dimensiune și mai multe opțiuni de finisare a suprafeței. Timpul de execuție pentru prototipurile CNC depinde de complexitatea modelului și de serviciul de producție necesar.

Materialele utilizate în tehnologia de prelucrare CNC includ, dar nu se limitează la, ABS, PC, PP, POM, PMMA (Acril), HDPE, Teflon și PEEK.

Care sunt avantajele & dezavantajele prototipurilor din plastic prelucrate CNC?

Pro:

• Testare a potrivirii, formei și funcției pieselor prototip din plastic fără a fi nevoie de matrițe de turnare prin injecție
• Comparativ cu prototipurile 3D, oferă un potențial semnificativ mai mare pentru toleranțe strânse, subdecupaje și filetări
• Permite aplicarea unor finisaje de suprafață pe prototip, inclusiv lustruire, vopsire, acoperire cu pulbere și altele
• Poate permite timpi de execuție rapizi, în funcție de complexitatea modelului de plastic
• Prototipul va avea proprietăți mecanice mai apropiate de cele ale unei piese injectate de calitate de producție

Contra:

• Cost – prelucrarea necesită echipamente mari cu consum ridicat de energie și supraveghere umană mai mare decât imprimantele 3D
• Pentru piesele cu geometrie complexă, prelucrarea CNC poate fi restrictivă și poate necesita forme alternative de prototipare care nu depind de unghiurile uneltelor de tăiere
• Se produce mai mult material rezidual decât prin alte metode. Deoarece prelucrarea CNC este o tehnică subtractivă, trebuie să utilizeze mai mult material decât conține piesa. Materialul este îndepărtat, iar deșeurile devin particule de metal sau plastic ce trebuie eliminate, lucru care nu se întâmplă la prototiparea aditivă

Prototipuri rapide cu matrițe din aluminiu

Utilizarea aluminiului pentru scule poate fi rentabilă pentru turnarea prin injecție la volum redus. Totuși, deși se construiește mai rapid decât o matriță din oțel, există de obicei limitări privind elementele de design, materialul și calitatea.

Aluminiul este ușor de tăiat și are un ritm rapid de răcire, ceea ce duce la timpi de ciclu și costuri reduse la nivelul OEM. Producția de piese pentru prototipare rapidă poate începe aproape imediat după ce matrița din aluminiu este gata.

În plus, comparativ cu imprimarea 3D, prototipurile injectate rapid din aluminiu sunt produse cu mai multă precizie și rezistență. Totuși, proiectarea și dezvoltarea acestor piese nu se aliniază întotdeauna cu ceea ce este necesar pentru a ajunge la producție. Datorită restricțiilor de modificare, poate fi consumator de timp și costisitor dacă nu se alege o altă metodă. De aceea, turnarea rapidă prin injecție este ideală pentru un prototip de etapă timpurie, dar poate cauza probleme ulterior dacă sunt necesare piese funcționale.

Care sunt avantajele & dezavantajele prototipurilor din plastic turnate în aluminiu?

Pro:

• Oțelul este un conductor termic foarte bun, ceea ce înseamnă că se răcește și se încălzește rapid – ideal pentru turnarea prin injecție
• Datorită răcirii rapide, pot fi realizate mai multe cicluri într-un timp dat pentru o producție mai rapidă decât la prototipurile aditive
• Investiție mai mică în echipamente decât în cazul oțelului
• Este posibilă testarea funcțională, dar cu limitări

Contra:

• Limitări pentru prototipuri cu finisaje unice
• Nu este la fel de rezistent ca oțelul, iar durata de viață depinde de temperatura de turnare, numărul de cicluri și complexitatea piesei
• Anumite caracteristici pot lipsi din piesă din cauza limitărilor procesului
• Există unele limitări în ceea ce privește tipurile de materiale ce pot fi folosite, precum și finisajul
• Sprijin tehnic minim

Prototipuri de producție

Cei mai mulți producători de produse doresc o piesă prototip din plastic care să poată fi validată pentru performanță și să reflecte aceleași caracteristici de performanță ca piesa finală, destinată producției. Dacă componenta este folosită în testarea produsului înainte de lansare, finisajul corect al piesei finale ar trebui să fie de asemenea inclus în prototip.

Prototipurile de producție realizate cu matrițe din oțel sunt considerate unelte pre-producție care sunt dimensional exacte, includ toate detaliile piesei și nu necesită debavurare sau alte operațiuni secundare. Modificări de proiectare pot fi aduse matriței pentru a acomoda schimbări sau optimizări. Prin injecție, piesa ar trebui să aibă o rezistență uniformă pe fiecare unghi, iar structura materialului să fie consistentă în tot produsul. În plus, opțiunile de finisare a materialului sunt limitate în cele mai multe scenarii de prototipare rapidă în straturi (imprimare 3D).

În cazul în care piesa ta necesită un anumit finisaj care ajută funcționalitatea finală a produsului, opțiunile de finisare cresc semnificativ, iar designul nu este compromis atunci când alegi un proces de prototipare prin injecție.

La finalizarea prototipării și a designului, unealta este gata de producție, eliminând timpul necesar pentru a începe procesul de construire și calificare al uneltei de producție. Istoric, termenele de livrare pentru prototipuri de producție au fost mult mai lungi decât în alte metode de prototipare rapidă.

Dezvoltările recente în tehnologie și în procesul de realizare a echipamentelor le-au permis producătorilor să își transforme conceptele în realitate într-un interval de timp dramatic redus. Când un partener avansat în turnarea prin injecție utilizează cele mai noi progrese în imprimarea 3D pentru a obține avantaje de economisire a timpului comparativ cu testarea tradițională a prototipurilor – toate aspectele procesului de prototipare se aliniază pentru rezultate optime.

Care sunt avantajele & dezavantajele prototipurilor din plastic de calitate pentru producție?

Pro:

• Permite testarea rapidă și rentabilă a conceptelor de produs fără a compromite calitatea
• Se adoptă o abordare de producție pe tot parcursul procesului de design și dezvoltare
• Contracția/redimensionarea materialului poate fi planificată în faza de design și verificată în timpul dezvoltării
• Cea mai largă selecție de materiale, inclusiv materiale abrazive/suplimentate
• Cel mai potrivit pentru industrii care necesită testare și certificări riguroase, cum ar fi industria produselor medicale
• Protecția proprietății intelectuale și posibilitatea de a învăța din procesul de design și dezvoltare a piesei

Contra:

• Prototipurile de producție folosesc un proces și o matriță de obicei complexe și precise – adesea o etapă imediat anterioară procesului de producție
• Toleranța la eroare este redusă
• De multe ori costul inițial poate fi mai mare, dar valoarea este mai semnificativă pe termen lung, având în vedere calitatea, funcționalitatea, informațiile obținute pe parcursul procesului și rapiditatea producției de volum mare

Diferențe în calitatea prototipurilor din plastic

În cele din urmă, principala diferență dintre un prototip rapid și un prototip de calitate pentru producție este calitatea matriței. Prototipurile de calitate pentru producție sunt realizate cu matrițe din oțel, în timp ce prototipurile rapide utilizează metode alternative, cel mai des procesul aditiv de imprimare 3D sau aluminiu.

Folosirea oțelului în prototipurile de producție și includerea caracteristicilor matriței de producție în echipament oferă inginerilor posibilitatea de a testa designul final și alegerea materialului înainte de începerea producției în masă. Această metodă creează economii de costuri și eficiență prin reducerea riscului de a descoperi defecte după fabricarea a milioane de piese.

Puține tehnologii au avut un impact asupra dezvoltării de produse precum imprimarea 3D, prototiparea rapidă și prototiparea de calitate pentru producție. În întreaga lume, organizațiile continuă să descopere utilizări creative pentru aceste tehnologii disponibile pentru a valida componentele produsului, funcționalitatea finală și pentru a accelera lansarea pe piață. Pe măsură ce aceste tehnologii avansează, prototiparea în plastic va deveni și mai eficientă și se va extinde și mai mult în industrii care poate că au fost reticente în trecut. Creșterea noilor piețe și industrii va redefini rolul prototipării din plastic și va redesena viitorul fabricării produselor.

Când au OEM-urile nevoie de prototipuri de calitate pentru producție?

Există mai multe motive pentru care un OEM ar putea avea nevoie de prototipuri din plastic de calitate pentru producție. În multe cazuri, prototipurile sunt folosite pentru a valida intenția de proiectare și dovada conceptului pentru o componentă sau un produs înainte de lansarea în producție de masă. Acest lucru ajută la identificarea eventualelor probleme de proiectare și asigură că componenta sau produsul îndeplinește toate standardele necesare de siguranță și performanță.

Mai jos sunt câteva scenarii în care un OEM ar avea nevoie de un prototip de calitate pentru producție:

• Produsul este destinat fabricării în masă, în cantități mari. În acest scenariu este esențial să vă asigurați că proiectarea pentru fabricare și inginerie este optimizată pentru ca produsul să funcționeze conform dorinței, folosind materialele de producție.
• Aveți nevoie să desfășurați cercetări de piață înainte de producția de masă. Ar trebui să realizați prototipuri de calitate pentru producție injectate prin turnare pentru a reproduce cât mai fidel produsul final. Producerea a câteva sute de prototipuri injectate vă permite să efectuați teste de consum foarte precise și oferă oportunitatea de a face modificări pe baza feedback-ului înainte de producția de masă.
• Produsul dumneavoastră necesită testări semnificative înainte de a fi lansat pe piață. Dacă este cazul, doriți să testați un prototip cât mai apropiat de componenta finală. Materialele și metoda de producție trebuie să fie identice, iar dacă produsul este complex, este benefic să imitați procesul și să ajustați toate procesele.
• Procesul de automatizare și asamblare a tuturor componentelor trebuie testat înainte de a începe producția la scară largă. Dacă automatizarea se realizează după specificații greșite, sistemele de alimentare trebuie ajustate. Aceste sisteme sunt costisitoare și pot necesita adaptări la specificațiile finale ale fiecărei componente a produsului.
• Doriți să le prezentați distribuitorilor/revânzătorilor un produs finalizat. Clienții nu vor lua o decizie de cumpărare bazat doar pe o schiță sau o idee parțial dezvoltată, așa că un prototip validat va ajuta să demonstrați viabilitatea produsului și să consolidați vânzările.

Dovada conceptului/designului este un factor important în orice tip de prototipare. Istoric, metodele de prototipare rapidă, cum ar fi imprimarea 3D, au ajutat la demonstrarea aspectului unei componente sau dispozitiv privind dimensiunea și forma; totuși, metodele tradiționale deseori nu sunt suficiente atunci când vine vorba de a demonstra dacă un concept de design va funcționa efectiv conform așteptărilor. Va rezista materialul intenționat la toți factorii și condițiile de mediu posibile? Va fi designul ales aliniat vizual cu aspectul produsului? Totul, de la funcționalitate până la estetică, trebuie luat în considerare.

Care sunt pașii pentru realizarea unui prototip din plastic de calitate pentru producție?

Dezvoltarea prototipurilor prin metoda încercare și eroare (trimiteți o piesă la prototipare, o analizați, faceți modificări și repetați) este riscantă. Procesul poate fi anevoios și costisitor și va duce probabil la o lansare mai lentă pe piață. Când ingineri calificați sau consultanți de design de produs sunt implicați în fiecare etapă, aceștia pot ajuta la reducerea consumului de materiale, a timpului de producție și a costurilor asociate prototipării și dezvoltării.

Să trecem în revistă pașii pentru realizarea unui prototip din plastic de calitate pentru producție:

1. Realizați o analiză CAD (computer-aided design) împreună cu o analiză detaliată a nevoilor.

Gândiți-vă specific la modul în care trebuie să funcționeze componenta din plastic. Importanța acestui pas nu poate fi subestimată, deoarece dacă un design de produs defect este aprobat pentru producție și se dezvoltă unelte costisitoare, odată descoperite defectele, cu siguranță veți pierde bani și veți întârzia lansarea produsului pe piață. Întrebări de luat în calcul pe parcursul acestui proces includ:

• Va fi piesa expusă la temperaturi extreme? Dacă da, materialul va trebui modificat.
• Cu ce tip de substanțe chimice – dacă există – va intra în contact piesa?
• Piesa va fi la vedere sau va fi o componentă internă?
• Ce caracteristici trebuie să aibă piesa? Să fie flexibilă? Rezistentă? Lubrifiată?
• Pe lângă temperaturi, la ce alte elemente va fi expusă piesa?
• Există suprafețe de etanșare pe piesă?

2. În această etapă, trebuie implementate protocoalele de proiectare pentru fabricare (DFM).

Colaborarea cu un partener de injectare cu competențe solide în DFM este esențială pentru ca fiecare detaliu să fie luat în considerare, inclusiv alegerea poartelor, acțiunile laterale, considerente de răcire, caracteristicile esențiale ale unei piese și altele asemenea.

3. Analiza CAD și analiza nevoilor, împreună cu implementarea completă a DFM, vor determina ce metode de realizare a sculelor pot fi folosite pentru prototip.

Inginerii de producție valorifică puterea software-ului CAD modern pentru a selecta matrița potrivită necesară prototipării și, ulterior, pentru a rezista solicitărilor din producție.

Unele programe CAD, cum ar fi Solidworks, utilizează analiza simulării matrițelor. Tehnologia poate evidenția posibile defecte, identifica zonele cu stres ridicat care ar putea conduce la eșecul designului și evalua modul în care o piesă va funcționa sub diverși factori de stres anticipați. Optimizarea designului unei componente fără a avea nevoie de un prototip fizic vă permite să avansați rapid și eficient din punct de vedere al costurilor în fazele incipiente de proiectare.

Procesele de realizare rapidă a sculelor folosesc metode CAD și rezultatele testelor pentru a crea matrițe și scule pentru serii scurte de producție, evaluarea produselor și producția completă. Ciclurile de dezvoltare sunt semnificativ scurtate și sunt mai eficiente din punct de vedere al costurilor.

4. Realizarea sculelor pentru un prototip de calitate pentru producție se poate finaliza rapid dacă partenerul de injectare dispune de o flotă standardizată de baze de matrițe și are acces la și eficiență în folosirea imprimării 3D pentru matrițe din metal sau oțel.

Mulți producători de prototipuri rapide se gândesc: „Cum putem face acest lucru cât mai repede?” – pe când injectatorii care realizează prototipuri de calitate pentru producție vor evalua de obicei, „Cum va avea cea mai bună performanță?”

Au apărut noi metode de prototipare rapidă care permit acum realizarea sculelor prin creștere de la zero, chiar și din rășini de înaltă temperatură care rezistă mediilor convenționale de injectare. Vom aprofunda acest lucru mai jos.

Cât durează realizarea unui prototip de calitate pentru producție?

Durata unui proces de prototipare depinde de tipul componentului și de modul în care acesta va fi utilizat. De exemplu, aplicațiile pentru instalații sanitare, electrocasnice sau filtrare pot necesita 12 – 16 săptămâni pentru a testa compatibilitatea la expunerea cu apă. Este esențial să se înțeleagă dacă va avea loc degradarea plasticului atunci când este expus repetitiv la elemente precum apa. Motoarele mici, echipamentele pentru grădină și curte, industria auto și altele pot avea nevoie să testeze compatibilitatea materialului la expunerea cu ulei și benzină. Acești factori determină termenul pentru producerea unui prototip injectat sau de calitate pentru producție.

Într-o situație ideală, procesul de prototipare ar trebui să dureze doar aproximativ o lună sau două, unele progrese recente în proces scurtând acest interval la sub 72 de ore.

Pregătirea unui prototip inițial și a unui desen CAD pentru inginerii de proiectare este o metodă eficientă de a trece prin proces cât mai rapid. Acest lucru le va oferi inginerilor un concept clar despre cum trebuie să arate componentul dumneavoastră și cum ar trebui să funcționeze.

Iată câteva termene aproximative pentru dezvoltarea prototipurilor din plastic pe care să le luați în considerare:

De ce este prototiparea un rol vital în procesul de injectare a plasticului?

Înainte de a produce o singură componentă din plastic, cu atât mai mult mii sau milioane de astfel de componente, este esențial ca aspectele de inginerie și proiectare ale piesei să fie evaluate cu atenție. Designul trebuie să fie tehnic corect, extrem de funcțional și să respecte criteriile estetice ale produsului.

În prezent, este crucial să combinați aceste trei componente esențiale, reușind în același timp să obțineți o consistență eficientă a producției. De la design la funcționalitate, producătorii OEM care doresc să ofere produse superioare ar trebui să analizeze cu atenție avantajele utilizării prototipurilor în procesele de injectare a plasticului.

Funcțiile vitale ale prototipării includ:

Incorporarea tehnicilor de modelare științifică, precum simulările de matriță

Refacerea sau ajustarea sculelor este un proces costisitor care necesită timp și forță de muncă. Dacă începeți producția cu un design netestat, veți întâmpina o situație dificilă. Simulările de matriță pot reduce riscurile, așa cum s-a menționat mai sus, și ar trebui realizate înainte de producerea prototipurilor.

Reducerea timpului de lansare pe piață și creșterea ROI

Prototiparea este o investiție, iar să obții din prima o componentă din plastic perfectă fără procesul complet este rar. Reevaluarea și crearea unei alte iterații poate fi extrem de costisitoare.

După realizarea unui prototip care nu este destinat producției, s-ar putea să descoperiți mici ineficiențe în design care ar putea face ca produsul final să fie slab, de calitate inferioară sau ineficient.

Să presupunem că ați fabricat sute sau chiar mii de produse înainte de a recunoaște erorile. În acest caz, știți cât de costisitor este să renunți la un lot întreg de producție sau chiar să recurgi la rechemare. Dacă problemele nu sunt identificate înainte de rularea producției, se pierd timp și bani din cauza ajustărilor aduse sculelor.

Care este rolul DFM în procesul de prototipare a plasticului injectat?

DFM joacă un rol esențial în crearea prototipurilor din plastic de calitate pentru producție prin asigurarea validării designului înainte de începerea realizării sculelor.

DFM implică proiectarea unui produs care să optimizeze eficiența de fabricație pentru echipamentul și/sau procesul utilizat în producție, cu scopul de a realiza costuri unitare cât mai mici la cea mai înaltă calitate posibilă. Cel mai important motiv pentru integrarea DFM în fabricarea componentelor din plastic este că 70% din costurile de producție pot fi determinate de deciziile de design.

Află mai multe despre modul în care DFM se integrează în procesul complex de injectare a plasticului în ghidul nostru: DFM în injecția de plastic

Rolul tehnologiei în dezvoltarea prototipurilor din plastic

Tehnologia este un element semnificativ în DFM atunci când colaborezi cu un producător axat pe practici de modelare științifică. Utilizarea software-urilor de simulare a matrițelor, precum SOLIDWORKS® Plastics Premium, apoi implementarea acestora prin intermediul roboților și a sistemelor de control al procesului, cum ar fi RJG eDart®, permite o perspectivă predictivă, validarea procesului și documentarea completă a acestuia.

Utilizarea și integrarea tehnologiilor care susțin procesul DFM de injectare a plasticului implică comunicarea și colaborarea între OEM, inginerii proiectanți și injectatori, din diverse domenii.

Un alt motiv pentru a alege un injectator ce folosește principii DFM este complexitatea tot mai mare a pieselor injectate din plastic. Elementele precum toleranțe, unghiuri de degajare, decupaje și altele trebuie luate în considerare din faza de proiectare pentru a atinge cerințele de calitate/cost pentru clienți. Citește mai jos mai multe despre aceste elemente de design.

Care sunt elementele de design de care trebuie să ții cont în procesul de prototipare a plasticului?

Când porniți în procesul DFM pentru un prototip de calitate pentru producție, standardele de design oferă un ghid pentru a dezvolta o adevărată înțelegere a ceea ce este necesar pentru obținerea cu succes a unei piese injectate și vor aduce eficiență pe tot parcursul dezvoltării, în mai multe moduri. Iată câteva variabile de design care ar trebui luate în considerare, fiind factori importanți în scăderea timpului și costului de producție.

Ține cont de complexitate

Dacă componenta ta din plastic are multe variabile care trebuie rezolvate, partenerul de prototipare ar trebui să îți ofere perspective privind ce poate sau nu poate fi eliminat. Inginerii cu experiență atât în prototipare cât și în producție pot contribui la aceste decizii și pot determina cel mai eficient scop al proiectului.

Evită mișcările laterale

În faza de design conceptual (când se stabilește geometria piesei), nu se știe întotdeauna dacă o matriță va avea nevoie de un mecanism lateral. Dacă este cazul, această variabilă suplimentară poate influența timpul de finalizare și costul.

Nu doar că o mișcare laterală adaugă complexitate matriței, dar necesită timp și pricepere pentru a o face să funcționeze corect. Dacă piesa poate fi proiectată fără a necesita acțiuni laterale, păstrându-și totodată funcționalitatea, aceasta este situația ideală.

Implementarea colțurilor rotunjite

Evitarea colțurilor ascuțite în designul prototipului se realizează prin folosirea unei raze pentru a distribui tensiunile și a facilita curgerea rășinii topite. În timpul injectării, plasticul fierbinte se adaptează la cotituri și colțuri. Colțurile rotunjite favorizează curgerea materialului, în timp ce colțurile interioare ascuțite duc la tensiuni interne în masa injectată. Acest lucru se întâmplă în special în timpul răcirii, când partea exterioară a piesei tinde să se micșoreze, iar materialul trage de colțuri. Colaborarea cu un inginer experimentat pentru a identifica zonele care pot fi îmbunătățite în design va duce la o piesă mai rezistentă, mai stabilă dimensional și care să nu se deformeze ulterior.

Adaugă unghi de degajare în modelul CAD

Unghiul de degajare se referă la acele înclinații incluse în designul piesei tale, care facilitează scoaterea acesteia din matriță. Cantitatea de degajare necesară pentru piesa ta va varia în funcție de grosimea și textura materialului.

Iată câteva linii directoare generale pentru unghiul de degajare:

• Folosește întotdeauna cât mai mult unghi de degajare: 1-5 grade pe piesă
• Degașează piesa pe direcția de extragere
• Ia în considerare un unghi mai mare dacă există textură: 2-3 grade sau 3-5 grade pentru texturi adânci

Elimină decupajele (undercuts) cât mai mult posibil

Un decupaj reprezintă orice zonă cu contradeclivitate care împiedică extragerea piesei din matriță și adaugă complexitate montajului. Reducerea numărului sau eliminarea totală a decupajelor va simplifica procesul de realizare a sculelor. Inginerii de design cu experiență pot oferi soluții alternative.

Evaluează impactul grosimii materialului

Grosimea materialului este unul dintre cei mai critici factori în proiectarea piesei. Grosimea influențează performanța, aspectul, injectabilitatea, costul și multe altele. Pereții subțiri reduc cantitatea de material folosită și timpul de ciclu. Deși minimizarea materialului trebuie avută în vedere, obținerea unei grosimi ideale a peretelui reprezintă un echilibru între rezistența materialului și greutate.

Care sunt cele mai bune materiale plastice/rășini pentru prototipurile din plastic?

Alinierea cu partenerul tău de injectare pentru a alege cea mai bună rășină încă de la începutul procesului DFM și de dezvoltare a prototipului de calitate pentru producție este crucială pentru succesul producției unei piese.

Selecția materialului influențează rezistența și flexibilitatea piesei injectate. Abordarea necesităților specifice încă de la început te va ajuta să eviți modificări costisitoare mai târziu. Acest lucru se poate realiza înțelegând diferențele cheie dintre unele dintre cele mai folosite rășini.

ABS (acrilonitril butadien stiren)

Caracteristici:

• Rezistent, cu o bună rezistență la impact
• Se prelucrează ușor și răspunde diverselor cerințe estetice
• Nu este ideal pentru piese care trebuie să reziste la temperaturi ridicate
• Preț accesibil

Policarbonat

Caracteristici:

• Se injectează ușor și crește adesea rezistența la spargere
• Natural transparent, ideal pentru aplicații similare cu sticla de mare rezistență (ochelari de protecție, laboratoare medicale etc.)
• Nu este potrivit acolo unde este necesară o flexibilitate ridicată sau opțiuni estetice colorate

Nailon armat cu fibră de sticlă

Caracteristici:

• Termoplastic ranforsat, în care rășina de bază nylon are fibre de sticlă adăugate pentru rezistență și rezistență ridicată la temperatură
• Mai puțin conductiv electric decât multe alte materiale
• Deși are un punct de topire ridicat, este mai predispus la ardere decât alte materiale

Polipropilenă

Caracteristici:

• Termoplastic flexibil, potrivit pentru aplicații industriale și de consum
• Cunoscută pentru plasticitatea foarte mare, care permite manipularea în multe moduri fără a-și pierde forma inițială
• Oferă rezistență la solvenți, substanțe chimice și raze UV

Acetal

Caracteristici:

• Oferă rezistență excelentă la frecare și este un material foarte rigid
• Se colorează și se vopsește ușor în procesul de injectare
• Nu oferă rezistență superioară la temperaturi ridicate

Rosti este cunoscut pentru expertiza în selecția materialelor, aprovizionarea și injectarea rășinilor pentru temperaturi înalte și exotice.

Dacă dorești să afli mai multe despre cele mai bune materiale pentru dezvoltarea pieselor complexe din plastic, consultă Ghidul Rosti pentru materiale plastice de temperatură înaltă.

Cum susține Digital Innovation Lab al Rosti procesarea rapidă a prototipurilor de producție?

Pe parcursul acestei pagini, ai învățat despre multiplele aspecte ale dezvoltării prototipurilor de calitate pentru producție și despre progresele semnificative în tehnologie și optimizarea pieselor din ultimii ani. Odată cu avansul imprimării 3D, optimizarea sculelor pentru serii mici și progresele în știința materialelor, piesele de precizie pot fi proiectate, realizate și livrate în termene din ce în ce mai scurte. Rosti este angajată să accelereze acest proces pentru a reduce timpul de inactivitate în ciclurile de producție și pentru a permite producătorilor să grăbească dezvoltarea produsului și să ajungă pe piață mai rapid.

Rosti este atât de dedicată acestui proces și valorii pe care o aduce clienților ei, încât a investit peste 1,3 milioane $ într-un laborator de inovație nou în Asia în cadrul fabricii sale din China și a realizat recent o a doua investiție de 1,3 milioane $ pentru un laborator de inovație înființat în Europa.

Iată cum funcționează procesul Digital Innovation Lab 72h de la concept la realitate oferit de Rosti:

1. Inginerii Rosti primesc datele 3D și specificațiile produsului clientului, iar cronometrul începe să ruleze. Cerințele sunt analizate și se recomandă optimizări pentru a maximiza eficiența și a minimiza costurile de producție. Se inițiază prototiparea componentelor.
2. Membrii echipei Rosti folosesc cele mai bune practici și o vastă bază de date cu proiecte anterioare la dezvoltarea simulărilor digitale. Analiza simulărilor digitale aduce beneficii nu doar designului componentelor, ci și optimizării scenariilor de injectare. Sunt analizate zone precum poarta de injectare, răcirea, distorsiunea și timpii de ciclu.
3. Se imprimă cavitățile și nucleele sculelor. Sculele sunt realizate din rășini de temperatură înaltă ce pot rezista proceselor convenționale de injectare.
4. Piesele injectate sunt verificate cu scanare laser optică. Rapoartele complete de metrologie sunt disponibile în câteva minute pentru a valida intenția de producție și a susține analiza predictivă și măsurătorile produsului.

În maximum trei zile de la încărcarea designului, conceptul clientului prinde viață exact în forma dorită.

Cum vor beneficia clienții din America de Nord de Digital Innovation Lab de la Rosti?

Rosti North America a fost mereu recunoscută pentru procesele sale DFM superioare, facilitățile și tehnologia de ultimă generație, precum și expertiza inginerească. Acum, odată cu filosofia globală a Rosti și focusul local, clienții pot conta pe expertiză colaborativă în fabricare și soluții la fiecare pas al dezvoltării componentelor din plastic, indiferent de locație.

Nu doar că clienții Rosti North America au acces la laboratoare de inovație digitală la nivel mondial, dar o facilitate dedicată este în prezent în curs de dezvoltare la locația companiei din Germantown, Wisconsin.

Cu o rețea globală de resurse și furnizori și una dintre cele mai dedicate, bine pregătite și conectate echipe din lume, clienții beneficiază de un partener expert de la faza de design până la întregul ciclu de producție.