Dirbau gaminių projektavimo ir gamybos srityje apie 11 metų, daug dirbau su plataus vartojimo elektronikos įmonėmis ir kai kuriais automobilių tiekėjais, o liejimas įpurškimas yra tik numatytasis būdas gaminti bet kokio tūrio plastikines dalis. Yra ir kitų procesų, tokių kaip 3D spausdinimas ar CNC apdirbimas plastiku, bet kai jums reikia daugiau nei 500–1000 vienetų, liejimas įpurškimas tampa vieninteliu dalyku, kuris yra ekonomiškai prasmingas daugeliui programų.
Kodėl liejimas liejimas užvaldė viską
Pats procesas yra gana paprastas,-išlydykite plastiko granules, įpurkškite aukštu slėgiu į formą, leiskite atvėsti, išmeskite dalį. Pakartokite. Šiuolaikinės mašinos gali atlikti šį ciklą per 15–30 sekundžių mažoms dalims, galbūt 60–90 sekundžių didesniems daiktams. Stebėjau, kaip Šendženo gamykloje Haičio Marso liejimo mašina išsiurbia išmaniųjų telefonų dėklus maždaug 40 sekundžių per ciklą, ir tai buvo gana sudėtinga dalis su daugybe vidinių funkcijų. Įrankių kaina buvo maždaug 12 000 USD (gamyklos vadovas man tai pasakė 2018 m., nuo to laiko kainos tikrai pakilo).
Tai, kas daro jį tokiu dominuojančiu, yra greičio, pakartojamumo ir medžiagų pasirinkimo derinys. Pagaminus formą, kiekviena dalis kainuoja centus medžiagos ir mašinos laiko. 50 gramų ABS dalis gali sunaudoti 0,15 USD vertės medžiagos, o jei ciklo laikas yra 30 sekundžių, tai yra 120 dalių per valandą. Netgi įvertinus mašinos darbo laiko sąnaudas ir darbo sąnaudas, skaičiuojate gal 0,30–0,50 USD už dalį, kai gaminama 10,000+ vienetų.
Palyginkite tai su CNC apdirbimu, kai mokate už įrankių nusidėvėjimą, ilgesnį ciklo laiką, medžiagų atliekas ir kvalifikuoto operatoriaus darbo laiką. Kai už 5 000 vienetų, įskaitant amortizuotus įrankius, įpurškimo liejimo forma kainavo 0,82 USD už dalį, įkainojau paprastą korpuso dizainą. CNC apdirbimas tos pačios dalies kaina buvo 6,40 USD už dalį. Net ne arti.
Medicinos prietaisai dėl to pasidarė keista
Medicininės įpurškimo formos dalys yra visiškai kitoks pasaulis dėl FDA reglamentų ir sterilizavimo reikalavimų. Medžiagos turi būti biologiškai suderinamos, o tai labai apriboja jūsų galimybes. Dauguma medicinos gamintojų naudoja tokius dalykus kaip polikarbonatas, polipropilenas arba specializuotos polietileno rūšys. PEEK yra populiarus naudojant chirurginius instrumentus, nes jis gali apdoroti pakartotinį autoklavavimą nesugadindamas, tačiau PEEK įrankiai yra brangūs, nes apdorojimo temperatūra yra tokia aukšta (apie 370–400 laipsnių pagal Victrex duomenų lapo specifikacijas, victrex.com).
Prieš kelerius metus dirbau prie vienkartinio medicinos prietaiso projekto, tik paprastas injekcinis padėklas dantų procedūroms. Vien medžiagos patvirtinimas užtruko 4 mėnesius, nes turėjome įrodyti biologinio suderinamumo bandymus pagal ISO 10993 standartus. Tikrasis dalies dizainas buvo atliktas per 3 savaites. Reguliavimo dokumentai buvo dar 6 savaites. Štai kodėl medicininės įpurškimo formos dalys kainuoja 3–5 kartus daugiau nei lygiavertės vartotojų dalys, net jei jos yra paprastesnės konstrukcijos.
Sterilizacijos suderinamumas yra daug svarbesnis nei dauguma inžinierių galvoja. Sterilizavus gama spinduliuote, kai kurie plastikai gali pageltonuoti arba tapti trapūs. Sterilizavimas EtO (etileno oksidu) yra švelnesnis, tačiau kai kurios medžiagos turi absorbcijos problemų. Sterilizavimui autoklave reikalingos medžiagos, stabilios 121–134 laipsnių temperatūroje, veikiant garams. Medžiagos pasirinkimą lemia tai, kaip klientas planuoja sterilizuoti gaminį, o ne tik mechaniniai reikalavimai.
Automobilių dalys, kurių niekas nemato
Po-kapotu montuojami automobilių komponentai žiauriai veikia plastikines medžiagas. Jums taikomi temperatūros svyravimai nuo -40 laipsnių iki 120 +, alyvos ir degalų, vibracijos ir ilgo tarnavimo laiko reikalavimai (paprastai 15+ metų). Štai kodėl automobilių liejimo įpurškimui naudojama daug stiklu{8}}užpildytų nailonų ir specialių aukštos temperatūros medžiagų.
Įsiurbimo kolektoriai anksčiau buvo aliuminio liejiniai, bet dabar jie dažniausiai yra įpurškiamo stiklo{0}}užpildytas nailonas. Manau, kad BMW pradėjo tai daryti 1990-ųjų pabaigoje, ir visi sekė. Sutaupoma daug svorio,-plastikinis įsiurbimo kolektorius gali būti 40–50 % lengvesnis nei aliuminio ekvivalentas. Remiantis tam tikra Plastikų inžinierių draugijos konferencijos dokumento analize (spe.org, 2015 m. automobilių skyriaus konferencija), perėjus prie plastikinių įsiurbimo kolektorių, kiekvienos transporto priemonės svoris sumažėjo vidutiniškai 3–4 kg, o tai reiškia, kad degalų taupymas pagerėjo 0,1–0,15 mpg. Tai neatrodo daug, bet padauginkite tai iš milijonų transporto priemonių.
Jungtys ir jutiklių korpusai yra dar viena didžiulė kategorija. Kiekvienas šiuolaikinio automobilio{1}}temperatūra, slėgis, padėtis, greitis ir bet koks jutiklis{2}}turi įpurškiamą korpusą. Jie turi būti sandarūs nuo vandens ir dulkių (paprastai IP67 minimalus įvertinimas), atlaikyti vibraciją ir išlaikyti matmenų stabilumą visame temperatūros diapazone. Leidžiamosios nuokrypos taip pat gali būti nedidelės, pvz., ±0,05 mm, kad būtų suderintos elektros jungčių funkcijos.
Mačiau automobilinių jungčių formų, kainuojančių 80 000 -120 000 USD, nes jos yra šeimyninės formos, iš kurių gaminamos kelios dalys, su šoniniais įpjovimais ir grūdinto plieno konstrukcija, kurios reikalauja daugiau nei milijono dalių gyvavimo ciklų. Vienos dalies kaina nesiekia 0,20 USD, kai naudojate tokį kiekį.
Buitinė elektronika yra ten, kur yra pinigai
Išmaniųjų telefonų korpusai, nešiojamųjų kompiuterių dėklai, planšetinių kompiuterių rėmeliai{0}}visi įpurškiami. Paviršiaus apdailos reikalavimai yra beprotiški, palyginti su kitomis pramonės šakomis. Jums reikia A1 arba A2 formos paviršiaus apdailos (SPI standartai), o tai reiškia platų pelėsių ertmės poliravimą. Geram formų poliruokliui gali prireikti savaičių, kol{6}}nupoliruoja didelę ertmę iki veidrodinio paviršiaus.
„Apple“ puikiai gamina įpurškimo liejimo būdus, kuriuos kitos įmonės stengiasi pakartoti. Vieno korpuso polikarbonatinis „MacBook“ 2009–2010 m. buvo įpurškiamas iš vieno gabalo, todėl reikėjo didžiulės liejimo patirties ir proceso valdymo. Daugelis gamintojų padalintų tai į kelias dalis, nes sunku pasiekti vienodą sienelės storį ir išvengti kriauklės žymių ant tokio didelio daikto.
Per pastarąjį dešimtmetį plataus vartojimo elektronikos medžiagų pasirinkimas labai pasikeitė. Anksčiau ABS buvo numatytasis viskam, dabar matote daug daugiau polikarbonato, PC/ABS mišinių ir modifikuotų PPO medžiagų. Dalis to yra antipireno reikalavimai{2}}UL94 įvertinimas yra svarbus visiems, kuriuose yra elektronikos. Daugumai dalykų reikalingas bent V-1 įvertinimas, daugeliui programų reikalingas V-0. Tai riboja, kurias medžiagas ir priedus galite naudoti.
Tekstūros ir spalvų derinimas yra plataus vartojimo elektronikos košmaras. Dirbau su įmone, gaminančia periferinius įrenginius (klaviatūras, peles ir panašius dalykus), ir jie 23 kartus peržiūrėjo vieno produkto tekstūrą, nes rinkodara vis keitė nuomonę apie tai, kaip jis turėtų jaustis. Kiekviena tekstūros peržiūra reiškė pelėsių ertmės iš naujo poliravimą skirtingais EDM elektrodais arba cheminio ėsdinimo procesais. Formos gamintojas apmokestino 2000 USD už tekstūros peržiūrą.
Spalvų derinimas tarp skirtingų plastikų taip pat yra sunkesnis nei turėtų būti. Jei turite gaminį su kompiuterio viršutiniu dangteliu ir ABS apatiniu korpusu, sudėtinga pasiekti, kad jie būtų vienodos spalvos, nes skirtingos medžiagos skirtingai paima dažus. Galų gale turėsite pasirinktines spalvų pagrindines kompozicijas ir daugybę bandomųjų formų, kad galėtumėte ją surinkti.
Pakuotė yra paslėptas milžinas
Niekas negalvoja apie įpurškiamą pakuotę, tačiau jos apimtis yra didžiulė. Vien butelių kamšteliai{1}}kažkur yra statistika, kuri sako, kad kasdien visame pasaulyje pagaminama maždaug 2 milijardai plastikinių butelių kamštelių (šiuo metu negaliu rasti tikslaus šaltinio, bet tai buvo prieš kelerius metus išspausdintame Plastics News straipsnyje). Kiekvienas vandens butelis, sodos butelis, pieno ąsotis, šampūno butelis turi įpurškimo formos dangtelį.
Maisto indai, kosmetikos pakuotės, vaistų buteliukai{0}}visi įpurškiami. Reikalavimai skiriasi nuo kitų programų, nes jums reikalingos maistui -saugios medžiagos (vėl FDA taisyklės) ir geras cheminis atsparumas. Šioje erdvėje dominuoja polipropilenas, nes jis pigus, saugus maistui-ir chemiškai inertiškas. HDPE taip pat yra įprastas, ypač buteliuose ir talpyklose, kurioms reikia šiek tiek lankstumo.
Plonasienių-sienių formavimas maisto indams yra atskira ypatybė. Jūs kalbate apie 0,5-0,8 mm sienelių storį, kuriam reikia didelio įpurškimo greičio ir specializuotų mašinų, turinčių gerą šūvio valdymą. Ciklo laikas yra greitas, nors jogurto indelyje trunka 4–8 sekundes. Apsilankiau pas pakuočių gamintoją Italijoje, kuriame buvo 48 ertmių formos mažiems maisto indams ir viena mašina pagamino tūkstančius dalių per valandą.
Įrankių sąnaudos pakavimo formoms yra įdomios, nes dažnai tai yra šeimos formos (keli ertmių dydžiai) arba kelių{0}}ertmių formos, kurių ertmių skaičius yra beprotiškas. 96{5}}ertmės buteliuko dangtelio forma gali kainuoti 150 USD,000+ bet kai gaminate dešimtis milijonų dalių, vienos dalies įrankių kaina tampa nereikšminga.
Pramonės ir statybos programos, kurios trunka amžinai
Elektros gaubtai, jungiamosios dėžutės, jungiklių korpusai{0}}tonų įpurškimo dalių pastatuose ir pramoninėje įrangoje. Reikalavimai medžiagoms čia skiriasi, nes reikalingas atsparumas UV spinduliams (jei lauke), antipirenas ir atsparumas smūgiams. ABS neveiks lauke, nes suyra veikiant UV spinduliams. ASA yra geresnė, bet brangesnė. Polikarbonatas veikia, bet laikui bėgant pagelsta. Visada yra kompromisų.
Kabelių valdymo dalys, pvz., laido rankenos, įtempimo mažinimo priemonės ir riebokšliai, dažniausiai liejamos įpurškiant. Nailonas yra populiarus dėl savo tvirtumo ir cheminio atsparumo. Dirbau su M20 ir M25 laido rankenomis, kurias sumontavus ir nuėmus kelis kartus reikia išlaikyti IP68 sandarumą-sriegių ir sandarinimo paviršių matmenų leistinos nuokrypos turi būti griežtos (±0,1 mm arba geriau, kai yra svarbiausios savybės).
Vamzdžių jungiamosios detalės ir vandentiekio komponentai taip pat yra didelė kategorija. PVC ir PP jungiamosios detalės yra liejamos įpurškimu, nors didelio skersmens gaminiai dažnai gaminami kitais procesais. Slėgio įvertinimai yra svarbūs-150 PSI jungiamoji detalė turi storesnių sienų ir geresnių medžiagų savybių nei 50 PSI. Medžiagų klasės yra nurodytos pagal ASTM standartus, o bandymo reikalavimai yra išdėstyti tokiuose dalykuose kaip ASTM D2846 PVC jungiamosioms detalėms.
Žaislai ir laisvalaikio gaminiai
Akivaizdu, kad žaislai dažniausiai yra liejimo plastiko. LEGO kaladėlės yra klasikinis pavyzdys,{1}}kurios gaminamos laikantis neįtikėtinai griežtų paklaidų (±0,01 mm arba kažkas panašaus), todėl kiekvieną kartą puikiai dera. Manau, kad LEGO naudoja išskirtinai ABS, ir jie lieja įpurškimą nuo 1940-ųjų ar šeštojo dešimtmečio, todėl jie visiškai įjungė šį procesą.
Veiksmo figūrėlės, lėlės, žaislinės transporto priemonės-visos liejamos įpurškimui, paprastai iš kelių{1}}kadrų arba kelių formuotų komponentų surinkimas. Žaislų medžiagų pasirinkimą riboja saugos taisyklės. JAV galioja CPSIA reikalavimai, o Europoje – EN 71 žaislų saugos standartai. Tam tikri plastifikatoriai ir priedai yra uždrausti vaikiškiems gaminiams, o tai atmeta kai kurias medžiagų galimybes.
Sporto įranga taip pat turi daug lietinių dalių. Slidinėjimo batų kevalai, riedučių rėmai, dviračių dalys, apsauginės priemonės. Mechaniniai reikalavimai gali būti dideli, -slidinėjimo batai turi būti pakankamai standūs, kad efektyviai perduotų jėgą, bet ne tokie trapūs, kad šaltu oru įtrūktų. Paprastai tai reiškia poliuretano arba poliamido medžiagas, o sienelių storis tampa sunkus (kai kuriose vietose 3–6 mm).
Kas netinka liejant įpurškimui
Labai didelės dalys tampa sudėtingos, nes jums reikia didelių mašinų, o įrankių sąnaudos sprogsta. Automobilių buferių fasadai yra beveik prasmingi-tam reikia 1000+ tonų suspaudimo jėgos mašinų ir formų, kurios sveria kelias tonas. Kapitalo investicijos į šią įrangą yra milijonai dolerių, todėl tai gali padaryti tik dideli gamintojai.
Labai mažos dalys su griežtais leistinais nuokrypiais taip pat yra sudėtingos. Medicininės mikro{1}}formuotos dalys, pvz., kateterių komponentai ar mikroskysčių prietaisai, peržengia galimų galimybių ribas. Jūs susiduriate su mažesniais nei 0,3 mm vartų dydžiais, ertmės matmenimis, matuojamais dešimtosiomis milimetrų dalimis, ir proceso valdymu, kuriam reikalingos aktyvios grįžtamojo ryšio sistemos. Atmetimo lygis gali būti didelis net ir esant tobuloms formoms, nes nedidelis užteršimo kiekis arba proceso pokyčiai sukelia problemų.
Dalys su labai storomis dalimis blogai formuojasi dėl aušinimo laiko ir įdubimo žymių. Viskas, kas viršija gal 6-8 mm sienelės storį, pradeda turėti problemų. Išorė vėsta ir sukietėja, kol vidus vis dar išlydytas, o vėsus centras susitraukia, traukdamas išorinį paviršių į vidų ir sukurdamas kriauklės žymes arba tuštumas. Kartais galite kompensuoti pakavimo slėgiu ir ilgesniu aušinimo laiku, tačiau tai visada yra kova. Jei įmanoma, geriau pertvarkyti dalį su briaunomis arba tuščiavidurėmis dalimis.
Medžiagos, kurios nėra termoplastinės, visiškai neveikia. Termometrams, tokiems kaip epoksidinės arba fenolio dervos, reikia skirtingų procesų (liejimo suspaudimu arba liejimo pernešimu). Akivaizdu, kad metalai negali būti liejami įpurškimu, nors metalų liejimas (MIM) yra susijęs su milteliniais metalais.
Ekonomika, kai bandai priimti sprendimą
Mažiems kiekiams (mažiau nei 1000 dalių) liejimas įpurškimas paprastai nėra prasmingas, nebent jums reikia specifinių medžiagų savybių arba paviršiaus apdailos, kurių negalite gauti kitais būdais. Įrankių kaina dominuoja vienos-dalies sąnaudose esant mažam kiekiui. Paprastas formos prototipas gali kainuoti 3 000–5 000 USD, bet jūs paskirstote šią kainą nedideliam dalių skaičiui.
Kryžminimo taškas, kuriame liejimo įpurškimas tampa pigesnis nei kiti procesai, priklauso nuo dalių sudėtingumo ir dydžio, tačiau paprastai tai yra 500–2000 vienetų. Žemiau 3D spausdinimas arba CNC apdirbimas yra ekonomiškesnis. Be to, laimi įpurškimas.
Paprastai sakau žmonėms apie tai galvoti taip: jei įrankiai kainuoja 10 000 USD, o dalių formavimas kainuoja 0,50 USD, turite pagaminti 20 000 dalių, kol vienos dalies kaina nukris žemiau 1,00 USD (10 000 USD/20,{10}} 0,50 USD). Jei jums reikia tik 1 000 dalių, vienos dalies kaina iš tikrųjų yra 10,50 USD (10 000 USD už 1,000 + 0,50 USD). Tai visiškai pakeičia skaičiavimą.
Milijoninės gamybos apimtys yra tai, kur įpurškimas tikrai šviečia. Vienos-dalies kaina gali nukristi iki juokingo lygio,-pvz., 0,10 USD-0,20 paprastų dalių. Įrankių kaina amortizuojama tiek daug dalių, kad tai beveik neturi reikšmės. Štai kodėl vienkartiniai plataus vartojimo produktai yra beveik visi įpurškiami skustuvai, rašikliai, buteliai, talpyklos ir bet kas. Maržos veikia, kai kiekviena dalis kainuoja centus.
Yra daug daugiau programų, nei aptariau čia (baldų komponentai, prietaisų dalys, optiniai lęšiai, muzikos instrumentai, tikriausiai šimtas kitų kategorijų), tačiau tai yra pagrindinės pramonės šakos, su kuriomis susidūriau. Dėl proceso universalumo jis yra toks dominuojantis-, kad galite pagaminti 1 gramo tikslumo komponentą arba 5 kilogramų sveriantį automobilių skydelį, naudodami iš esmės tą pačią pagrindinę technologiją, tik padidindami arba sumažindami.
Yra daug daugiau programų, nei aptariau čia (baldų komponentai, prietaisų dalys, optiniai lęšiai, muzikos instrumentai, tikriausiai šimtas kitų kategorijų), tačiau tai yra pagrindinės pramonės šakos, su kuriomis susidūriau. Dėl proceso universalumo jis yra toks dominuojantis-, kad galite pagaminti 1 gramo tikslumo komponentą arba 5 kilogramų sveriantį automobilių skydelį, naudodami iš esmės tą pačią pagrindinę technologiją, tik padidindami arba sumažindami.
Jei einate į šią sritį, skirkite laiko suprasti, kaip tinkamai suprojektuoti įpurškiamas dalis, nes atskyrimo linijos įpurškimo liejimo strategija turi įtakos viskam, kas yra pasroviui. Mačiau, kad per daug inžinierių užsisako įpurškiamąsias dalis, neatsižvelgdami į kosmetines įpurškimo formų dalių specifikacijas, o tada skundžiasi dėl įpurškiamos dalies kainos, kai reikia pataisyti. Įpurškimo liejimo dalių defektai dažniausiai kyla dėl projektavimo problemų,{2}}pvz., storų dalių liejimas be tinkamų aušinimo kanalų arba bandymas lieti didelę dalį įpurškiant nesuvokiant, kaip medžiagų srautas veikia didesnėse ertmėse. Reikalingos žinios taip pat labai skiriasi: plastikinių automobilių dalių liejimas įpurškimui reikalauja kitokių žinių nei aviacijos dalių liejimas, o specializuoti procesai, tokie kaip reakcinio liejimo įpurškimo dalys arba metalo liejimo dalys, yra visiškai skirtingi įgūdžių rinkiniai. Netgi po{5}}apdirbimo,-atkaitinant įpurškiamąsias plastikines dalis, galima sumažinti liekamuosius įtempius, kurie sukelia deformacijos problemų praėjus mėnesiams po pagaminimo. Nesvarbu, ar dirbate su pagrindineliejimo formų dalyssukonfigūruoti arba įvertinti plastikines dalis, pagamintas liejimo būdu, suprasdami pagrindus, vėliau išvengsite brangių klaidų. Technologija niekur nedings-įpurškimo liejimo dalys ir plastikinės liejimo detalės ir toliau dominuos gamyboje, nes niekas kitas taip nesikeičia.