ساخت قالب تزریق پلاستیک در خانه

ساخت قالب تزریق پلاستیک در خانه در نگاه اول کاری پیچیده و دشواری است.ما با پیشرفت فناوری پرینت سه‌بعدی، این کار دیگر مختص کارخانه‌ها و واحدهای صنعتی بزرگ نیست. امروزه با استفاده از چاپگرهای سه‌بعدی رومیزی، می‌توان قالب‌های ساده تا نیمه‌پیچیده را در فضاهای کوچک و با هزینه‌ای محدود تولید کرد.

برای کاهش هزینه ها، صرفه جویی در زمان و کاهش حجم کاری ما پرینت سه بعدی را برای انجام این فرایند در محیط محدود پیشنهاد می دهیم. برای بررسی لوازم و دستگاه های مورد نیاز و مراحل انجام کار با ما همراه باشید.

در این مقاله، گام‌به‌گام مراحل راه‌اندازی یک کارگاه کوچک خانگی برای ساخت قالب تزریق پلاستیک را بررسی می‌کنیم.

پرینت سه‌بعدی یکی از فناوری‌های نوین در صنعت قالب‌سازی است که امکان تولید قالب‌های تزریق پلاستیک با هزینه کمتر و سرعت بالاتر را فراهم می‌کند. این روش به‌ویژه برای تولید نمونه‌های اولیه، قطعات سفارشی و کاهش هزینه‌های قالب‌سازی سنتی مورد توجه قرار گرفته است. 

ساخت قالب تزریق پلاستیک در خانه با پرینتر سه‌بعدی رومیزی

اکثر محصولات پلاستیکی موجود در دنیا با روش قالب تزریق پلاستیک تولید می شوند، این فرایند یک روش تولیدی پر کاربرد در صنعت به حساب می آید. این روش تولید یک فرایند ایده آل برای تولید در تیراژ بالا است. از طرفی دیگر برای تولید در تیراژ پایین از دیگر روش هایی چون ساخت قالب های سیلیکونی و رزینی یا ساخت قالب آلومینیوم استفاده می شود. این روش هم هزینه بالایی دارد و هم برای کارفرما طولانی مدت هستند.

یک روش نوین برای تولید قطعات پلاستیکی در تیراژ پایین و حجم کم به روش  ساخت قالب با پرینت سه بعدی و تزریق پلاستیک با آن است. پرینت سه‌بعدی (Additive Manufacturing) فناوری‌ای است که امکان ساخت قالب‌ها را به‌صورت لایه‌به‌لایه فراهم می‌کند. این روش برای نمونه‌سازی سریع، تولید قطعات کم‌تیراژ و آموزش اصول قالب‌سازی بسیار مفید است. این روش برای نمونه سازی نیز بسیار مفید بوده و علاوه بر قیمت مناسب و صرفه جویی در زمان  می کند. از دیگر مزایای استفاده از این روش میتوانیم به نیاز به فضای کاری کوچک و ابزارهای محدود و مناسب برای یادگیری و تست ایده‌های طراحی اشاره کنیم.

این پرینت سه بعدی می تواند برای قالب ساز یک فرایند بسیار مفید و کاربردی باشد زیرا می تواند نتیجه طراحی قالب خود را مشاهده کند و ایرادات و نواقص آن را رفع نماید. برای مشاهده مراحل ساخت قالب می توانید به مقاله زیر مراجعه کنید: ساخت قالب در صنعت تزریق پلاستیک از طراحی تا تولید

اما در این مقاله ما می خواهیم راجع به ساخت قالب تزریق پلاستیک در خانه صحبت کنیم. مسلما همچین فرایند صنعتی برای افرادی که اطلاعات کافی ندارند کار مشکلی است. اما ما میخواهیم فضای یک اتاق را در نظر بگیریم و یک کارگاه ساخت قالب و تولید قطعات پلاستیکی در فضای محدود و تیراژ پایین تجربه کنیم. برای این کار ستفاده از پرینت سه بعدی را پیشنهاد می دهیم. در ادامه با ما همراه باشید.

وسایل مورد نیاز ساخت قالب تزریق پلاستیک در خانه

راه اندازی در یک فضای کوچک برای ساخت تزریق پلاستیک در خانه با پرینت سه بعدی رومیزی مانند هر کار تولیدی دیگری، کاری پر هزینه و زمان بر است. همانطور که راه اندازی یک سالن مجهز و صنعتی در هر حرفه ای نیاز به سرمایه گذاری دارد راه اندازی یک کارگاه کوچک در یک اتاق نیز هزینه بر است. اما با تمامی این تفاسیر هنوز هم ساخت قالب تزریق پلاستیک در خانه از یک سالن تزریق پلاستیک صنعتی با قالب های فلزی کار ساده تر، با هزینه مقرون به صرفه تر و زمان کمتر است.

اما برای تبدیل یک اتاق از خانه خود (یا فضای محدود) به یک کارگاه تزریق پلاستیک با پرینت سه بعدی به وسایل و دستگاه های زیر نیاز است:

 1- چاپگر سه بعدی رومیزی (SLA یا FDM)

  با کارایی بالا، مانند Formlabs’ Form 3. Form 3. این مدل برای برای ساخت قالب‌هایی با دقت بالا توصیه می‌شوند.  این دستگاه به سادگی می تواند قالب هایی دقیق با ویژگی هایی منحصر به فرد تولید نماید. این قالب می تواند قطعات پلاستیکی با کیفیت بالا را تولید نماید. علاه بر ویژگی های فرایند تزریقی این چاپگر سه بعدی SLA برای ساخت نمونه های اولیه و سایر کارهای توسعه فرایند های ساخت قالب بسیار ارزشمند است.

2- ماده اولیه برای چاپ سه بعدی

که می تواند دما و فشار روی قالب را در طی فرایند تزریق پلاستیک تحمل کند. در ادامه برخی از این مواد اولیه را که مناسب پرینت سه بعدی هستند را معرفی می کنیم:

• رزین K10

این ماده یک ماده صنعتی است بسیار سفت و سخت بوده و خاصیت شیشه ای دارد. این ماده با طیف گسترده ای که از مقاومت هایی که دارد می تواند فرایند قالب تزریق پلاستیک را به خوبی انجام دهد و برای قالب هایی با جزئیات بالا بسیار مناسب است. 

این ماده دارای HDT، 218 درجه سانتی گراد است و @ 0.45 مگاپاسگالی دارد و مدل کششی 10000 مگاپاسگالی است. این ویژگی ها سبب می شود قالبی سخت و پایدار از لحاظ حرارتی پرینت شود.

رزین هایی با تحمل دمایی بالای 238 درجه سانتی گرا @0.45 مگاپاسکال نیز وجود دارند که برای فرایند تزریق مناسب هستند. اما این ماده ها شکننده بوده و برای تولید قطعاتی با دمای تزریق بالا مناسب هستند. از طرفی دیگر این رزین ها زمان خنک شدن قالب را نیز کاهش می دهند.

• رزین خاکستری:

این ماده دارای رسانایی حرارتی کمتری نسبت به رزین قبلی است به همین دلیل زمانی که قطعه ساخته می شود زمان طولانی می برد تا خنک کاری دستگاه صورت گیرد. از مزیت های رزین خاکستری این است که نرم تر است و مانند رزین قبلی سخت نبوده و تعداد چرخه تولیدی بیشتری می تواند داشته باشد.

• رزین مقاوم در برابر دما (High Temp Resin): مناسب برای تزریق مواد با دمای بالا.

 

3- دستگاه تزریق پلاستیک:

حال که دستگاه پرینت سه بعدی و ماده اولیه پرینت فراهم است نیاز به یک دستگاه تزریق پلاستیک وجود دارد. این دستگاه نیز مانند دستگاه چاپگر باید رومیزی باشد به عنوان مثال ما Galomb Model-B100 یا Holipress. دستگاه های تزریق پلاستیک رومیزی موجود در بازار کم نیستند و هر کدام بر اساس کارایی قیمت های متفاوتی دارند. به عنوان مثال برخی از این قالب ها که قیمت پایین تری دارند دارای پیستون دستی بوده و قالب های گران تر داری پیچ و سیستم پنوماتیک هستند.

برخی دیگر از دستگاه های تزریق پلاستیک رومیزی که متداول هستند عبارتند از Minijector، Morgan، APSX، یا Micromolder. برخی از دستگاه ها سیستم خودکار دارند مانند Babyplast، که این دستگاه ها به خاطر ویژگی منحصر به فردشان علاوه بر تولید قطعات نمونه می توانند تولید انبوه قطعات کوچک را نیز داشته باشند.

4- ماده اولیه پلاستیک

 که بسته به نوع محصول، اندازه آن و دیگر ویژگی ها بر اساس نظر کارفرما مشخص می شود. این ماده اولیه هم می تواند گرانول های پلاستیکی باشد مانند PP، ABS، PLA، TPU، یا HDPE باشد. برای جلوگیری از چسبیدن مواد به قالب، استفاده از اسپری‌های آزادکننده توصیه می‌شود.

۵. نرم‌افزار طراحی CAD

یک نرم افزار طراحی قالب و طراحی قطعه مانند SolidWorks، Fusion 360 یا CATIA. در مقالات قبلی در رابطه با نرم افزار های طراحی قالب صحبت کرده ایم و معروف ترین آن ها کتیا است.

نکته: قبل از خرید این تجهیزات حتما به یاد داشته باشید تا تمامی جنبه های کاری خود را سنجیده باشید و اطمینان حاصل کنید تا این وسایل قطعه و نمونه شما را تولید خواهد کرد. و به یاد داشته باشد این ابزار و وسایل برای یک فرایند تزریق پلاستیک در خانه مناسب هستند و برای تولید قطعات بزرگ حتما نیاز به امکانات صنعتی هستند. این تجهیزات برای تولید یک قطعه کوچک در حجم کم و یا یک نمونه از تولید مناسب است.

 

مراحل ساخت قالب در مقیاس خانگی 

• طراحی قالب در نرم افزار

ابتدا نرم افزاری که به ان تسلط دارید را انتخاب کرده و از قالب و قطعه مورد نظر خود طرحی آماده کنید نرم‌افزارهای CAD مانند SolidWorks یا Fusion 360. از فایل های آماده و طرحی های از پیش طراحی شده نیز می توان استفاده کرد. این طرح ها به سادگی قابلیت شخصی سازی داشته و در طراحی قالب های بزرگ، طراحی حرفه های تزریق و … قابل استفاده هستند.در این مرحله، رعایت نکات فنی مانند ضخامت دیواره‌ها، محل ورودی مواد و سیستم خنک‌کننده اهمیت زیادی دارد.

آنچه که در طراحی اهمیت دارد نیمه های قالب، هسته قالب و طرح سه بعدی کلی است، حالا از هر شیوه و نرم افزاری که برای طراحی استفاده می شود. قبل از خروجی گرفتن از نرم افزار، حتما چک کنید که طرح از لحاظ نکات قالب سازی فن آور پلاستیک مانند تلاقی دو نیمه قالب، فرایند تزریق و … بدون مشکل است. حال باید از قالب خود یک پرینت تهیه کنید.

• انتخاب مواد مناسب پرینت 

مواد مورد استفاده در پرینت سه‌بعدی رومیزی باید مقاومت حرارتی و فشاری بالایی داشته باشند. رزین‌های مقاوم به حرارت (High Temp)،  رزین K10 یا Gray Resin و فیلامنت‌های فلزی مانند PEEK و نایلون گزینه‌های مناسبی برای این کار هستند.

• چاپ قالب

پس از طراحی، مدل سه‌بعدی توسط پرینتر FDM یا SLA چاپ می‌شود. فناوری SLA به دلیل دقت بالاتر، انتخاب بهتری برای تولید قالب‌های با جزئیات زیاد است.

در پرینت سه بعدی ماده اولیه ای که بتواند دما و فشار فرایند تزریق را تحمل کند جزء مهمترین نکات است. انتخاب این ماده به نوع قطعه، تعداد دفعات استفاده از قالب و تجربه بستگی دارد. در زیر ویژگی های برخی از مواد را لیست می کنیم تا بیشتر با آن ها آشنا شوید.

شاخص	رزین با دمای بالا	رزین GRAY PRO	رزین سخت 10K
دمای قالب سازی بالا	★★★	★	★★
زمان خنک شدن کوتاه تر	★★★	★	★★
فشار بالا	★	★★	★★★
تعداد چرخه	★	★★	★★★

 

تنظیم دستگاه پرینت سه بعدی خیلی کوتاه است. نرم افزار های تنظیم دستگاه و برنامه های آن بسیار ساده و کاربردی هستند. آنچه در زمان تنظیم دستگاه اهمیت دارد، جهت قرار گیری قالب ها، حفره ها و فرایند پرینت است. این نکات شاید ساده به نظر برسند اما در کیفیت قالب بسیار اثرگذار هستند.

• پرداخت، آماده سازی و تقویت قالب

پس از پرینت، قالب نیاز به عملیات پرداخت سطحی دارد. روش‌هایی مانند سنباده‌زنی، پوشش‌دهی با اپوکسی و یا آبکاری فلزی به افزایش دوام و دقت قالب کمک می‌کند.

• تزریق پلاستیک

در نهایت، مواد پلاستیکی مذاب داخل قالب تزریق شده و پس از سرد شدن، قطعه نهایی از قالب خارج می‌شود.

• تزریق پلاستیک و ساخت قطعه

قالب فراهم است و می توانید روی دستگاه تزریق پلاستیک روی میزی نصب شود و حالا فرایند تزریق را شروع می شود. در این مرحله نیز انتخاب ماده اولیه بسیار اهمیت دارد. ماده اولیه که در ساخت قالب تزریق پلاستیک در خانه متداول را در زیر برایتان لیست می کنم:

LDPE – PP – PA – پلی اتیلن – TPE – TPU – PLA – ABS – ASA – HDPE – EVA – PS – POM

در مقالات قبلی راجه به انتخاب ماده اولیه برای تزریق پلاستیک به طور مفصل صحبت کرده ایم اما برای این شرایط و این دستگاه ها طور خلاصه اگر بخواهیم بگوییم، انتخاب ماده اولیه بر اساس ویژگی های محصول، دستگاه تزریق و مقاومت قالب است.

ماده ای که انتخاب می شود باید طوری باشد که در طی فرایند تزریق به قالب نچسبد و باعث خراب شدن آن نشود. گاهی برای اینکه از این مشکل جلوگیری کنند از ماده آزاد کننده استفاده می کنند. ماده های آزاد کننده، همان هایی هستند که در ساخت قالب های سیلیکونی استفاده می شوند. این مواد با هر سه نوع رزینی که در بالا معرفی کردیم سازگار است.

نکات مهم ساخت قالب تزریق پلاستیک با پرینت سه بعدی در خانه

قبل از هر کاری هدف خود از انجام هر یک از فرایندها را تعیین کنید. و مشخص کنید موفقیت شما در چه صورتی حاصل می شود.

روش های قالب تزریق پلاستیک بر اساس طرح و حجم قطعه مورد نظر و نوع دستگاه متغیر است. اما نکاتی وجود دارند که اگر رعایت شوند در کیفیت نهایی کار شما اثر گذار است.

چاپ و پرینت سه بعدی قسمت هایی از قالب که قطر کم دارد را توجه کنید که زمان چاپ، بیشتری برای آن ها اختصاص دهید.

در زمان طراحی قالب برای خروج قطعه از قالب بهتر است زاویه خروج (Draft Angle) دو تا پنج درجه کشش روی سطوح عمود بر جهت کشش افزایش پیدا کند. تا باعث شود که قطعه راحت تر جدا شده و تخریب قالب به حداقل برسد.

ضخامت دیواره‌های قالب را حداقل ۲ تا ۳ میلی‌متر در نظر بگیرید تا قالب در برابر فشار تزریق مقاوم باشد.

خنک‌کاری سریع  قالب با استفاده از حمام آب قسمت ها درگیر در قالب و کاهش تاب برداشتن را در نظر بگیرید.

جزئیات برجسته و حکاکی شده باید حداقل 1 میلی متر از سطح فاصله داشته باشد.

برای طرح‌های ظریف، زمان چاپ را افزایش دهید تا دقت لایه‌ها حفظ شود.

اگر برای یک قطعه قالب آلومینیومی طراحی می کنید، 125/0 میلی متر ضخامت اضافی به پشت صفحات قالب اضافه کنید،  تا نیروهای فشاری را در نظر بگیرید و از مهر و موم کامل قالب اطمینان حاصل کنید.

اگر هدف شما تولید قطعهٔ نهایی نیست، از مواد ارزان‌تر برای تست طرح استفاده کنید.

در آخر

ساخت قالب تزریق پلاستیک در مقیاس خانگی فرصتی عالی برای طراحان، مخترعان و کارآفرینان کوچک است تا بدون هزینه‌های سنگین صنعتی، ایده‌های خود را آزمایش کنند. با استفاده از پرینتر سه‌بعدی رومیزی، دستگاه تزریق ساده و کمی دقت در طراحی، می‌توان قالب‌هایی کاربردی برای تولید محدود یا نمونه‌سازی ساخت.

یاداور می شود که برای قالبسازی پلاستیک خود در ابعاد صنعتی نیاز به مشاوره دارید با واحد فروش ما در تماس باشید.

سوالات متداول درباره ساخت قالب تزریق پلاستیک در خانه

۱. آیا واقعاً می‌توان قالب تزریق پلاستیک را در خانه ساخت؟
بله، با استفاده از چاپگرهای سه‌بعدی رومیزی و دستگاه‌های تزریق کوچک، می‌توان قالب‌های ساده و کم‌تیراژ را در محیط خانگی ساخت. البته برای قطعات صنعتی یا بزرگ نیاز به تجهیزات پیشرفته‌تر وجود دارد.

۲. هزینه ساخت قالب تزریق پلاستیک در خانه چقدر است؟
هزینه به نوع تجهیزات بستگی دارد، اما معمولاً با حدود ۵۰ تا ۱۰۰ میلیون تومان می‌توان یک کارگاه کوچک خانگی شامل چاپگر سه‌بعدی رومیزی، مواد اولیه و دستگاه تزریق رومیزی راه‌اندازی کرد.

۳. چه نوع چاپگر سه‌بعدی رومیزی برای ساخت قالب در خانه مناسب است؟
چاپگرهای SLA مانند Formlabs Form 3 برای قالب‌سازی دقیق‌تر و با سطح صاف‌تر بهترین گزینه هستند. در صورت محدودیت بودجه می‌توان از چاپگرهای FDM با فیلامنت‌های مقاوم به حرارت استفاده کرد.

۴. چه موادی برای پرینت قالب تزریق پلاستیک رومیزی استفاده می‌شود؟
رزین‌های مقاوم به حرارت مانند High Temp Resin، Gray Resin یا K10 برای قالب‌سازی مناسب‌اند. این مواد در برابر فشار و دمای تزریق مقاومت خوبی دارند.

۵. آیا با چاپگر سه‌بعدی رومیزی خانگی می‌توان قالب صنعتی ساخت؟
خیر، چاپگرهای خانگی برای قالب‌های کوچک و آزمایشی مناسب‌اند. قالب‌های صنعتی معمولاً از فولاد یا آلومینیوم ساخته می‌شوند و تحمل فشار و دمای بسیار بالایی دارند.

۶. چه نوع پلاستیکی برای تزریق در قالب خانگی مناسب‌تر است؟
پلاستیک‌های با نقطه ذوب پایین مانند PLA، PP، ABS و TPU گزینه‌های خوبی هستند، زیرا فشار و دمای کمی نیاز دارند و قالب را کمتر تحت‌تأثیر قرار می‌دهند.

۷. چطور می‌توان کیفیت قالب چاپ‌شده را افزایش داد؟
با انجام پرداخت سطحی (سنباده‌زنی، اپوکسی یا آبکاری)، تنظیم دقیق دمای پرینت و انتخاب جهت مناسب چاپ، می‌توان کیفیت و دوام قالب را به‌طور قابل‌توجهی افزایش داد.

۸. آیا ساخت قالب تزریق در خانه صرفه اقتصادی دارد؟
برای نمونه‌سازی سریع، پروژه‌های تحقیقاتی یا تولید محدود بله؛ اما برای تولید انبوه یا قطعات با ابعاد بزرگ، استفاده از قالب‌سازی صنعتی مقرون‌به‌صرفه‌تر است.

۹. زمان لازم برای ساخت یک قالب تزریق پلاستیک خانگی چقدر است؟
طراحی و پرینت معمولاً بین ۴ تا ۸ ساعت طول می‌کشد و با احتساب پرداخت و آماده‌سازی، در کمتر از یک روز می‌توان قالب را آماده تزریق کرد.

۱۰. آیا می‌توان از قالب چاپ سه‌بعدی رومیزی چند بار استفاده کرد؟
بله، بسته به نوع رزین و دمای تزریق، قالب‌های چاپ‌شده بین ۵ تا ۵۰ چرخه تزریق دوام دارند. انتخاب ماده مناسب و خنک‌کاری صحیح باعث افزایش عمر قالب می‌شود.