ساخت قالب تزریق پلاستیک در خانه

ساخت قالب تزریق پلاستیک در خانه کار دشواری است. 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.

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. در این مقاله، به بررسی مراحل ساخت قالب تزریق پلاستیک با پرینت سه‌بعدی، مزایا و چالش‌های آن خواهیم پرداخت.

ساخت قالب تزریق پلاستیک در خانه با پرینت سه بعدی

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 دستگاه های CNC 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 تزریق پلاستیک با چاپ سه بعدی است. این روش برای نمونه سازی نیز بسیار مفید بوده و علاوه بر قیمت مناسب در زمان نیز صرفه جویی می کند. این پرینت سه بعدی می تواند برای قالب ساز یک فرایند بسیار مفید است زیرا می تواند نتیجه طراحی خود را مشاهده کند و ایرادات و نواقص آن را رفع نماید.

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 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 به صورت سه بعدی 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:

یک چاپگر سه بعدی SLA رومیزی با کارایی بالا، مانند Formlabs’ Form 3. Form 3. 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.

یک 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.

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.

حال که دستگاه پرینت سه بعدی و ماده اولیه پرینت فراهم است نیاز به یک دستگاه تزریق 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.

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 هم دیگر مواد.

یک نرم افزار طراحی قالب و طراحی قطعه. در مقالا 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

• 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

مواد مورد استفاده در پرینت سه‌بعدی باید مقاومت حرارتی و فشاری بالایی داشته باشند. رزین‌های مقاوم به حرارت 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.

• پرداخت 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.

پرینت سه بعدی از قالب :

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.

• 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 خروج قطعه از قالب بهتر است 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.

استفاده از حمام آب را برای خنک کردن سریع 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.

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.

در آخر

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