Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Rezanje s smolo: prehod od CAD do plastičnih delov za inženirske razrede

Sintetični polimeri imajo pomembno vlogo v skoraj vsakem komercialno proizvedenem izdelku na planetu. Plastika ni le povsod prisotna, temveč je izredno vsestranska: nekateri od njih so neverjetno raztegljivi, medtem ko so nekateri trdi kot žeblji; nekateri so kristalno jasni, drugi prihajajo v vse barve mavrice; nekateri lahko preživijo ekstremne temperature, drugi pa lahko ustavijo žogico sredi leta.

Ko pomislite na vse to, je težko verjeti, da so tudi za ljubitelje 3D, ki so navajeni na 3D proizvodnjo, inženirske plastike še vedno tabu. Seveda, lahko imamo 3D tiskalnike, vendar izhod iz cenovno dostopnih PLA in ABS ekstruderjev ni niti blizu moči ali raznolikosti poceni brizganih delov. Lastniki CNC-mlinov prav tako nimajo razloga, da bi bili samozavestni: večina se jih v celoti skriva pred plastiko ali se zateka k poceni, a slabo delujočim materialom, kot je akril ali HDPE.

Nenavadno je, da ni razloga, da bi morale biti stvari takšne. Obstaja precej varna, poceni in preprosta tehnika, ki vam omogoča, da naredite neverjetno težke in natančne dele v vaši delavnici, v nekaj urah. Edini problem je, da so skoraj vse razpoložljive vadnice o tem procesu - znane kot kasting smole - napisali umetniki, drugi umetniki pa v mislih. Uporaba teh pristopov pri inženirskih projektih običajno ni dober načrt.

Izdelava vzorcev za enodelne kalupe

Če upoštevate običajne nasvete za razmnoževanje ročno izdelanih delov, boste dobili navodilo, da prvotni izdelek prevlečete ali potopite v upogljiv material, kot je alginat ali silikonska guma. Ko je to storjeno - in lupina popolnoma ozdravljena - boste morali odrezati to gumijasto blob odprto in pridobiti prvotni model. Na tej točki boste v votlo praznino zapolnili še eno duroplastično spojino, ki bo dobila obliko začetnega dela - in zategnite celotno zaprto stvar.

Ta postopek deluje, vendar ima številne pomanjkljivosti, še posebej, če želite dobiti predvidljive rezultate - in jih želite hitro dobiti. Na primer, lahko je obdavčitev, če zgradimo ustrezno škatlo za kalup, nato pa jo pravilno pritrdimo in usmerimo v njej. Lahko je prav tako težavno odstraniti izvirni del, ne da bi uničil model, lupino ali oboje. Vraga, celo spravljanje plesni nazaj skupaj brez ogrožanja dimenzijske natančnosti nastalega dela je povsem izziv sam po sebi.

Na srečo se je vsem tem težavam mogoče izogniti, ko se ukvarjate z računalniško oblikovanimi deli: vse, kar morate storiti, je, da pritrdite želeno geometrijo na CAD-skicirano votlino plesni in tako ustvarite pozitiven kalup, znan kot vzorec - in ga nato skupaj izdelate v en korak. O kompleksnejših primerih bomo govorili kasneje, za zdaj pa se bomo lotili dela z ravnim dnom in omejenimi podrezki. V takem scenariju je lahko vzorec tako nepomemben:

Oblikovanje enostavnega vzorca za enodelno gumo.

Dodajanje škatle okrog dela ima precej skromen vpliv na 3D tiskanje, vendar naredi veliko pozitivno razliko za CNC rezkalna dela. To je zato, ker lahko hitro naredite vzorec na vrhu prevelikega materiala zalog, pri čemer večina ostane nedotaknjena za prihodnjo uporabo. To vam prihrani denar, čas in odpravlja skrbi za pritrditev dela, tako da ne odleti pod orodje.

CNC mlin, ki zaključuje kompleksen kalup za planetno gonilo na vrhu naključnega bloka materiala. Strojna obdelava teh orodij bi bila veliko bolj zahtevna in potratna.

Vzorci se lahko izdelajo iz katerega koli materiala, ki se enostavno obdeluje in daje predvidljive rezultate. Pri 3D ekstruderjih to običajno pomeni PLA. Pri CNC mlinih, bi moral vhodni stroj in HDPE delovati sprejemljivo dobro, čeprav vedno priporočam bolj predvidljivo in cenejšo alternativo: prototipne plošče srednje gostote. Moja najljubša sorta je RenShape 460 - lahka in dokaj trpežna snov, ki deluje kot maslo, vendar prinaša neverjetno natančne podrobnosti:

Večji CNC obdelovalni vzorec v RenShape 460. Ta material stane nekaj centov na kubični in je dejansko cenejši od obdelovalnega voska.

Izdelava negativnih plesni

S pripravljeno votlino vzorca moramo najti ustrezen material, ki bo tvoril fleksibilen, negativen kalup. V umetniških aplikacijah so takšne kalupe običajno narejene iz lateksa, alginata, polisulfidnih kavčukov ali silikonov, obdelanih s kositrom. Vse te možnosti imajo pomembne slabosti - od slabe moči do izrazite toksičnosti - in prispevajo k dojemanju, da je izdelava plesen grdo vprašanje.

V natančnem delu je edina koristna izbira dvokomponentni silikoni, obdelani s platino. Ti materiali so nestrupeni in brez vonja; Poleg tega njihov način polimerizacije zagotavlja izjemno visoko dimenzijsko natančnost. Nastala guma je izjemno trda, odlikuje odlične karakteristike odboja, je odporna na kemikalije in ima naravno nelepljivo površino, ki se enostavno loči od vzorca in končnih delov. Skratka, platinski silikoni so eden najlepših polimerov, s katerimi se lahko igrate doma.

Nalivanje silikona v obdelan vzorec.

Skozi leta sem preizkusil približno ducat različnih gumarskih gum, od katerih so bile številne iz priljubljenih proizvajalcev, ki so usmerjene v ljubitelje, in da je prijazno, je zelo enostavno končati z sorto, ki je preveč viskozna, preveč krhka. ali preveč mehka za majhne dele. Pripravil sem podroben vodnik za izbiro prave formulacije; če nimate časa za to, menim, da dva izdelka resnično zapuščata konkurenco v prahu: lahkoten Quantum Silicones QM 262 z nizko viskoznostjo in skoraj neuničljive, prosojne silikone Inc XP-592. Oba izdelka stanejo približno 15 dolarjev na funt in navadno prihajajo v kompletih 10-12 lbs.

Ko je izbrana sestava za izdelavo kalupov, je celoten postopek ulivanja skoraj nerodno preprost: smola se nekaj minut zmeša, vlije v kalup in pokrije z ravnim slojem plastike nekaj ur. To je v resnici.

Silikonski kalup. Upoštevajte brezhibno pobiranje podmilimetrskih podrobnosti, vključno z drobnimi izboklinami in tankimi stenami.

No, če smo pošteni, je vredno vzeti še en korak: zagotoviti odlično reprodukcijo zapletenih podrobnosti, ne da bi prirezali nohte, je pametno dobiti vakuumsko napravo za odplinjevanje. Izraz je lahko grozljiv, vendar naprava ni: majhna in sorazmerno tiha vakuumska črpalka stane okoli 100 dolarjev, razpuščen vakuumski kozarec iz polikarbonata pa se prodaja za manj kot 60 dolarjev. Dva ali tri minute pod vakuumom zagotovite, da med plesnijo in še vedno tekočo smolo ne bo ujet zrak, in končali ste.

Vakuumsko odplinjevanje pomaga preprečiti uhajanje zraka na hiter, enostaven in zanesljiv način.

Uporabite lahko tudi več drugih naprav, kot je nanos gume s čopičem ali brizgo - vendar, odkrito povedano, z izjemo zelo preprostih geometrij, ni vredno vašega časa.

Odlivanje končnih delov

Takoj, ko je negativna plesni pripravljena, lahko začnete izdelovati končne dele. Potek dela je zelo podoben zgoraj opisanim korakom: dvokomponentna smola (po izbiri pigmentirana s splošno razpoložljivimi super-poceni barvili) se temeljito premeša, vlije v fleksibilni kalup, na kratko razplini pod vakuumom in končno prekrije z ravna folija iz nelepljive plastike - polipropilen ali HDPE.Tako je: polimerizacijska reakcija se pojavi in ​​v nekaj urah se končni deli lahko odstranijo iz kalupa.

Končni deli na poti; današnja barva je modra. Kalupi so prekriti s polipropilensko folijo in stehtani, da se zagotovi gladkost in izogibanje bliskanju. Ker je kalup izdelan iz dokaj toge gume, ohranja odlično dimenzijsko natančnost tudi pri težkih obremenitvah.

Sam postopek litja je preprost, vendar je izbira prave plastike lahko izziv: veliko priljubljenih smol, ki se prodajajo pod hobijem, so smrdeče, škodljive, imajo znatno krčenje, prehitro ali prepočasi ali preprosto izdelujejo tanke dele. Mogoče ne bo pomembno, če izdelujete dekorativno folijo - toda za funkcionalno mehansko sestavo bo verjetno. Da bi se izognili neprijetnim presenečenjem, se morate izogibati epoksidom in poliestrom; poliuretani so veliko boljša izbira. Ta družina izjemno vsestranskih polimerov lahko zvesto približa skoraj vsako drugo vrsto plastike ali gume - in ponuja odlično odpornost in natančnost merjenja.

Žal pa je večina poliuretanskih kompozicij, ki se tržijo umetnikom in drugim DIYerjem, skoraj zagotovo razočarala. Da bi se izognili običajnim pastem, si lahko še enkrat ogledate ta poglobljen vodnik; vendar na kratko priporočam, da se držim inovativnih polimerov, malo znanega proizvajalca iz Michigana. Zdi se, da se ne osredotočajo na oboževalce, ki se ukvarjajo s hobijem, vendar imajo izjemno paleto vrhunskih plastičnih mas za delavnice, ki so varne za zahtevne aplikacije (in za prepariranje - vaša domneva je tako dobra kot moja!). Zlasti njihova smola IE-3075 se ne ujema: izjemno je močna in trdna, skoraj v vseh pogledih prekaša brizgani najlon ali ABS. Prav tako pomembno je, da je delo z lahkoto in da je umazanija poceni, prodaja za manj kot 8 dolarjev na funt.

Deli mikro-lestvice, izdelani iz Inovativnih polimerov IE-3075 (barvani oranžni) in OC-7086 (čistilo vode). Natančnost - CAD model do končnega dela - je boljši od 5 µm.

Inovativni polimeri imajo tudi izbrane primerljive, UV-odporne, kristalno čiste smole (npr. TD 283-18), vrsto neuničljivih, raztegljivih gume z izjemno odpornostjo proti obrabi in rezanju (serija HP-21xx) in še veliko več . Res je, če ste v Severni Ameriki in želite iti s kastingom, je zločin, da ne poskusite.

Previdno je beseda: čeprav so smole, omenjene v tem članku, varnejše od večine formulacij, uporabljenih pri umetniškem delu, so še vedno temeljile na dokaj reaktivnih kemikalijah in jih je treba obravnavati s spoštovanjem. Pred začetkom projektov za ulivanje se seznanite s tehničnimi listi o varnosti izdelka in pregledajte varnostne nasvete o delavnicah za zdravo pamet.

Kaj pa bolj zapleteni deli?

Dobro vprašanje! O tej temi smo se poglobili že prej, vendar je čas, da dohitimo. Za geometrije, ki jih ni mogoče zlahka vleči v enodelne kalupe - na primer, ker nimajo ravnega dna ali ker imajo izrazito podstrešje - morate izdelati kalup, ki je sestavljen iz dveh ali več med seboj povezanih zamaškov. Ideja lahko zveni zastrašujoče in vključuje malo 3D reševanje problemov - vendar v večini primerov naloga ni tako težka, kot se zdi. Eden od številnih možnih pristopov je prikazan spodaj:

Ustvarjanje vzorcev za negativni plesni iz dveh delov. Tudi v bližini ločilne črte se doda zelo tanek liti, da se smola vbrizga z brizgo.

Pravzaprav lahko večdelni kalupi poenostavijo vaše življenje. Neposredno izdelava zgoraj prikazanega dela bi bila težavna, saj se poceni 3D tiskalniki težko spopadajo s previsi, medtem ko vhodni tritočkovni CNC-mlinčki ne morejo obvladati prerezanih delov (razen če ročno zavrtite obdelovanec sredi rezanja) zaposlitev). Pristop deljenega vzorca odpravlja to težavo: vsi posamezni kalupi imajo preproste oblike in se kasneje združijo z monolitnim delom z bolj zapleteno geometrijo.

Zadnje besede

Rezanje s smolo ni srebrna krogla - vendar ponuja privlačne koristi tudi za enkratne dele in ne pridobi priznanja, ki si ga zasluži v skupni DIY 3D skupnosti. Ko dobite obešen proces, so lahko stroški, ki so vključeni v sistem, presenetljivo nizki - in v mnogih primerih lahko pristop dejansko poenostavi vaše projekte, pri čemer se izognete omejitvam 3D tiskalnikov in CNC mlinov.

V zameno za rahlo daljšo pot, lahko smolna litina hitro zaganja dele s skoraj vsemi mehanskimi lastnostmi, od resničnih gume do eksotičnih kompozitov. Pravzaprav, tudi če se omejite na eno samo vrsto poliuretanske smole, še vedno dobite presenetljivo stopnjo prilagodljivosti: polnila, kot so brušena steklena vlakna ali steklene mikrosfere, se lahko uporabijo za izdelavo trdih kompozitov ali ultra lahkih sintaktičnih pen v mešanico vržemo žlico prahu.

Najboljše od vsega, ko imate negativno plesen ali dva, lahko svoje dele posnemate v velikih količinah, skoraj brez stroškov in veliko hitreje, kot bi jih lahko natisnili ali obdelali. Za spremembo videza potrebujete le kapljico barve in dobro mešanje. Noben drug pristop se celo ne približuje temu.

Mikrominaturni planetni menjalnik, izdelan z uporabo procesov in izdelkov, obravnavanih v tem članku - in ne veliko drugega.

Ta objava je bila prvotno objavljena 2. maja 2013 in komentarji za WordPress so zdaj zaprti.

Delež

Pustite Komentar