Termoformowanie i formy drukowane 3D
Termoformowanie – proces formowania płaskiego arkusza tworzywa sztucznego do żądanego kształtu – popularna metoda wykonywania opakowań i plastikowych obudów.
Proces termoformowania polega na wstępnym podgrzaniu arkusza tworzywa (co nadaje mu plastyczności) a następnie nałożenie go na formę poprzez odessanie powietrza. Formy typowo wykonywane są na frezarkach z aluminium.
Druk 3D pozwala stworzyć analogiczną formę w znacznie krótszym czasie i niższym kosztem, sama forma nie jest prototypem, umożliwia wykonanie produkcji wieloseryjnej. Niewątpliwą zaletą jaką daje druk 3D jest możliwość wydrukowania formy z mikro otworami o średnicy poniżej 1mm – bardzo usprawnia to proces termoformowania (Jeśli forma zostanie wydrukowana przy użyciu profesjonalnej drukarki 3D(technologia MJP) to otwory mogą mieć średnicę nawet 0.5mm i praktycznie nieograniczoną głębokość).
Przy projektowaniu formy, która będzie wykonana przy pomocy drukarki 3D nie musimy martwić się o ograniczenia, które narzuca nam tradycyjna frezarka – nie ma wymogu stosowania zaokrągleń, nie trzeba obawiać się tego czy frez o danej średnicy będzie wstanie wykonać zaplanowaną głębokość wycięcia. Znacząco przyspiesza to pracę projektantów i praktycznie eliminuje błędy projektowe.
Proces termoformowania przy użyciu formy z drukarki 3D składa się z 5 kroków
1) Projekt i druk 3D formy. Do wykonania formy możemy użyć jedną z technologii : FDM, CJP, MJP, SLA .
2) Przygotowanie formy – Jeśli jest taka potrzeba formę można wypolerować by posiadała gładsze ściany, następnie należy umieścić i przymocować formę do maszyny termo formującej .
3) Przygotowanie arkusza tworzywa – użyć można dokładnie tych samych tworzyw, co w przypadku termoformowania przy użyciu metalowych form, należy zapewnić czystość materiału.
4) Proces termoformowania – ułożony arkusz plastiku zostanie nałożony na formę. Maszyna odsysając powietrze zapewni idealne odwzorowanie kształtu.
5) Wyjęcie i oddzielenie form od ukształtowanego arkusza plastiku.
Którą technologia druku 3D wybrać do stworzenia formy
Każdy rodzaj druku 3D ma swoje charakterystyczne punkty, które wpłyną na końcową jakość, cenę, szybkość powstania formy. Przy wyborze rodzaju druku 3D należy rozpatrzyć:
- Wielkość produkcji jaka ma być wykonana na formie.
- Oczekiwaną jakość powierzchni
- Dokładność i odzwierciedlenie detali
- Maksymalne możliwe do wykonania wymiary formy
- Czas, koszt potrzebny na druk 3D formy
Na podstawie powyższej tabeli doskonale widać, że wybrana technologia druku 3D ma duży wpływ na wiele parametrów otrzymanego negatywu – forma drukowana w FDM będzie wytrzymała, powstanie w krótkim czasie ale jakość powierzchni może być niezadowalająca. Z drugiej strony forma z MJP z pewnością nada się do precyzyjnych detali ale koszt takiej formy może być znacznie wyższy.
Wskazówki do projektowania i wytwarzania form pod termoformowanie
W celu obniżenia kosztów, formę należy zaprojektować jako skorupę wzmocnioną żebrami, oszczędzi to znaczną ilość potrzebnego do druku 3D materiału przy zachowaniu odpowiedniej sztywności formy
Otwory wentylacyjne w zagłębieniach i narożnikach (dodane na etapie projektu formy) – wyeliminują konieczność dodatkowej obróbki formy po druku 3D i znacząco polepszą odwzorowanie kształtu.
W technologi FDM ustawienie najmniejszej możliwej grubości warstwy zminimalizuje widoczność poszczególnych warstw
W technologii CJP poddanie formy procesowi piaskowania, wygładzi jej powierzchnie.