25Янв

Как делается пластик: Из чего изготавливают пластик | «Афива»

Окружающий мир. Из чего делают пластмассу и что потом с ней делать: irinapotter — LiveJournal

Занимаясь с детьми всегда открываешь для себя много нового. Пока я готовила материал для занятий по окружающему миру — прочла много интересного про Полярную звезду (я даже не знала, в чем ее особенность) и размеры Вселенной, историю Олимпийских игр и наконец-то сама перестала путать пресмыкающихся и земноводных :). Но одна тема задела меня особенно.

Из чего делают пластмассу

Сейчас мы изучаем раздел «хозяйство». Изучаем довольно поверхностно, поскольку профессии, производство хлеба и подобные вопросы мы раньше уже затрагивали. Но, чтобы вспомнить посмотрели несколько видео (спасибо Татьяне), в том числе и про изготовление пластмассы.

И все бы хорошо. Ролик нарисован довольно понятно. Но до этого мы с Варварой знакомились с темой загрязнения мирового океана и многие вещи меня шокировали.Я просто никогда не задумывалась об этом! Мне всегда было жалко выбрасывать стекло, но о пластмассе я просто не думала. А многие предпочтут вообще ухмыльнуться и махнуть на это рукой. Ведь мы уже не можем отказаться от пластик.

Куда уходит пластик…


  • Пластмасса — неестественный для природы материал и потому практически не разлагается. Пластик не «переварится» землей и не вернется в землю.

  • Полимеры изготавливают из не возобновляемого природного ресурса — нефти и газа.

  • Примерно 150 млн. тонн пластмассы производится ежегодно и этот объем увеличивается.

  • Практически 90% из того, что было произведено мы выбросим сразу или в течении нескольких месяцев (пакеты, бутылки, упаковки, зажигалки и тому подобное).

  • Пластиковые отходы нельзя складировать или закапывать. Пластик впитывает из воды токсичные вещества, эти соединения просачиваются в грунтовые воды.

  • Пластиковые отходы опасно жечь, при сжигании образуются токсичные газы, опасные для человека и атмосферы.

  • Пластиковые отходы можно перерабатывать, но на переработку идет лишь 5%, и предметы из переработанного пластика в третий раз переработать нельзя, они тоже не будут естественно разлагаться. Это лишь небольшая отсрочка и успокоение совести. Хотя это все-таки лучше.

  • «Биоразлагаемые» пластики — в большинстве маркетинговый ход, нет совершенно безопасных пластиковых отходов.

…в какие города

В мире есть города-свалки, куда из Европы и США свозят технологический и электронный мусор. Токсичные вещества в почве, воде и воздухе в этих местах превышают все мыслимые нормы. Но мы ведь этого не видим. Мы бросили мусор в мешок, мешок погрузили в машину, и мы наслаждаемся чистотой, удобством и одноразовыми вещами. А люди в городах-свалках редко доживают до 30 лет.

Пластиковая каша мирового океана

Но большинство отходов путешествуют сами по себе. В мировом океана существуют пять больших «мусороворотов», куда мировое течение сносит пластиковый мусор. Самое большое — Тихоокеанское мусорное пятно, или, как его называют, восточный мусорный континент. Это пятно взвеси крупных и мелких пластиковых частиц площадью около 700 — 1,5 млн квадратных километров, содержащие более ста миллионов тонн мусора.


  • В некоторых местах пластика в воде в несколько раз больше, чем планктона.

  • Пластик не разлагается, а рассыпается под воздействием води и солнца, и каждая его частичка становится токсичной. Сотни тысяч морских животных страдает от отравлений. Некоторые токсины вызывают гормональные сбои.

  • Черепахи погибают, глотая пластиковые пакеты, которые они принимают за медуз. Птицы кормят птенцов пластиковыми крышечками от бутылок.

Можно ли прожить без пластика

И пока ученые ищут более совершенные и коммерчески оправданные способы утилизации пластмассы и электронного мусора, мы его ежегодно и ежедневно пополняем. И мы уже не может отказаться от этого.

Для ребенка вся эта информация пока не понятна и сложна для восприятия. Но многие вопросы мы обсудили о том, что мы может сделать в кругу нашей семьи, нашего дома.

В стартовом ролике много преувеличений. Отсутствие пластмассы не вернет нас в каменный век, разумеется. Мы всегда покупали одежду только из хлопка и льна, мебель у нас деревянная, но мы не может отказаться от бытовой техники, зубной пасты и щетки, баночек для шампуней, выключателей и розеток, и сотни других вещей, наполняющих наш дом.

Мой муж, например, очень любит выкидывать. Для него легкость покупки и смены вещей — это что-то вроде символа удобства и состоятельности. И мои предложения, например, не выбрасывать бутылку, а налить воду дома и взять с собой, вместо того, чтобы покупать опять — он воспринимал только как скряжничество.

Но! наконец-то мы договорились обходиться без мелких игрушек из киндер-сюрпризов и Макдональдса! Я давно борюсь с ними. Как и вообще с частыми покупками мелких дешевых игрушек, большинство из которых не несут никакой пользы, кроме коммерческого дохода их создателям. Огромная индустрия псевдо-игрушек, направленных на коллекционирование, постоянные покупки, позволяющая нам «откупаться» от детей.

Мы постараемся чаще обращать внимание на альтернативы: деревянные и текстильные игрушки, жестяную и бумажную упаковку (например, яиц), не забывать брать с собой в магазин сумки, вместо десятка (!) пакетиков, которые здесь дают в супермаркетах, стараться продлить срок жизни вещей и вообще продуманно относиться к каждой новой вещи, переступающей порог нашего дома.

Да, это будет капля в море, вернее в океане с мусором. Но это ведь не оправдание не делать вообще ничего.

Из чего делают пластмассу и вторичная переработка отходов

Вы когда-нибудь задумывались, из чего делают пластмассу?Пластмасса или пластик — это вещество, изготовленное на основе высокомолекулярных соединений — полимеров с добавлением различных наполнителей, стабилизаторов, пигментов, пластификаторов и прочих добавок. Она является очень долговечным веществом, которое очень долго разлагается, примерно 100 — 200 лет, выделяя токсины и яды во внешнюю среду под воздействием внешних влияний. Прием такого мусора производят специальные организации, заводы и фабрики.

Содержание

  1. Роль пластмасс в современной жизни
  2. Способы переработки
  3. Механический
  4. Физико — химический

Роль пластмасс в современной жизни

Мусор и отходы пластмасс стремительно накапливаются на свалках в наше время и могут привести к экологической катастрофе.  Утилизация и прием мусора является решением этой глобальной проблемы, ведь она не только позволяет улучшить экологическую обстановку, но и сэкономить огромные средства на производстве изделий.

Прием, вторичная переработка пластмасс и производство пластмассовых изделий из мусора на сегодняшний день является довольно рентабельным бизнесом.
Сегодня в промышленном производстве выпускается огромное количество полимерных материалов. Они активно используются в строительстве, машиностроении, производстве мебели, электронной промышленности и прочих отраслях. Из такого мусора делают даже повседневную одежду.

По способности к переработке они делятся на группы:

  • Термопласты. Эти полимерные вещества можно перерабатывать без потери эксплуатационных качеств. Его можно многократно нагревать и придавать ему новую форму, производя новые продукты из бытового и мусора от производства.
  • Реактопласты. При производстве происходит необратимая химическая реакция, которая называется «полимеризация», поэтому переплавлять и изготовлять новые изделия из него нельзя.
  • Газонаполненные пластмассы. Являются легким пластическим материалом. Переработке подлежат термопластичные материалы, такие как, пенополистирол и пенопласты на основе поливинилхлорида. Не перерабатываются термореактивные материалы — пенополиуретан, пенопласты на основе фенолоформальдегидных смол.
  • Эластомеры. Это упругий, высоко эластичный полимерный материал, обладающий способностью растягиваться до размеров, превышающих его собственную длину и возвращаться в исходную форму без видимых изменений. К ним относятся различные виды резины и каучука. Перерабатываются способом мастификации.

Способы переработки

В настоящее время все виды пластмасс поддаются переработке. Разделают два способа: механический и физико-химический.

Механический

При переработке пластика механическим способом пластмассовые отходы измельчают, после чего формируют из них порошковую смесь — пластмассовую крошку, которая затем подвергается литью. Физико — химические свойства пластмассы в итоге не изменяются.

Основы технологии переработки пластмасс способом литья заключаются в плавлении материала с его последующим заливанием в пресс — форму под давлением, благодаря чему происходит производство изделия. В процессе охлаждения изделие приобретает твердую форму.

Физико — химический

В процессе этого типа переработки изменяется структура и физико — химические свойства материала.

Методы переработки пластмассы этой группы отличаются богатым разнообразием:

  1. Метод деструкции, во время которого полимерная составляющая материала распадается на мономерные и олигомерные соединения. Из полученного вторсырья изготавливают различные волокна и пленки.
  2. Метод повторного плавления, позволяющий производить гранулят и изделия при помощи технологических методов литья под давлением и экструзии — формирование продукта из жидкой, расплавленной массы полимера методом его продавливания через специальное отверстие, придающее ему форму. Метод повторного плавления является самым популярным способом обработки.
  3. Метод переосаждения из растворов, при котором возможно получить порошок для нанесения полимерных покрытий, а также изготовлять композиты.
  4. Метод химической модификации, позволяющий полностью изменять физические и химические свойства полимеров и производить из них новые изделия.

Перед переработкой мусора он классифицируются на виды пластмасс и сортируется. На этом этапе материал отделяется от прочих компонентов, после чего очищенные полимерные соединения измельчаются в крошку при помощи дробилок.

Далее материал отмывается в растворе каучуковой соды и сушится. Из полученного вторсырья производят огромное количество изделий, например:

  • Лаковые покрытия
  • Фотопленку
  • Разнообразные материалы для производства веревок
  • Легкорастворимые клеи
  • Литьевые пластмассы

Развитие отрасли переработки полимеров постепенно растет, а пользу для экологии планеты невозможно переоценить. Переработка пластмасс позволит избежать скопления мусора, складирования этого опасного в процессе разложения материала на свалках. На данный момент огромное количество пластиковых отходов лежит на свалках. Осознавая как долго разлагается этот материал, становится страшно. Ведь каждый день любой из нас контактирует с пластиком. Если пускать эту проблему на самотек, то со временем станет только хуже. Раздельный сбор и вторичная переработка необходимы.

Как делают пластмассы и что нужно о них знать

Пластмассы повсюду вокруг нас, но что вы на самом деле знаете о них? Давайте подробно рассмотрим этот невероятно важный и богатый материал. Мы обсудим, как они создаются, идентифицируются и классифицируются.

Что такое пластик?

Пластмассы представляют собой синтетические материалы, которые изначально получают из органических продуктов, таких как углеводородное топливо (уголь, природный газ и сырая нефть), соль, песок и ряд других возможных компонентов. Производство начинается с процессов дистилляции и крекинга на нефтеперерабатывающем заводе, в которых из совокупности сырья выделяются фрактальные группы последовательно более легких углеводородных соединений. Особый интерес для пластмассовой промышленности представляет ряд очищенных углеводородных дистиллятов, известных под общим названием нафта и используемых в качестве ключевых компонентов в процессе производства пластиковых полимеров (примеры включают этилен C 2 H 4 , пропилен C 3 H 6 и бутен C 4 H 8 ).

Как создаются пластмассы?

Большинство пластиков получают в результате одного из двух основных процессов: полимеризации или поликонденсации, иногда известных как рост цепи и ступенчатая полимеризация соответственно. В обоих случаях нефтяные дистилляты объединяются со специфическими катализаторами для создания новых, обычно более крупных молекул. Оба процесса происходят в реакторе, где добавляется тепло, заставляющее маленькие молекулы объединяться в более крупные (известные как пластмассы). Образующиеся большие молекулы обладают уникальными свойствами в зависимости от специфики процесса. Хотите более подробное объяснение? Читайте ниже, чтобы понять химию создания пластмасс.

Как идентифицировать пластик?

Пластиковые полимеры обладают уникальными свойствами в зависимости от их конечной структуры, размера и конкретных мономерных компонентов, из которых они изготавливаются в процессе производства. Они классифицируются по нескольким признакам:

  1. Термопласты или Термореактивные материалы

  2. Аморфный или Полукристаллический

  3. Гомополимеры или Сополимеры

Классификация как термопласт или термореактивный материал связана с тем, как пластик после его создания реагирует на тепло.

  1. Термопласты: Пластмассы, которые можно нагревать до точки плавления, охлаждать и снова нагревать без существенной деградации.

    Вместо сжигания термопласты разжижаются, что позволяет легко формовать их под давлением, а затем перерабатывать. Примеры включают два пластика, очень часто используемых для литья под давлением (ABS и полиоксиметилен, то есть POM или ацеталь). Термопласты гораздо более распространены, чем термореактивные. Их структура включает ряд повторяющихся единиц, объединенных в единую молекулу, организованную в виде линейной последовательности.

  2. Термореактивные материалы: Пластмассы, которые можно нагревать только один раз (обычно в процессе литья под давлением). Первый нагрев вызывает схватывание термореактивных материалов (аналогично двухкомпонентной эпоксидной смоле), что приводит к химическому изменению, которое невозможно обратить. Если вы попытаетесь нагреть термореактивный пластик до высокой температуры во второй раз, он просто сгорит. Эта характеристика делает термореактивные материалы плохими кандидатами на переработку. Примеры включают полиуретан (PUR).

    Молекулярная структура термореактивных пластиков представляет собой двумерную или трехмерную сетку, в отличие от одномерной линейной цепочки (как в случае термопластов).

Классификация как аморфный материал или полукристаллический материал связана с молекулярной структурой материала. Аморфные («бесформенные») материалы лишены дальнодействующей симметрии или упорядоченной структуры кристаллических материалов. В результате аморфные материалы постепенно размягчаются при воздействии тепла. Полукристаллические материалы, напротив, имеют более упорядоченную структуру и имеют очень острые точки плавления (это означает, что они переходят из твердого состояния в жидкое в очень небольшом диапазоне температур). Полукристаллические материалы будут оставаться в твердом состоянии до тех пор, пока не будет поглощено определенное количество тепла, после чего они быстро перейдут в жидкость.

Классификация как гомополимера или сополимера связана с мономерным составом конечного материала. Мономер — это меньшая молекула, которая связывается с другими небольшими молекулами (другими мономерами) с образованием более крупной молекулы (полимера). Думайте о мономерах как о простейшей повторяющейся единице (небольшой молекуле) в составе более крупной молекулы. Если конечный пластик изготовлен из мономера одного типа, то он классифицируется как гомополимер. Если пластик изготовлен из комбинации двух или более различных типов мономеров, он классифицируется как сополимер.

Как у гомополимеров (главным примером которых является Делрин), так и у сополимеров (которых существует множество примеров, читайте здесь) есть свои плюсы и минусы. Вот несколько характеристик, о которых стоит подумать:

 

  • Гомополимеры жестче.

  • Гомополимеры имеют более высокую ударную вязкость при комнатной температуре.

  • Гомополимеры имеют более высокую прочность на растяжение.

  • Гомополимеры

    имеют несколько более высокую рабочую температуру.

  • Гомополимеры немного тверже и более скользкие.

  • Сополимеры имеют лучшую размерную стабильность.

  • Сополимеры более устойчивы к химическим веществам.

  • Сополимеры менее пористые при экструзии.

 

Практически каждый день большая часть населения Земли использует пластик. Они имеют широкий спектр применения в огромном количестве отраслей. При разработке прототипов, производстве и литье под давлением мы ежедневно взаимодействуем с пластмассами. Некоторые пластмассы используются в инженерных целях (технические пластмассы), в то время как другие легко доступны в производстве, легко обрабатываются или печатаются на 3D-принтере. Доступность и возможность использования на протяжении всего процесса проектирования и разработки, а также пригодность для использования в конечном продукте могут оказать существенное влияние на выбор пластика для ваших продуктов.

Есть вопросы или нужна рекомендация по пластику? Свяжитесь с нами сегодня!

Бонус: Какая химия стоит за созданием пластмасс (для тех, кто хочет более подробного объяснения):

  1. Полимеризация с ростом цепи включает соединение одного мономера с другим с последующим последовательным добавлением дополнительных мономеров к основной группе. В результате получается длинная полимерная цепь с уникальными характеристиками (размером, структурой и химическими свойствами). Молекулярные связи образуются посредством радикальных реакций (то есть в них участвуют молекулы или атомы с неспаренными валентными электронами). Полимеризация с ростом цепи обычно включает двойные или тройные углеродные связи в качестве молекулярной основы более крупной структуры и не связана с потерей молекул во время ее синтеза.

  2. Ступенчатая полимеризация включает ряд последовательных стадий реакции, в которых молекулы меньшего размера (обычно мономеры, включающие гетероатомы, такие как кислород и азот) объединяются путем соединения с соседними мономерами с образованием димера («двух частей») и побочного соединения.

    продукт (конденсат). Димеры могут стать тримерами («три части»), тетрамерами («четыре части») и так далее. Ступенчатая полимеризация обычно включает потерю небольших молекул во время синтеза (обычно вода выделяется в виде конденсата), или конечная молекула содержит гетероатомы (атомы, отличные от углерода и водорода) как часть их основной структуры. Из-за выделяющегося при синтезе конденсата пластмассы, полученные в результате ступенчатой ​​полимеризации, часто называют конденсационными полимерами.

Руководство по производственным процессам для пластмасс

Пластмассы являются наиболее распространенными материалами для производства деталей и изделий конечного использования, от потребительских товаров до медицинских устройств. Пластмассы — это универсальная категория материалов с тысячами вариантов полимеров, каждый из которых имеет свои особые механические свойства. Но как изготавливаются пластиковые детали?

Разработано множество процессов производства пластмасс, охватывающих широкий спектр областей применения, геометрий деталей и типов пластмасс. Для любого проектировщика и инженера, занимающегося разработкой продукции, очень важно быть знакомым с вариантами производства, доступными сегодня, и новыми разработками, которые показывают, как детали будут производиться завтра.

В этом руководстве представлен обзор наиболее распространенных производственных процессов для изготовления пластиковых деталей, а также рекомендации, которые помогут вам выбрать наилучший вариант для вашей области применения.

При выборе производственного процесса для вашего продукта учитывайте следующие факторы:

Форма:  У ваших деталей есть сложные внутренние особенности или жесткие требования к допускам? В зависимости от геометрии конструкции варианты изготовления могут быть ограничены или может потребоваться значительная оптимизация конструкции для производства (DFM), чтобы сделать их производство экономичным.

Объем/стоимость:  Какой общий или годовой объем деталей вы планируете производить? Некоторые производственные процессы имеют высокие первоначальные затраты на инструменты и настройку, но производят детали, которые недороги в расчете на одну деталь. Напротив, производственные процессы с малым объемом производства имеют низкие начальные затраты, но из-за более медленного времени цикла, меньшего количества автоматизации и ручного труда стоимость одной детали остается постоянной или снижается лишь незначительно при увеличении объема.

Время выполнения:  Как быстро вам нужно изготовить детали или готовую продукцию? Некоторые процессы создают первые детали в течение 24 часов, в то время как подготовка инструментов и настройка для некоторых крупносерийных производственных процессов занимают месяцы.

Материал:  Каким нагрузкам и напряжениям должен противостоять ваш продукт? Оптимальный материал для данного применения определяется рядом факторов. Стоимость должна быть сбалансирована с функциональными и эстетическими требованиями. Рассмотрите идеальные характеристики для вашего конкретного применения и сравните их с доступными вариантами в данном производственном процессе.

Загрузите версию этой инфографики в высоком разрешении здесь.

Видеоруководство

Не можете найти лучшую технологию 3D-печати для ваших нужд? В этом видеоруководстве мы сравниваем технологии FDM, SLA и SLS с учетом популярных соображений покупателей.

Смотреть видео

Пластмассы бывают тысяч видов с различным базовым химическим составом, производными и добавками, формула которых охватывает широкий спектр функциональных и эстетических свойств.

Чтобы упростить процесс поиска материала, наиболее подходящего для данной детали или продукта, давайте сначала рассмотрим два основных типа пластика: термопласты и реактопласты.

Термопласты являются наиболее часто используемым типом пластика. Главной особенностью, которая отличает их от реактопластов, является их способность проходить через многочисленные циклы плавления и затвердевания без существенной деградации. Термопласты обычно поставляются в виде небольших гранул или листов, которые нагреваются и формируются в желаемую форму с использованием различных производственных процессов. Процесс полностью обратим, так как не происходит химического связывания, что делает возможной переработку или плавление и повторное использование термопластов.

Распространенные типы термопластичных материалов:

  • Акрил (ПММА)
  • Акрилонитрилбутадиенстирол (АБС)
  • Полиамид (ПА)
  • Полимолочная кислота (PLA)
  • Поликарбонат (ПК)
  • Полиэфирэфиркетон (PEEK)
  • Полиэтилен (PE)
  • Полипропилен (ПП)
  • Поливинилхлорид (ПВХ)

В отличие от термопластов, термореактивные пластмассы (также называемые термореактивными) после отверждения остаются в постоянном твердом состоянии. Полимеры в термореактивных материалах сшиваются в процессе отверждения под действием тепла, света или подходящего излучения. Этот процесс отверждения образует необратимую химическую связь. Термореактивные пластмассы разлагаются при нагревании, а не плавятся, и не восстанавливаются при охлаждении. Переработка термореактивных материалов или возврат материала обратно в его основные ингредиенты невозможна.

Распространенные типы термопластичных материалов:

  • Сложный эфир цианата
  • Эпоксидная смола
  • Полиэстер
  • Полиуретан
  • Силикон
  • Вулканизированная резина
  • 3D-печать
  • Обработка с ЧПУ
  • Полимерное литье
  • Ротационное формование
  • Вакуумное формование
  • Литье под давлением
  • Экструзия
  • Выдувное формование

3D-принтеры создают трехмерные детали непосредственно из моделей САПР, слой за слоем строя материал, пока не будет сформирована полная физическая деталь.

 

  1. Настройка печати:  Программное обеспечение для подготовки к печати используется для ориентации и компоновки моделей в объеме сборки принтера, добавления поддерживающих структур (при необходимости) и разделения поддерживаемой модели на слои.
  2. Печать:  Процесс печати зависит от типа технологии 3D-печати: моделирование методом наплавления (FDM) расплавляет пластиковую нить, стереолитография (SLA) отверждает жидкую смолу, а селективное лазерное спекание (SLS) сплавляет порошкообразный пластик.
  3. Постобработка:  По завершении печати детали удаляются из принтера, очищаются или промываются, подвергаются постотверждению (в зависимости от технологии) и удаляются опорные конструкции (если применимо).

Поскольку 3D-принтеры не требуют инструментов и требуют минимального времени настройки для нового дизайна, стоимость изготовления нестандартной детали незначительна по сравнению с традиционными производственными процессами.

Процессы 3D-печати, как правило, медленнее и трудоемче, чем производственные процессы, используемые для массового производства.

По мере совершенствования технологий 3D-печати стоимость одной детали продолжает снижаться, открывая более широкий спектр приложений для малых и средних объемов.

$$$
3D Printing
Form High degree of freedom
Lead time Less than 24 hours
Время цикла
Стоимость настройки $
Стоимость на часть $$$
Volume
Volume 0.3.

В то время как для большинства процессов производства пластмасс требуется дорогостоящее промышленное оборудование, специальные помещения и квалифицированные операторы, 3D-печать позволяет компаниям легко создавать пластмассовые детали и быстрые прототипы на месте.

Компактные настольные или настольные системы 3D-печати для создания пластиковых деталей доступны по цене и требуют очень мало места и не требуют специальных навыков, что позволяет профессиональным инженерам, дизайнерам и производителям сократить итерации и производственные циклы с дней или недель до нескольких часов.

На рынке представлено множество типов 3D-принтеров и технологий 3D-печати, а доступные материалы зависят от технологии.

Материалы для 3D-печати
Fused deposition modeling (FDM) Various thermoplastics, mainly ABS and PLA
Stereolithography (SLA) Thermoset resins
Selective laser sintering (SLS) Thermoplastics, typically nylon and его композиты

Белая книга

Ищете 3D-принтер для печати ваших 3D-моделей в высоком разрешении? Загрузите наш информационный документ, чтобы узнать, как работает SLA-печать и почему это самый популярный процесс 3D-печати для создания моделей с невероятной детализацией.

Загрузите информационный документ

Образец детали

Убедитесь сами и убедитесь в качестве Formlabs. Мы отправим бесплатный образец детали в ваш офис.

Запросить бесплатный образец Деталь

 

Обработка с ЧПУ включает в себя фрезерные станки, токарные станки и другие субтрактивные процессы, управляемые компьютером. Эти процессы начинаются с твердых блоков, стержней или стержней из металла или пластика, которым придают форму путем удаления материала путем резки, сверления, сверления и шлифования.

В отличие от большинства других процессов производства пластмасс, обработка на станках с ЧПУ представляет собой субтрактивный процесс, при котором материал удаляется либо вращающимся инструментом и неподвижной частью (фрезерование), либо вращающейся частью с неподвижным инструментом (токарный станок).

 

  1. Настройка задания: Для станков с ЧПУ требуется промежуточный этап создания и проверки траекторий (CAD-CAM). Траектории инструмента управляют тем, где перемещаются режущие инструменты, с какой скоростью и какой сменой инструмента.
  2. Обработка:  Траектории инструмента отправляются на станок, где начинается данный процесс вычитания. В зависимости от желаемой формы конечного продукта может потребоваться установить заготовку в новое положение, чтобы головка инструмента могла достигать новых областей.
  3. Постобработка:  После изготовления деталь зачищают, удаляют заусенцы, обрезают.

Механическая обработка идеально подходит для небольших объемов пластиковых деталей, требующих жестких допусков и геометрии, которые трудно формовать. Типичные области применения включают прототипирование и детали конечного использования, такие как шкивы, шестерни и втулки.

Обработка с ЧПУ имеет низкую или умеренную стоимость настройки и позволяет производить высококачественные пластиковые компоненты в короткие сроки из широкого спектра материалов.

Процессы обработки имеют больше ограничений по геометрии детали, чем 3D-печать. При механической обработке стоимость детали увеличивается с увеличением сложности детали. Подрезы, проходы и элементы на нескольких поверхностях деталей увеличивают стоимость детали.

Процессы обработки требуют припусков на доступ к инструменту, а определенные геометрические формы, такие как изогнутые внутренние каналы, трудно или невозможно изготовить с помощью обычных методов вычитания.

Обработка с ЧПУ
Form Medium degree of freedom
Lead time Less than 24 hours
Cycle time
Setup cost $$
Cost per part $$$$
Объем Обработка малых и больших объемов (~1-5000 деталей)

Большинство твердых пластмасс можно обрабатывать с некоторой разницей в сложности. Для более мягких термореактивных пластиков требуются специальные инструменты для поддержки деталей во время обработки, а пластики с наполнителями могут быть абразивными и сокращать срок службы режущего инструмента.

Некоторые часто обрабатываемые пластики:

  • Акрил (ПММА)
  • Акрилонитрилбутадиенстирол (АБС)
  • Полиамид нейлон (PA)
  • Полимолочная кислота (PLA)
  • Поликарбонат (ПК)
  • Полиэфирэфиркетон (PEEK)
  • Полиэтилен (PE)
  • Полипропилен (ПП)
  • Поливинилхлорид (ПВХ)
  • Поликарбонат (ПК)
  • Полистирол (ПС)
  • Полиоксиметилен (ПОМ)

 

Веб-семинар

На этом веб-семинаре вы узнаете, как проектировать и печатать на 3D-принтере приспособления и приспособления для замены механически обработанных деталей, а также узнаете о пяти способах повышения эффективности вашего производственного цеха с помощью 3D-печати.

Посмотреть вебинар сейчас

При литье полимеров реактивная жидкая смола или каучук заполняет форму, которая вступает в химическую реакцию и затвердевает. Типичные полимеры для литья включают полиуретан, эпоксидную смолу, силикон и акрил.

 

  1. Подготовка пресс-формы:  Форма покрыта разделительной смазкой для облегчения извлечения из формы и часто предварительно нагревается до определенной температуры материала.
  2. Литье:  Синтетическая смола смешивается с отвердителем и заливается или впрыскивается в форму, где она заполняет полость формы.
  3. Отверждение:  Отливка отверждается в форме до тех пор, пока не затвердеет (для некоторых полимеров нагревание формы может ускорить время отверждения).
  4. Извлечение из формы:  Форма открывается, и отвержденная деталь удаляется.
  5. Обрезка:  Дефекты литья, такие как заусенцы, литники и швы, обрезаются или шлифуются.

Гибкие формы, изготовленные из латексной резины или силиконовой резины, вулканизированной при комнатной температуре (RTV), недороги по сравнению с твердой оснасткой, но могут производить лишь ограниченное количество (от 25 до 100) отливок в результате химической реакции уретанов, эпоксидных смол, полиэстера. , а акрил разрушает поверхности формы.

9Силиконовые формы 0152 RTV позволяют воспроизводить даже мельчайшие детали, получая отливки высокого качества. Стереолитографическая 3D-печать – это распространенный способ создания мастер-форм для форм непосредственно из проектов САПР, отчасти благодаря высокому разрешению и аналогичной способности воспроизводить мелкие детали.

Литье полимеров относительно недорого, требует небольших первоначальных инвестиций, но термореактивные полимеры для литья обычно дороже, чем их термопластичные аналоги, а формование литых деталей требует больших затрат труда. Каждая литая деталь требует некоторого ручного труда для последующей обработки, что делает конечную стоимость детали высокой по сравнению с автоматизированными методами производства, такими как литье под давлением.

Полимерное литье обычно используется для прототипирования, мелкосерийного производства, а также в некоторых стоматологических и ювелирных целях.

Polymer Casting
Form High degree of freedom
Lead time Less than 24 hours to a few days
Cycle time Minutes to multiple days , в зависимости от времени отверждения
Стоимость установки $
Cost per part $$
Volume Low volume applications (~1-1000 parts)

  • Polyurethane
  • Эпоксидная смола
  • Полиэфир
  • Полиэстер
  • Акрил
  • Силикон

 

Ротационное формование (также называемое ротационным формованием) представляет собой процесс, включающий нагревание полой формы, заполненной порошкообразным термопластом, и вращение вокруг двух осей для производства в основном крупных полых изделий. Процессы центробежного формования термореактивных пластмасс также доступны, однако менее распространены.

 

  1. Зарядка:  Порошок пластика загружается в полость формы, а затем устанавливаются остальные части формы, закрывая полость для нагрева.
  2. Нагрев:  Форма нагревается до тех пор, пока пластиковый порошок не расплавится и не прилипнет к стенкам формы, при этом форму вращают вдоль двух перпендикулярных осей для обеспечения однородного пластикового покрытия.
  3. Охлаждение:  Форма медленно охлаждается, в то время как форма остается в движении, чтобы гарантировать, что оболочка детали не провиснет и не разрушится до полного затвердевания.
  4. Удаление детали:  Деталь отделяется от формы, любые заусенцы обрезаются.

Для ротационного формования требуются менее дорогие инструменты, чем для других методов формования, поскольку в процессе для заполнения формы используется центробежная сила, а не давление. Формы могут быть изготовлены, обработаны на станке с ЧПУ, отлиты или сформированы из эпоксидной смолы или алюминия с меньшими затратами и намного быстрее, чем инструменты для других процессов литья, особенно для крупных деталей.

Ротационное формование позволяет создавать детали с практически одинаковой толщиной стенок. После того, как инструменты и процесс настроены, стоимость одной детали становится очень низкой по сравнению с размером детали. Также можно добавить в форму готовые детали, такие как металлическая резьба, внутренние трубы и конструкции.

Эти факторы делают ротационное формование идеальным для мелкосерийного производства или в качестве альтернативы выдувному формованию для небольших объемов. Типичные продукты ротационного формования включают резервуары, буи, большие контейнеры, игрушки, шлемы и корпуса каноэ.

Ротационное формование имеет некоторые конструктивные ограничения, а готовые изделия имеют более низкие допуски. Поскольку вся пресс-форма должна нагреваться и охлаждаться, процесс также имеет длительное время цикла и является довольно трудоемким, что ограничивает его эффективность при больших объемах производства.

Rotational Molding
Form Medium degree of freedom, ideal for large hollow parts
Lead time Days to a few weeks
Cycle time Typically
Стоимость установки $$$
Стоимость за деталь $$
Объем Средние объемы (09~5 деталей)0304

Наиболее распространенным материалом для ротационного формования является полиэтилен (ПЭ), который используется в 80% случаев, главным образом потому, что ПЭ легко измельчается в порошок при комнатной температуре.

Обычно ротационно формованные пластмассы включают:

  • Полиэтилен
  • Полипропилен
  • Поливинилхлорид
  • Нейлон
  • Поликарбонат

 

Вакуумное формование или термоформование – это производственный метод, при котором пластик нагревается и формуется, как правило, с использованием пресс-формы. Вакуум-формовочные машины различаются по размеру и сложности от недорогих настольных устройств до автоматизированного промышленного оборудования. Шаги ниже описывают типичный процесс промышленного вакуумного формования.

 

  1. Зажим:  Пластиковый лист зажимается в раме.
  2. Нагрев:  Лист и рама сдвинуты вплотную к нагревательным элементам, что делает пластик мягким и податливым.
  3. Вакуум:  Рама опускается, и пластик натягивается на форму, при этом включается вакуум, чтобы выкачать весь воздух между пластиком и формой, формируя таким образом деталь.
  4. Охлаждение и освобождение:  После того, как деталь была сформирована на форме, ей нужно дать время остыть перед удалением. Система охлаждения, такая как вентиляторы и распыляемый туман, иногда используются для сокращения времени цикла.
  5. Обрезка:  После освобождения детали излишки материала отрезаются либо вручную, либо на станке с ЧПУ.

Затраты на инструменты для вакуумной формовки ниже по сравнению с другими методами формовки благодаря низким усилиям и давлению. Формы изготавливаются из дерева, гипса или смолы, напечатанной на 3D-принтере, для мелкосерийного производства и нестандартных деталей. Для больших объемов производства производители используют более прочную металлическую оснастку.

Учитывая широкий спектр оборудования для термоформования и вакуумной формовки, а также возможности автоматизации на самом высоком уровне, термоформование идеально подходит для любого применения, от изготовления нестандартных изделий или прототипов до массового производства. Однако этот процесс предлагает лишь ограниченную свободу форм и может использоваться только для изготовления деталей с относительно тонкими стенками и простой геометрией.

Части, изготовленные методом вакуумной формовки, обычно включают упаковку продуктов, душевые поддоны, обивку дверей автомобилей, корпуса лодок и нестандартные изделия, такие как элайнеры для зубов.

Vacuum Forming
Form Limited freedom, only thin-walled parts, no complex geometries
Lead time Less than 24 hours to weeks
Cycle time От секунд до минут, в зависимости от механизма
Setup cost $-$$$$
Cost per part $-$$$
Volume Any volume

Most thermoplastics can be used for термоформование, обеспечивающее гибкость в выборе материала.

Пластмассы, обычно используемые для термоформования, включают:

  • Акрил (ПММА)
  • Акрилонитрилбутадиенстирол (АБС)
  • Полиэтилентерефталатгликоль (PETG)
  • Полистирол (ПС)
  • Поликарбонат (ПК)
  • Полипропилен (ПП)
  • Полиэтилен (PE)
  • Поливинилхлорид (ПВХ)

Информационный документ

Загрузите наш технический документ, чтобы узнать, как быстро создавать сложные пресс-формы с помощью 3D-печати, и узнать о советах и ​​рекомендациях, которым вы должны следовать при подготовке деталей пресс-формы.

Загрузить информационный документ

Литье под давлением (IM) работает путем впрыскивания расплавленного термопластика в форму. Это наиболее широко используемый процесс для массового производства пластиковых деталей.

 

  1. Настройка пресс-формы:  Если деталь имеет вставки, они добавляются вручную или с помощью робота. Форма закрывается гидравлическим прессом.
  2. Экструзия пластика:  Небольшие пластиковые гранулы расплавляются и выдавливаются через нагретую камеру с помощью шнека.
  3. Литье:  Расплавленный пластик впрыскивается в форму.
  4. Охлаждение и освобождение:  Деталь охлаждается в форме до тех пор, пока она не станет достаточно твердой, чтобы ее можно было вытолкнуть механически или с помощью сжатого воздуха.
  5. Постобработка:  Литники, направляющие и любой заусенец (если применимо) удаляются из детали, часто автоматически при открытии пресс-формы.

Пресс-формы для литья под давлением очень сложны и должны быть изготовлены с жесткими допусками для производства высококачественных деталей. Из-за высокой температуры и давления эти формы изготавливаются из металлов, таких как закаленная сталь. Более мягкие алюминиевые формы дешевле, но и изнашиваются быстрее, поэтому обычно используются для более умеренных производственных циклов.

Литье под давлением можно использовать для изготовления очень сложных деталей, но некоторые геометрические формы значительно увеличат стоимость. Следование рекомендациям по проектированию для производства (DFM) поможет снизить затраты на инструменты. Создание новых пресс-форм для литья под давлением может занять месяцы, а их стоимость может исчисляться пяти- или шестизначными цифрами.

Несмотря на высокие первоначальные затраты и медленное наращивание производства, литье под давлением не подходит для крупносерийного производства. После того, как инструмент настроен и запущен, время цикла занимает всего несколько секунд, и миллионы высококачественных деталей могут быть изготовлены за долю стоимости всех других производственных процессов.

5

37

Для литья под давлением можно использовать практически любой тип термопластика. Аналогичный способ известного реакционного литья под давлением (RIM) используется для изготовления деталей из термореактивных пластмасс.

Пластмассы, обычно используемые в литье под давлением, включают:

  • Акрил (ПММА)
  • Акрилонитрилбутадиенстирол (АБС)
  • Полиамид (ПА)
  • Полиэтилентерефталатгликоль (PETG)
  • Полистирол (ПС)
  • Поликарбонат (ПК)
  • Полипропилен (ПП)
  • Полиэтилен (PE)
  • Поливинилхлорид (ПВХ)

Информационный документ

Загрузите наш технический документ с рекомендациями по использованию 3D-печатных форм в процессе литья под давлением для снижения затрат и времени выполнения заказов и ознакомьтесь с реальными примерами использования приложений Braskem, Holimaker и Novus.

Прочтите информационный документ

Экструзионное литье работает путем проталкивания пластика через матрицу. Форма штампа представляет собой поперечное сечение конечной детали.

 

  1. Экструзия пластика:  Пластик нагревается и проталкивается через нагретую камеру с помощью шнека.
  2. Литье:  Пластик продавливается через штамп, который создает окончательную форму детали.
  3. Охлаждение: Экструдированный пластик охлаждается.
  4. Нарезка или катушка:  Непрерывная форма наматывается или разрезается на куски.

Экструзионное оборудование относительно дешево по сравнению с другими промышленными машинами, такими как ЧПУ или литьевое формование, поскольку оно менее сложное и не требует такого высокого уровня точности машины. Из-за простой формы штампы также менее дороги, а стоимость инструментов составляет небольшую долю от форм для литья под давлением.

Как и литье под давлением, экструзионное литье представляет собой почти непрерывный процесс, благодаря которому цена экструдированных деталей становится очень низкой.

Формы и формы, которые могут быть изготовлены с помощью экструзии, ограничены продуктами, которые имеют непрерывные профили, такие как тавровые, двутавровые, L-образные, U-образные сечения, а также квадратные или круглые сечения. Типичные области применения включают трубы, шланги, соломинки и молдинги оконных рам.

Injection Molding
Form Moderate to high degree of freedom
Lead time 2-4 months
Cycle time Seconds
Setup стоимость $$$$$
Стоимость за деталь $
Объем Применение в больших объемах (более 5000 деталей)
Экструзия
Form Limited, only long continuous shapes
Lead time Weeks
Cycle time Seconds (or continuous)
Setup cost $$$
Стоимость за деталь $
Объем Средние и большие объемы (более 1000 деталей)

Почти любой тип экструдированного термопластика, включая:

  • Акрил (ПММА)
  • Акрилонитрилбутадиенстирол (АБС)
  • Полиамид (ПА)
  • Полиэтилентерефталатгликоль (PETG)
  • Полистирол (ПС)
  • Поликарбонат (ПК)
  • Полипропилен (ПП)
  • Полиэтилен (PE)
  • Поливинилхлорид (ПВХ)

 

Выдувное формование — это производственная технология, используемая для создания полых пластиковых деталей путем раздувания нагретой пластиковой трубки внутри формы до тех пор, пока она не примет желаемую форму.

 

  1. Установка пресс-формы: Небольшие пластиковые гранулы расплавляются и формируются в полую трубку, называемую заготовкой или заготовкой (в зависимости от подтипа выдувного формования).
  2. Формовка:  Заготовка зажимается в форме и надувается сжатым воздухом до тех пор, пока не примет форму внутренней части формы.
  3. Охлаждение и освобождение:  Деталь охлаждается в форме до тех пор, пока она не станет достаточно твердой, чтобы ее можно было извлечь.

Выдувное формование работает при гораздо более низком давлении, чем литьевое формование, что способствует более низкой стоимости оснастки. Подобно литью под давлением и экструзии, выдувное формование представляет собой непрерывный процесс, который может быть полностью автоматизирован, что приводит к высокой производительности и низкой стоимости единицы продукции.

Выдувное формование является наиболее распространенным процессом изготовления полых пластиковых изделий в больших масштабах. Типичные области применения включают изготовление бутылок, игрушек, автомобильных компонентов, промышленных деталей и упаковки.

Blow Molding
Form Limited freedom, only hollow, thin-walled shapes, no complex geometries
Lead time Weeks
Cycle time Seconds
Стоимость настройки $$$$
Стоимость на часть $
Объем . различные термопластические материалы, наиболее распространенными примерами которых являются:

  • полиэтилентерефталат (ПЭТ)
  • Полипропилен (ПП)
  • Поливинилхлорид (ПВХ)
  • Полистирол (ПС)
  • Поликарбонат (ПК)
  • Акрилонитрилбутадиенстирол (АБС)

 

Процессы производства пластмасс постоянно развиваются, и точки перегиба, когда имеет смысл переходить от одной технологии к другой, смещаются из-за совершенствования оборудования, материалов и экономии за счет масштаба.