Ρητίνη Χύτευση: Πηγαίνοντας από CAD σε Engineering-Grade πλαστικά μέρη - 💡 Fix My Ideas

Ρητίνη Χύτευση: Πηγαίνοντας από CAD σε Engineering-Grade πλαστικά μέρη

Ρητίνη Χύτευση: Πηγαίνοντας από CAD σε Engineering-Grade πλαστικά μέρη


Συγγραφέας: Ethan Holmes, 2019

Τα συνθετικά πολυμερή παίζουν ρόλο σε σχεδόν κάθε εμπορικά κατασκευασμένο αντικείμενο στον πλανήτη. Τα πλαστικά δεν είναι απλά πανταχού παρόντα, αλλά είναι εξαιρετικά ευέλικτα: μερικά από αυτά είναι απίστευτα ελαστικά, ενώ μερικά είναι σκληρά όπως τα νύχια. μερικοί είναι πεντακάθαροι και άλλοι έρχονται σε όλα τα χρώματα του ουράνιου τόξου. μερικοί μπορούν να επιβιώσουν σε ακραίες θερμοκρασίες, ενώ άλλοι μπορούν να σταματήσουν μια σφαίρα μεσαία πτήση.

Όταν σκεφτόμαστε όλα αυτά, είναι δύσκολο να πιστέψουμε ότι ακόμη και για τους χομπίστες που είναι εξοικειωμένοι με την κατασκευή 3D, τα πλαστικά μηχανικής είναι ακόμα ταμπού. Σίγουρα, μπορούμε να διαθέτουμε 3D εκτυπωτές, αλλά η έξοδος από προσιτές εξωθητές PLA και ABS δεν έρχεται καν κοντά στη δύναμη ή την ποικιλία των φθηνών μερών που έχουν κατασκευαστεί με έγχυση. Οι ιδιοκτήτες των ελαιοτριβείων CNC δεν έχουν κανένα λόγο να είναι ευχαριστημένοι: οι περισσότεροι από αυτούς αποφεύγουν τα πλαστικά, ή προσφύγουν σε φθηνά αλλά με χαμηλή απόδοση υλικά όπως ακρυλικό ή HDPE.

Είναι περίεργο, δεν υπάρχει κανένας λόγος για τον οποίο τα πράγματα πρέπει να είναι έτσι. Υπάρχει μια αρκετά ασφαλής, χαμηλού κόστους και χωρίς προβλήματα τεχνική που σας επιτρέπει να κάνετε απίστευτα σκληρά και ακριβή μέρη στο συνεργείο σας, σε λίγες ώρες. Το μόνο πρόβλημα είναι ότι σχεδόν όλα τα διαθέσιμα μαθήματα σχετικά με αυτή τη διαδικασία - γνωστά ως χύτευση ρητίνης - είναι γραμμένα από καλλιτέχνες, με άλλους καλλιτέχνες στο μυαλό. Η εφαρμογή των προσεγγίσεών τους σε έργα μηχανικής συνήθως δεν είναι καλό σχέδιο.

Κατασκευάστηκε πρότυπα για μούχλα ενός μέρους

Αν ακολουθήσετε τις συνήθεις συμβουλές για την αναπαραγωγή χειροποίητων εξαρτημάτων, θα σας δοθούν οδηγίες να επικαλύψετε ή να βυθίσετε το αρχικό αντικείμενο σε ένα εύκαμπτο υλικό, όπως το αλγινικό ή το καουτσούκ σιλικόνης. Μόλις γίνει αυτό - και το κέλυφος είναι πλήρως κατεργασμένο - θα σας ζητηθεί να κόψετε αυτό το καουτσούκ κηλίδα και να ανακτήσετε το αρχικό μοντέλο. Σε αυτό το σημείο, θα γεμίσετε επίσης το κενό κενό με μια άλλη θερμοσκληρυνόμενη ένωση που παίρνει το σχήμα του αρχικού μέρους - και σφίγγετε όλο το πράγμα κλειστό.

Αυτή η διαδικασία λειτουργεί, αλλά έχει πολλά μειονεκτήματα, ειδικά εάν θέλετε να έχετε προβλέψιμα αποτελέσματα - και θέλετε να τα πάρετε γρήγορα. Για παράδειγμα, μπορεί να φορολογεί για να δημιουργήσει ένα κατάλληλο κουτί για ένα καλούπι και στη συνέχεια να προσαρμόσει σωστά και να προσανατολίσει το αρχικό μοντέλο μέσα σε αυτό. Μπορεί να είναι εξίσου δύσκολο να αφαιρέσετε το αρχικό μέρος χωρίς να καταστρέψετε το μοντέλο, το κέλυφος ή και τα δύο. Το Heck, ακόμη και τοποθέτηση του καλουπιού πίσω από κοινού χωρίς να διακυβεύεται η διαστασιακή ακρίβεια του προκύπτοντος τμήματος είναι αρκετά μια πρόκληση από μόνη της.

Ευτυχώς, όλα αυτά τα προβλήματα μπορούν να αποφευχθούν όταν πρόκειται για τμήματα σχεδιασμένα από υπολογιστή: το μόνο που χρειάζεται να κάνετε είναι να προσαρτήσετε την επιθυμητή γεωμετρία σε μια κοιλότητα καλουπιού με σκίτσο CAD, σχηματίζοντας ένα θετικό καλούπι γνωστό ως σχέδιο - και στη συνέχεια να τα φτιάξετε μαζί ένα μόνο βήμα. Θα μιλήσουμε για πιο σύνθετα παραδείγματα αργότερα, αλλά προς το παρόν, ας πάρουμε μέρος με ένα επίπεδο πάτο και περιορισμένες υποδιαγραφές. Σε ένα τέτοιο σενάριο, το πρότυπο μπορεί να είναι τόσο ασήμαντο όσο αυτό:

Σχεδιάζοντας ένα απλό σχέδιο για ένα μούχλα από καουτσούκ ενός μέρους.

Προσθέτοντας ένα κουτί γύρω από το τμήμα έχει μια μέτρια επίδραση στην τρισδιάστατη εκτύπωση, αλλά κάνει μια τεράστια, θετική διαφορά για τις εργασίες φρεζαρίσματος CNC. Αυτό συμβαίνει επειδή μπορείτε να μηχανοποιήσετε γρήγορα ένα μοτίβο πάνω από ένα τεράστιο τεμάχιο υλικού, αφήνοντας το μεγαλύτερο μέρος του άθικτο για μελλοντική χρήση. Αυτό σας εξοικονομεί χρήματα, χρόνο και εξαλείφει την ανησυχία για την τοποθέτηση του εξαρτήματος έτσι ώστε να μην πετάει μακριά από το εργαλείο.

CNC μύλος φινίρισμα ένα σύνθετο καλούπι για ένα πλανητικό κιβώτιο ταχυτήτων πάνω από ένα τυχαίο μπλοκ υλικού αποθεμάτων. Η μηχανική κατεργασία αυτών των εργαλείων άμεσα θα ήταν πολύ πιο δύσκολη και σπατάλη.

Τα σχέδια μπορούν να κατασκευαστούν από οποιοδήποτε υλικό που επεξεργάζεται εύκολα και παράγει προβλέψιμα αποτελέσματα. Με τους εξωθητήρες 3D, αυτό συνήθως σημαίνει PLA. Για τους ελαιοτριβείς CNC, το επεξεργάσιμο κερί και το HDPE θα πρέπει να λειτουργούν αποδεκτά καλά, αν και πάντα προτείνω μια πιο προβλέψιμη και φθηνότερη εναλλακτική λύση: πλακέτες πρωτοτύπων μέσης πυκνότητας. Η αγαπημένη μου ποικιλία είναι το RenShape 460 - μια ελαφριά και αρκετά ανθεκτική ουσία που μηχανές όπως το βούτυρο, αλλά προσφέρει εκπληκτικά λεπτομέρεια:

Κοντινό πλάνο ενός CNC-κατεργασμένου σχεδίου στο RenShape 460. Αυτό το υλικό κοστίζει μερικά λεπτά ανά κυβική ίντσα και είναι στην πραγματικότητα λιγότερο δαπανηρό από το επεξεργάσιμο κερί.

Παραγωγή αρνητικών καλουπιών

Με μια κοιλότητα μοτίβο έτοιμη να πάει, πρέπει να βρούμε ένα κατάλληλο υλικό που θα διαμορφώσει ένα εύκαμπτο, αρνητικό καλούπι. Στις καλλιτεχνικές εφαρμογές, αυτά τα καλούπια είναι συνήθως κατασκευασμένα από λατέξ, αλγινικό, πολυσουλφιδικό καουτσούκ ή σιλικόνες σκλήρυνσης κασσίτερου. Όλες αυτές οι επιλογές έχουν σημαντικά μειονεκτήματα - που κυμαίνονται από την κακή αντοχή έως την έντονη τοξικότητα - και συμβάλλουν στην αντίληψη ότι η χύτευση είναι μια βρώμικη υπόθεση.

Στην εργασία ακριβείας, η μόνη αξιόλογη επιλογή είναι οι δύο συστατικές σιλικόνες που σκληρύνουν την πλατίνα. Αυτά τα υλικά είναι μη τοξικά και απαλλαγμένα από οσμή. πάνω από αυτό, ο τρόπος πολυμερισμού τους εξασφαλίζει απίστευτα υψηλή διαστασιακή ακρίβεια. Το προκύπτον καουτσούκ είναι εξαιρετικά σκληρό, παρουσιάζει εξαιρετικά χαρακτηριστικά αναπήδησης, είναι ανθεκτικό στις χημικές ουσίες και έρχεται με μια εγγενώς μη κολλητική επιφάνεια που αποσπάται εύκολα από το σχέδιο και από τα τελικά μέρη. Εν ολίγοις, οι σιλικόνες πλατίνας είναι ένα από τα πιο cool πολυμερή που μπορείτε να παίξετε με το σπίτι.

Χύνοντας τη σιλικόνη σε ένα κατεργασμένο σχέδιο.

Με τα χρόνια, έχω δοκιμάσει περίπου δώδεκα διαφορετικά καουτσούκ καλουπιών, πολλά από αυτά από δημοφιλείς κατασκευαστές που ασχολούνται με χομπίστες - και για να το θέσω ευγενικά, είναι πολύ εύκολο να καταλήξουμε σε μια ποικιλία που είναι πάρα πολύ παχύρευστη, πολύ εύθραυστη , ή πολύ μαλακό για μικρά κομμάτια. Έχω δημιουργήσει έναν λεπτομερή οδηγό για την επιλογή ακριβώς της σωστής διατύπωσης. αν δεν έχετε χρόνο για αυτό, νομίζω ότι δύο προϊόντα αφήνουν πραγματικά τον ανταγωνισμό στη σκόνη: τα εύκαμπτα, χαμηλού ιξώδους Quantum Silicones QM 262 και τα σχεδόν άφθαρτα, ημιδιαφανή Silicones Inc XP-592. Και τα δύο αυτά προϊόντα κοστίζουν περίπου 15 δολάρια ανά λίβρα, και συνήθως έρχονται σε κιτ 10-12 κιλά.

Με την επιλεγμένη σύνθεση χύτευσης, η όλη διαδικασία χύτευσης είναι σχεδόν ενοχλητικά απλή: η ρητίνη αναμειγνύεται για μερικά λεπτά, χύνεται μέσα στο καλούπι και καλύπτεται με ένα επίπεδο φύλλο πλαστικού για μερικές ώρες. Αυτό είναι πραγματικά γι 'αυτό.

Σκληρυμένο καλούπι σιλικόνης. Σημειώστε την άψογη παραλαβή λεπτομέρειας κάτω από το χιλιοστό, συμπεριλαμβανομένων μικροσκοπικών προεξοχών και λεπτών τοιχωμάτων.

Λοιπόν, για να είμαστε δίκαιοι, υπάρχει ένα ακόμη βήμα που αξίζει να πάρει μεταξύ: για να εξασφαλιστεί η άριστη αναπαραγωγή των περίπλοκων λεπτομερειών χωρίς να δαγκώσει τα νύχια σας, είναι σοφό να πάρετε ένα κενό απαέρωση εξέδρα. Ο όρος μπορεί να είναι τρομακτικό, αλλά η συσκευή δεν είναι: μια μικρή και σχετικά ήσυχη αντλία κενού κοστίζει περίπου $ 100 και ένα ασταθές βάζο από πολυανθρακικό κενό που πωλεί για λιγότερο από $ 60. Δύο ή τρία λεπτά υπό κενό βεβαιωθείτε ότι δεν υπάρχει παγιδευμένος αέρας μεταξύ του καλουπιού και της ρητίνης ακινησίας - και τελειώσατε.

Η απαέρωση με κενό βοηθά στην αποφυγή εγκλωβισμού αέρα με γρήγορο, εύκολο και αξιόπιστο τρόπο.

Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε διάφορα άλλα hacks, όπως η εφαρμογή του καουτσούκ με μια βούρτσα ή μια σύριγγα - αλλά ειλικρινά, εκτός από πολύ απλές γεωμετρίες, δεν αξίζει τον κόπο σας.

Χύτευση τελικών μερών

Μόλις το αρνητικό καλούπι είναι έτοιμο να ξεκινήσει, μπορείτε να ξεκινήσετε να φτιάχνετε τελικά εξαρτήματα. Η ροή εργασίας είναι πολύ παρόμοια με τα βήματα που αναφέρθηκαν παραπάνω: μια ρητίνη δύο συστατικών (προαιρετικά χρωματισμένη με κοινά διαθέσιμες χρωστικές εξαιρετικά χαμηλού κόστους) αναμειγνύεται επιμελώς, χύνεται μέσα στο εύκαμπτο καλούπι, απαλλάσσεται για λίγο από κενό και τελικά καλύπτεται με πλαστικό φύλλο μη κολλητικού πλαστικού - πολυπροπυλενίου ή HDPE.Αυτό είναι: η αντίδραση πολυμερισμού μπαίνει και μέσα σε λίγες ώρες, τα τελικά μέρη μπορούν να αφαιρεθούν από το καλούπι.

Τελικά μέρη στο δρόμο τους. το σημερινό χρώμα είναι μπλε. Τα καλούπια καλύπτονται με ένα φύλλο από πολυπροπυλένιο και ζυγίζονται για να εξασφαλιστεί η επιπεδότητα και να αποφευχθεί το φλας. Δεδομένου ότι το καλούπι είναι κατασκευασμένο από ένα αρκετά σκληρό καουτσούκ, διατηρεί την άριστη διαστασιακή ακρίβεια ακόμη και κάτω από το βαρύ φορτίο.

Η ίδια η διαδικασία χύτευσης είναι απλή, αλλά η επιλογή του σωστού πλαστικού μπορεί να είναι μια πρόκληση: πολλές από τις δημοφιλείς ρητίνες που πωλούνται κάτω από τα εμπορικά σήματα χόμπι είναι δύσοσμες, επιβλαβείς, παρουσιάζουν σημαντική συρρίκνωση, θεραπεία πολύ γρήγορα ή πολύ αργά ή απλά παραγωγή λεπτών τμημάτων. Μπορεί να μην έχει σημασία αν κάνετε ένα διακοσμητικό χαρτί - αλλά για μια λειτουργική μηχανική συναρμολόγηση, πιθανότατα θα. Για να αποφύγετε τις δυσάρεστες εκπλήξεις, θα πρέπει να μείνετε μακριά από εποξικά και πολυεστέρες. πολυουρεθάνες είναι πολύ καλύτερη επιλογή. Αυτή η οικογένεια εξαιρετικά ευέλικτων πολυμερών μπορεί προσεκτικά να προσεγγίσει σχεδόν κάθε άλλο τύπο πλαστικού ή καουτσούκ και προσφέρει εξαιρετική αντίσταση και ακρίβεια διαστάσεων.

Δυστυχώς, οι περισσότερες από τις συνθέσεις πολυουρεθάνης που πωλούνται σε καλλιτέχνες και άλλους DIYers είναι σχεδόν εγγυημένη για να απογοητεύσει με τον ένα ή τον άλλο τρόπο. Για να αποφύγετε κοινές παγίδες, μπορείτε να έχετε μια άλλη ματιά σε αυτόν τον σε βάθος οδηγό? αλλά εν συντομία, συνιστώ ανεπιφύλακτα την προσκόλληση σε Innovative Polymers, έναν ελάχιστα γνωστό κατασκευαστή από το Michigan. Δεν φαίνονται να απευθύνονται σε ακροατές χομπίστας, αλλά φέρνουν ένα αξιόλογο φάσμα κορυφαίων πλαστικών για ασφαλή εργαστήρια για απαιτητικές εφαρμογές (και για ταξινομία - η εικασία σας είναι τόσο καλή όσο η δική μου!). Συγκεκριμένα, η ρητίνη IE-3075 δεν έχει καμία σχέση: είναι εξαιρετικά ισχυρή και άκαμπτη, ξεπερνώντας το καλούπι με έγχυση με νάιλον ή ABS σχεδόν με κάθε τρόπο. Εξίσου σημαντικό είναι ότι είναι πολύ εύκολο να δουλέψετε και να βγάλετε φθηνά, πωλώντας λιγότερο από $ 8 ανά λίβρα.

Εξαρτήματα μικρής κλίμακας κατασκευασμένα από καινοτόμα πολυμερή IE-3075 (βαμμένα πορτοκαλί) και OC-7086 (καθαρό νερό). Η ακρίβεια - το μοντέλο CAD έως το τελικό μέρος - είναι καλύτερη από 5 μm.

Τα πρωτοποριακά πολυμερή φέρουν επίσης μια σειρά από συγκριτικά σκληρές, ανθεκτικές στην υπεριώδη ακτινοβολία, κρυσταλλικές ρητίνες (π.χ. TD 283-18), μια σειρά από άφθαρτα, ελαστικά ελαστικά με εξαιρετική αντοχή στην τριβή και την κοπή (σειρά HP-21xx) και πολλά άλλα . Πραγματικά, εάν είστε στη Βόρεια Αμερική και θέλετε να πάτε με χύτευση ρητίνης, είναι έγκλημα να μην τους δοκιμάσετε.

Μια λέξη προσοχής είναι σωστή: αν και οι ρητίνες που αναφέρονται σε αυτό το άρθρο είναι ασφαλέστερες από τις περισσότερες από τις συνθέσεις που χρησιμοποιούνται στην καλλιτεχνική δουλειά, εξακολουθούν να βασίζονται σε αρκετά αντιδραστικά χημικά και πρέπει να αντιμετωπίζονται με σεβασμό. Πριν από την έναρξη οποιωνδήποτε έργων χύτευσης, εξοικειωθείτε με τα δελτία τεχνικής ασφάλειας και ανατρέξτε σε συμβουλές ασφάλειας συναφούς εργασίας.

Αλλά τι γίνεται με πιο περίπλοκα μέρη;

Καλή ερώτηση! Παρακολουθήσαμε αυτό το θέμα νωρίτερα, αλλά ήρθε η ώρα να προλάβουμε. Για γεωμετρίες που δεν μπορούν να χυτευθούν εύκολα σε καλούπια ενός τμήματος - για παράδειγμα, επειδή δεν έχουν ένα επίπεδο πάτο ή επειδή έχουν έντονες εγκοπές - πρέπει να χτίσετε ένα καλούπι που αποτελείται από δύο ή περισσότερα μπλοκάκια αλληλομανδάλωσης. Η ιδέα μπορεί να ακούγεται εκφοβιστική και να περιλαμβάνει λίγο 3D επίλυση προβλημάτων - αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις, η εργασία δεν είναι τόσο σκληρή όσο φαίνεται. Μία από τις πολλές πιθανές προσεγγίσεις φαίνεται παρακάτω:

Δημιουργία μοτίβων για ένα αρνητικό καλούπι δύο τμημάτων. Μια πολύ λεπτή έλικα προστίθεται επίσης κοντά στη γραμμή διαχωρισμού για να επιτρέψει τη ρητίνη να χυθεί με μια σύριγγα.

Στην πραγματικότητα, τα καλούπια πολλαπλών τεμαχίων μπορεί να απλοποιήσουν τη ζωή σας. Η άμεση κατασκευή του τμήματος που φαίνεται παραπάνω θα ήταν δύσκολη, επειδή οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές χαμηλού κόστους τείνουν να αγωνίζονται με προεξοχές, ενώ τα τρισδιάστατα μύλοι CNC σε επίπεδο εισόδου δεν μπορούν να αντεπεξέλθουν σε υποσκάψεις (εκτός αν περιστρέψετε με το χέρι το κομμάτι εργασίας στη μέση μιας κοπής δουλειά). Η προσέγγιση της διάσπασης του μοντέλου κάνει αυτό το πρόβλημα να πάει μακριά: όλα τα ξεχωριστά καλούπια έχουν απλά σχήματα και συνδυάζονται για να ρίξουν ένα μονολιθικό κομμάτι με μια πιο δύσκολη γεωμετρία αργότερα.

Τελικές λέξεις

Η χύτευση ρητίνης δεν είναι μια ασημένια σφαίρα - αλλά προσφέρει αναμφισβήτητα οφέλη ακόμη και για τα μεμονωμένα εξαρτήματα και δεν λαμβάνει την αναγνώριση που της αξίζει στην κοινότητα DIY 3D. Μόλις φτάσετε στην διαδικασία, η σχετική επιβάρυνση μπορεί να είναι εκπληκτικά χαμηλή - και σε πολλές περιπτώσεις, η προσέγγιση μπορεί να απλοποιήσει πραγματικά τα έργα σας, εργαζόμενοι γύρω από τους εγγενείς περιορισμούς των 3D εκτυπωτών και των CNC Mills.

Σε αντάλλαγμα για τη λήψη της ελαφρώς μακρύτερης διαδρομής, η χύτευση ρητίνης σας δίνει τη δυνατότητα να ξεκινάτε γρήγορα τα μέρη με σχεδόν όλες τις μηχανικές ιδιότητες, από τα πραγματικά καουτσούκ έως τα εξωτικά σύνθετα υλικά. Στην πραγματικότητα, ακόμη και αν περιορίζεστε σε έναν μόνο τύπο ρητίνης πολυουρεθάνης, έχετε ακόμα ένα εκπληκτικό βαθμό ευελιξίας: τα πληρωτικά όπως οι αλεσμένες γυάλινες ίνες ή οι γυάλινες μικροσφαίρες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να δημιουργήσουν σκληρά σύνθετα υλικά ή εξαιρετικά σύνθετα αφρώδη υλικά ρίχνοντας μια κουταλιά σκόνης βασικών προϊόντων στο μείγμα.

Το καλύτερο από όλα, αφού έχετε ένα αρνητικό καλούπι ή δύο, μπορείτε να αναπαράγετε τα μέρη σας σε μεγάλες ποσότητες, σχεδόν χωρίς κόστος και πολύ πιο γρήγορα από ό, τι θα μπορούσατε να τα εκτυπώσετε ή να τα μηχανήσετε. Για να αλλάξετε την εμφάνισή τους, χρειάζεστε μόνο μια σταγόνα βαφής και μια καλή ανάδευση. Καμία άλλη προσέγγιση δεν έρχεται κοντά σε αυτό.

Ένα πλανητικό κιβώτιο ταχυτήτων με μικρομετρία που κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας τις διεργασίες και τα προϊόντα που συζητήθηκαν σε αυτό το άρθρο - και όχι πολλά άλλα.

Αυτή η δημοσίευση δημοσιεύθηκε αρχικά στις 2 Μαΐου 2013 και τα σχόλια του WordPress είναι πλέον κλειστά.



Μπορεί Να Σας Ενδιαφέρει

Συνταγή αναδρομής: Πέστο καρυδιάς

Συνταγή αναδρομής: Πέστο καρυδιάς


Δημιουργική Έμπνευση: Συλλογή Tins Accidental Altered

Δημιουργική Έμπνευση: Συλλογή Tins Accidental Altered


Αναδρομή: Χάντρες χαρτιού για να χτυπήσετε ένα βραχιόλι

Αναδρομή: Χάντρες χαρτιού για να χτυπήσετε ένα βραχιόλι


Αναδρομή: Κάνετε μια Γυρδάκι Gumdrop

Αναδρομή: Κάνετε μια Γυρδάκι Gumdrop