Можно ли использовать PLA для силиконовых форм: полное руководство по технологиям 3D-печати и литья

Выбор материалов для вашей работы — решающий шаг в достижении максимально возможного результата при работе с 3D-печатью и литьем. В этой статье мы постараемся лучше понять процессы 3D-печати, в частности использование полимолочной кислоты (PLA) в качестве нити и ее взаимодействие с силиконовыми формами. Эта тенденция заставила сосредоточиться на взаимосвязи между 3D-печатью и литьем, что является довольно популярной техникой. В этой статье рассматриваются эти вопросы путем исследования характеристик, преимуществ и недостатков PLA и силиконовой формы, чтобы дать читателям понимание того, как учитывать эти факторы при принятии решений в процессе производства. Уникальные дополнения, представленные в этом обзоре, рекомендуются независимо от того, является ли человек профессионалом или любителем, желающим овладеть большим количеством навыков. Руководство поможет лучше понять реальные возможности и ограничения такой комбинации.

Как PLA взаимодействует с силиконом?

Силиконы и PLA, скорее всего, будут взаимодействовать в процессе изготовления форм, поскольку PLA имеет гладкую поверхность, которую можно использовать для формирования детальных элементов по мере нанесения силикона. Формы, изготовленные из модели PLA, в целом очень полезны, поскольку они остаются неизменными и прочными. Однако важно подчеркнуть, что PLA имеет относительно низкую термостойкость, что ограничивает его использование в областях, где требуется слишком высокая температура, например, во время отверждения силикона. Также требуются подходящие разделительные агенты, чтобы шаблоны PLA не прилипали к силикону материал в процессе удаления. В целом, пока температура и разделительные составы не контролируются, PLA является хорошим вариантом для изготовления силиконовых форм.

Прилипает ли силикон к PLA?

Силикон сам по себе без разделительного состава не очень хорошо связывается с PLA, поверхностная энергия силикона низкая из-за его химической структуры, поэтому он по своей природе является антипригарным. Тем не менее, некоторые виды силикона также могут связываться с PLA, когда он не обработан. На практике силикон будет прикрепляться к PLA только при воздействии экстремальных температур или когда соотношение силикона к разделительному составу не сбалансировано, где разделительный состав является регулятором. Некоторые исследования предлагают использовать силиконовый спрей или разделительную пленку PVA (поливиниловый спирт), чтобы полностью избежать этих проблем со склеиванием. Во-первых, они должны проверить взаимодействие силикона и PLA, используемых на изолированном уровне. Это тестирование очень полезно для поддержания структуры формы и напечатанного изделия, обеспечивая плавное извлечение из формы и более длительный срок службы PLA.

Использование разделительных составов для лучшего удаления плесени

Первый этап — покрытие PLA и силикона разделительным средством. Цель разделительных средств — служить промежуточным звеном между силиконом и формой, тем самым уменьшая вероятность склеивания, что затрудняет процесс извлечения из формы. Для достижения оптимальных результатов в этом случае настоятельно рекомендуется использовать разделительные средства на основе спрея с силиконом. Или же на поверхность формы можно нанести пленки PVA, чтобы предотвратить применение при высоких температурах отверждения. Эффективное использование этих средств перед заливкой силикона может оптимизировать два процесса, гарантируя отсутствие повреждений конечного продукта или самой формы, что делает производственный цикл гладким. Это сочетается с плановыми проверками и выпуском назначенного средства, подходящего для указанных задействованных материалов, чтобы гарантировать, что все концы покрыты для наилучшего выхода.

Роль текстуры поверхности в адгезии

Удлиненные полимеры, которые сильно заполнены и имеют резкое изменение текстуры поверхности, имеют решающее значение для развития адгезии при взаимодействии с формами PLA. Увеличение шероховатости поверхности может усилить механизм механического сцепления, что может способствовать увеличению адгезии и создавать проблемы при извлечении из формы. С другой стороны, более гладкие поверхности, как правило, обеспечивают меньшую адгезию из-за уменьшенных возможностей для сцепления и образования связей, что позволяет легче удалять. Полировка поверхности, обработка поверхности и нанесение покрытия — вот некоторые из советов о том, как изменить текстуру для получения эффективного сцепления. Очень важно понимать, как текстура и адгезионные свойства материалов взаимодействуют в отношении производственных процессов, чтобы найти баланс между адекватной адгезией в процессе отверждения и легким извлечением из формы.

Каковы наилучшие методы создания силиконовой формы с использованием PLA?

Оптимальные настройки 3D-печати для PLA

The экструзия Температура для материала PLA не должна опускаться ниже 190 °C или превышать 220 °C независимо от производителя. Температура печатной платформы должна поддерживаться в диапазоне от 50 °C до 70 °C для надлежащей адгезии во время процесса. Скорость печати должна быть установлена примерно на 50-60 мм/с в зависимости от желаемого качества вывода. Должны быть обеспечены достаточный поток воздуха и охлаждение, предпочтительно с помощью вентилятора, чтобы улучшить склеивание слоев и их ощущение. Типичная толщина слоя около 0,1-0,3 мм почти подходит, если только требования к разрешению и скорости печати не позволяют внести изменения. Кроме того, для более крупных отпечатков может быть полезно использовать край или плот, чтобы существенно улучшить адгезию платформы и уменьшить деформацию моделей.

Проектирование 3D-печатной формы для заливки силикона

Проектирование трехмерной формы для определенной геометрии влечет за собой многочисленные аспекты, такие как аэрация, полости формы и характеристики конечных поверхностей. Геометрия формы учитывает конечные детали формы предполагаемой детали, обеспечивая при этом равномерные шаблоны заливки силикона и минимальное попадание воздуха. Конечные характеристики поверхности оказывают большое влияние на требуемую текстуру продукта, поскольку извлечение детали из формы облегчается при более гладких финишных поверхностях. Характеристики вентиляционных каналов позволяют легко выпускать воздух, что могло бы вызвать потенциальные ошибки. Кроме того, рекомендуется использовать функции выравнивания или регистрационные ключи, действующие в половинах формы, чтобы позволить двум деталям полностью выровняться вместе. После рассмотрения этих параметров проектирования можно будет отливать упорядоченным образом, а также достигать требуемых оптимальных результатов во время операций по формованию силикона.

Обеспечение долговечности и стабильности пресс-формы из PLA

Для печати прочных и стабильных форм PLA можно усилить за счет модификации конструкции и использования улучшенных материалов. Механические характеристики и износостойкость можно улучшить, выбрав более прочный тип PLA, например, композит PLA, армированный углеродными волокнами. Кроме того, конструкции, включающие более толстые стенки и ребра, могут защитить форму от напряжений литья под давлением с силиконом. Существуют также другие сопутствующие параметры, которые необходимо учитывать, такие как высота слоя, плотность заполнения и толщина оболочки. Кроме того, соответствующие методы отжига могут повысить тепловое сопротивление формы на основе PLA и увеличить ее прочность, что позволит использовать ее многократно.

Может ли PLA выдерживать температуру, необходимую для отверждения силикона?

Температурная устойчивость PLA во время отверждения

Тот факт, что формы, изготовленные из PLA (полимолочной кислоты), описывают процессы отверждения силикона и могут выдерживать определенные уровни температуры, является весьма фундаментальным для этих силиконовых форм, учитывая контекст, в котором эти формы будут подвергаться воздействию. Измерения показали, что PLA имеет температуру размягчения, которая существует в диапазоне приблизительно от 60 градусов по Цельсию до 65 градусов по Цельсию. Тем не менее, некоторые типы силиконовых каучуков имеют цикл отверждения, который работает при определенных температурах, которые варьируются от 30 до 60 градусов по Цельсию, в зависимости от типа в целом. Результат и применение решают проблему нахождения при более высокой температурной эластичности либо с помощью barroco и армированных волокном композитов, которые выдерживают высокие температуры, либо с помощью силиконов с более низкими температурами отверждения. Некоторые данные клинических испытаний утверждают, что отжиг формы PLA позволяет ей лучше справляться с терморегуляцией, создавая эффект массажа, который помогает в отверждении при более высоких параметрах тепловой интенсивности (температуре). Ничто не препятствует этим явлениям, кроме изменения конструкций или искажений компонентов, однако идеальная практика для этой ситуации должна быть такой, чтобы формование или предварительная обработка не могли произойти.

Потенциальная деформация и коробление деталей из PLA

Термические ограничения, присущие материалу PLA, вызывают опасения, связанные с деформацией и короблением деталей из PLA во время отверждения силикона. PLA является термопластиком, что означает, что при верхних пределах его термического допуска он, вероятно, размягчится, вызывая искажение формы формы, поскольку структурная устойчивость формы теряется. Исследование показало, что детали из PLA, которые подвергались воздействию парового тепла в течение более пяти минут или пятиминутному циклу нагрева выше шестидесяти градусов, претерпели размерные изменения. В частности, искажение формы наблюдалось, когда края и углы деталей из PLA были подняты в результате неравномерного нагрева или плохого охлаждения.

Говорят, что тепловая размерная усадка из-за воздействия тепла до 2-5% для деталей из PLA происходит, когда температура непрерывно и в течение нескольких часов поднимается выше 55 градусов по Цельсию, особенно без мер армирования. Однако это можно решить методами формования, направленными на контроль температуры, и путем изменения конструкции с использованием дополнительных опор или утолщения высоты слоя в критических областях. Наряду с этим, они также могут использовать отжиговые обработки, которые улучшают термические свойства PLA, тем самым снижая вероятность деформации. Пользователям придется проводить тщательные испытания на применение, чтобы проверить характеристики формования PLA в требуемых условиях отверждения, направленные на достижение наилучших возможных результатов без возникновения структурных сбоев.

Меры по минимизации теплового повреждения PLA

1. Оптимизировать печать Настройки: Основная цель этой модификации — обеспечить большую термостойкость компонентов PLA. Это повлечет за собой небольшое снижение температуры печати, увеличение охлаждения вращением вентилятора и оптимизацию адгезии слоев. Ожидается, что регулировка этих параметров снизит внутренние напряжения в деталях PLA, что в некоторой степени снизит риск коробления.
2. Используйте термостойкие смеси PLA: Вы можете выбрать использование тех смесей PLA, которые устойчивы к высокой температуре. Эти смеси разработаны таким образом, что они могут выдерживать относительно более высокие температуры по сравнению с обычным PLA, что позволяет им работать лучше при тепловом стрессе. Всегда следует запрашивать у производителей информацию о параметрах, чтобы убедиться, что вы используете правильный тип PLA для правильной работы.
3. Реализация структурного усиления: Правильное включение ребер и галтелей, а также увеличение толщины стенки послужит укреплению конструкции печатной вставки и способности детали выдерживать термическую деформацию на очень высоком уровне. Эти структурные особенности имеют потенциал для поддержки слабых участков, обеспечивая при этом распределение термических напряжений по всей детали. Эта стратегия полезна для больших или сложных по форме деталей, которые имеют тенденцию сильно скручиваться и изгибаться.

Существуют ли альтернативы PLA для формования силикона?

Сравнение PLA с другими нитями для 3D-печати

PLA — один из самых популярных филаментов для 3D-печати, и хотя он может быть предпочтительным, есть и другие, которые следует учитывать при планировании, такие как ударные свойства, рабочая температура, способность к деградации и, конечно, уровень сложности моделирования с его помощью. Ниже приведена таблица соответствия PLA и некоторых популярных материалов для 3D-печати:

АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол):

• Сильные стороны: ABS обладает лучшей ударопрочностью, а также лучшей термостойкостью, чем PLA, что делает его весьма перспективным материалом для моделирования и печати.
• Слабые стороны: Пары, выделяемые этим соединением, могут быть весьма раздражающими, а для эффективной печати необходима нагревательная камера, поэтому, к сожалению, это соединение не совсем удобно для потребителя.
• Применение: Один из самых прочных материалов, используемый в деталях автомобилей, а также в знаменитых детских игрушках LEGO.

ПЭТГ (полиэтилентерефталатгликоль):

• Сильные стороны: Это соединение обладает лучшей эластичностью по сравнению с PLA и отлично рассеивает тепло.
• Слабые стороны: Из-за проблем с просачиванием и налипанием нитей возникают определенные трудности в виде необходимости прикладывать больше усилий для успешной печати.
• Применение: Этот особый материал безопасен для пищевых продуктов и порой идеально подходит для прозрачных прототипов.

ТПУ (термопластичный полиуретан):

• Сильные стороны: Пожалуй, самый эластичный из них обеспечивает прочный и устойчивый каркас для данных объектов.
• Слабые стороны: Печать затруднена из-за необходимости специальных настроек для обеспечения ее правильного использования, а также из-за низкой скорости.
• Применение: Идеальный материал для чехлов для мобильных телефонов, эластичных ремешков и эргономичных ручек.

Нейлон:

• Сильные стороны: Из всех материалов нейлон является одним из самых прочных и долговечных благодаря своей высокой устойчивости к нагрузкам.
• Слабые стороны: В зависимости от воздействия воздуха и влажности качество печати будет меняться, поэтому важно позаботиться о складских помещениях.
• Применение: Специальные инженерные применения вместе с необходимыми механическими компонентами.

Поликарбонат (ПК):

• Сильные стороны: Обеспечивает очень хорошую защиту и отлично работает при повышенных температурах.
• Слабые стороны: Высокая усадка и для печати требуются температуры свыше 220 градусов.
• Применение: Хорошо подходит для компонентов, подвергающихся значительным нагрузкам или нагреву, например, ламп.

Из-за этих индивидуальных характеристик, связанных с нитями, может быть рекомендовано одно конкретное применение. Решение относительно материала основывается на необходимых свойствах в сочетании с условиями печати и окружающей среды.

Преимущества использования ПЭТГ и АБС для силиконовых форм

При проектировании силиконовых форм, особенно для создания прототипов, рассмотрение материалов имеет важное значение для конструкции. Однако с PETG некоторые компоненты формы могут быть достаточно прочными, учитывая их предполагаемое назначение, тем самым исключая необходимость в форме, изготовленной из более дешевых материалов. Будучи термопластичным полимером, PETG имеет несколько благоприятных характеристик; главными из них являются его прочность и ударопрочность, что делает его идеальным для производства многоразовых форм. Эти две характеристики, наряду с простотой обработки и хорошей отделкой поверхности, способствуют его применению в более сложных конструкциях форм и приложениях. С другой стороны, также стоит упомянуть, что наибольшим преимуществом ABS является его высокая прочность на разрыв и термостойкость. Отсутствие каких-либо сильных растворителей форм позволяет ABS выдерживать температуры отверждения некоторых эластомеров, что снижает стоимость формы без снижения точности формы. Более того, его небольшая эластичность улучшает простоту отделения формы от компонента, а также сложность точных углублений внутри формы.

Изучение металлов и смол для высокотемпературных применений

Когда дело доходит до материалов, используемых для высокотемпературных сред, как металлы, так и смолы могут хорошо служить в различных сценариях. Например, титан и нержавеющая сталь — это некоторые металлы, которые хорошо известны своей высокой теплопроводностью, прочностью и ударной вязкостью при высоких температурах. Они позволяют теплу свободно циркулировать, поэтому подходят для таких компонентов, как теплообменники и турбинные двигатели.

С другой стороны, высокопроизводительные смолы, такие как полиэфирэфиркетон (ПЭЭК) или полиимид, могут выдерживать высокие температуры и обладают определенными химическими и электроизоляционными свойствами. Такие смолы структурно и размерно стабильны, что делает их полезными в аэрокосмической и электронной промышленности, среди других применений. Выбор между металлами и смолами в основном зависит от области применения, окружающих условий и механических напряжений, ожидаемых для материала.

Как высота слоя влияет на качество пресс-формы?

Выбор правильной толщины слоя для формовки силикона

Вам необходимо учитывать компромиссы между отделкой поверхности и временем, необходимым для изготовления продукта, при выборе оптимальной толщины слоя для силиконовой формы. Хотя высота слоя ниже идеальной способствует более гладкой отделке и более точной детализации, она потребует увеличения производственных циклов. С другой стороны, более толстая высота слоя потребует меньше времени, но точность детализации, вероятно, будет поставлена под угрозу. Таким образом, в зависимости от требуемого количества деталей, объема необходимой отделки и времени выполнения заказа можно выбрать толщину слоя.

Как высота слоя влияет на гладкость конечного продукта

В силиконовом формовании высота слоя является фактором, влияющим на конечные детали и гладкость. Идеальный диапазон делает все это равномерно. Слои высотой от 0,1 мм до 0,3 мм видны невооруженным глазом, и из которых средняя высота слоев при смещении масштабирования периметров имеет результат в диапазоне от 0,0 мм до 0,8, адаптируя более тонкую высоту слоя, сочетая низкую видимость и утонченность. Однако уменьшение видимости приводит к удвоению количества исправленных ресурсов, что требует большего времени для изготовления.

Наоборот, при использовании более грубой высоты чередование слоев означает, что меньшие ресурсы тратятся на организацию общей прогрессии формы, поскольку отделка остается нетронутой на моделях с высотой от 0,2 мм до 0,3 мм. Хотя это может быть пригодно только для грубых моделей, что интересно, это выполняет работу. Другие тем временем утверждают, что на более грубых концах средний Ra варьируется от 2 микрометров до более высоких 12 микрометров, в зависимости от высоты одного слоя. Что касается выбора желаемой толщины слоя, достижение толщины 0,1 идеально для облегчения качества отделки, а также для сохранения минимального времени выполнения заказа.

Методы уменьшения видимых линий слоев в отливках

Для устранения видимых линий слоев отливок обычно требуются специальные методы, которые представляют собой комбинацию методов постобработки и оптимизации материалов. Некоторые методы постобработки, такие как абразивная струйная обработка или барабанная обработка, теперь могут использоваться для сглаживания литейных артефактов, тем самым делая наличие линий слоев менее заметным. В этом случае дробеструйная машина будет подвергаться некоторым незначительным абразивным воздействиям, так что все дефекты, расположенные в самом верхнем слое, будут удалены физически с помощью механической силы. Кроме того, вместо обычной шлифовки можно использовать специальные шлифовальные губки для сглаживания определенных частей отливки. Во-вторых, сглаживание растворителем, которое представляет собой химическую обработку, влечет за собой небольшое применение определенных растворителей, которые растворяют любые грубые края отделки поверхности. Кроме того, оптимизация смол или силиконовых смесей, специально разработанных для снижения усадки, помогает улучшить характеристики текучести и распределение выбранного материала. Эти процессы можно выбирать на основе конкретных особенностей отливки, ее предполагаемого использования и степени ее экономической эффективности.

Справочные источники

Силикон

3D-печать

Полимолочная кислота

Лучший поставщик силиконовых экструдеров из Китая

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Можно ли использовать PLA для изготовления силиконовой формы?

A: Ну, можно изготовить мастер-модели для силиконовых форм с помощью PLA. Однако, благодаря его низкой температуре плавления, следует соблюдать меры предосторожности при использовании его с определенными типами силиконовой резины, которые нагреваются в процессе отверждения.

В: Каковы преимущества использования PLA для изготовления силиконовых форм?

A: PLA выступает в качестве очень хорошего материала для моделей и мастер-шаблонов из-за простоты печати в 3D, биоразлагаем и имеет разумную детализацию. Кроме того, его стоимость невелика, что делает его хорошим для развлечения и вариаций форм.

В: Что можно сказать о температуре плавления PLA применительно к изготовлению кремниевых форм?

A: Главным недостатком форм из термоотверждаемой силиконовой резины является их более низкий температурный диапазон около 150-160 градусов C. Это означает, что они могут не подходить для некоторых силиконовых резин, в которые может быть вставлена термоотверждаемая форма. Чтобы предотвратить деформацию, следует использовать силиконы, отверждаемые при комнатной температуре, или следует разработать некоторые меры теплового контроля во время отверждения.

В: Подходят ли силиконовые герметики, продающиеся в хозяйственных магазинах, для изготовления форм из отпечатков из PLA?

A: Короткий ответ: Да. Однако эластичные силиконовые резины профессионального качества, специально разработанные для изготовления форм, лучше подходят для деталей, особенно для мелких отпечатков PLA. Более того, силиконовые герметики могут не воспроизводить мелкие детали и могут дольше отверждаться.

В: Что можно сделать, чтобы предотвратить прилипание PLA к внутренней стороне силиконовой формы во время литья?

A: Чтобы остановить склеивание, можно нанести разделительный состав на отпечаток PLA перед заливкой силикона. Типичные разделительные составы — это разделительные составы для форм, кулинарный спрей или даже кукурузный крахмал, посыпанный на поверхность. Таким образом, на PLA не останется никаких остатков после полного затвердевания силикона.

В: После изготовления силиконовой формы следует ли выбросить шаблон из PLA или удалить его?

A: Обычно вам не нужно избавляться от PLA после того, как форма сделана из силикона. Процесс отверждения будет происходить вокруг PLA, который служит шаблоном для создания негатива силиконовой формы. В таком случае, как только сама форма затвердеет, ее можно будет вытащить из PLA, который послужил одноразовым отпечатком, который либо утилизируется, либо будет готов к повторному использованию.

В: Можно ли ускорить затвердевание силикона путем его нагрева? Работа с формами из PLA.

A: Не рекомендуется нагревать силикон, чтобы ускорить процесс отверждения при работе с формами PLA. Нагревание силикона противопоказано, поскольку PLA имеет низкую температуру плавления и может расплавиться в печи. Используйте силикон с низкой температурой отверждения для всех изделий и соблюдайте указанное производителем время полного отверждения.

В: Что мне нужно сделать, чтобы убедиться, что моя модель из PLA готова к формованию в силиконе?

A: Перед нанесением силикона на форму, PLA должен быть напечатан с достаточной гладкостью. Добавление углов наклона конструкции часто является эффективной мерой, которая помогает облегчить снятие форм. Вы также можете инкапсулировать поверхность PLA эпоксидной смолой тонким слоем, чтобы получить гладкую и непористую поверхность.

В: Можете ли вы дать какие-либо дополнительные рекомендации относительно использования винтов или крепежей из PLA для проектирования пресс-формы?

A: При использовании PLA в качестве винтов или других модифицированных крепежей в вашей конструкции, пожалуйста, помните, что винты могут не обеспечивать ту же прочность, что и их металлические аналоги. Убедитесь, что они надежно закреплены или, возможно, используйте металлические гайки или вставки в секциях, где это необходимо. Нити PLA также могут иметь серьезные ограничения с точки зрения способности выдерживать многократное использование.

В: Можно ли силиконовые формы, изготовленные по шаблонам из PLA, подвергать запеканию или термической обработке?

A: Не рекомендуется запекать или подвергать термической обработке силиконовые формы, изготовленные с использованием шаблонов из PLA. PLA имеет низкую температуру плавления, около 150-160 °C, это означает, что он может деформироваться или расплавиться при температурах, используемых для отверждения силиконов, а также других материалов. Ограничьте рабочую температуру до комнатной при использовании форм на основе PLA, так как это всегда обеспечивает хорошие результаты и состояние форм.