Vstřikování prototypů

Někteří lidé si myslí, že vstřikování plastů je určeno pouze pro hromadnou výrobu konečných produktů; většina lidí si myslí, že ocelové formy jsou určeny pro velkoobjemové lisování a hliníkové formy jsou určeny pro vstřikování menších objemů ale nákladná výroba. Je však nejvyšší čas tyto předpoklady zpochybnit. Vstřikování, které je obvykle považováno za proces vhodný pro velkosériovou výrobu, lze tedy efektivně využít i při výrobě prototypů a malosériové výrobě.

Ano, prototypy vstřikovacích forem mají určité náklady, ale ty nejsou v současném světě příliš vysoké. Na rozdíl od minulosti, kdy se říkalo, že výroba forem trvá měsíce, dokáže dnes schopný výrobní partner vytvořit formy během několika týdnů.

Když mluvíme o vstřikování prototypů, je třeba vzít v úvahu celkový obraz. To zahrnuje konstrukci dílu, typ použitého materiálu, náklady na nástroje a čas potřebný k výrobě. Když se dokážete podívat na celkový obraz, můžete se vyhnout rozhodnutím, která jsou nákladná a časově náročná. Pokud vás tedy někdo informoval, že vstřikování není pro výrobu prototypů vhodné, je nejvyšší čas změnit názor.

Zkoumání vstřikování prototypů

Technologie 3D tisku v posledních několika letech změnila význam pojmu rychlé prototypování a je nyní reálnou alternativou k tradiční výrobě. S rozvojem technologie tisku, spékání materiálu a dokončovacího procesu a dostupností většího množství materiálů pro použití se vytvořily nové možnosti. Jedním z hlavních vývojových trendů je možnost využití 3D tisku při vývoji vstřikovaných prototypových nástrojů pro krátkodobou výrobu prototypů a výrobu. Tuto techniku postupně zavádějí vývojáři výrobků, výrobci nástrojů a smluvní výrobci kvůli následujícím výhodám.

Konvenční prototyp vstřikovacího lisu je všeobecně známo, že je velmi efektivní při velkosériové výrobě. Hliníkové formy jsou schopny vyrobit tisíce dílů, zatímco ocelové formy nabízejí nejvyšší kapacitu hromadné výroby. Tyto konvenční procesy jsou však často byrokratické a nákladné, zejména pokud v procesu dochází k chybám. Použití 3D tištěných nástrojů při vstřikování prototypů je levnější, než když se musí přejít k plnohodnotné výrobě, a také snižuje pravděpodobnost nutnosti opravovat chyby v nástrojích.

Výhody vstřikování při výrobě prototypů

Vstřikování prototypů je jednou z užitečných technik, které lze využít v procesu vývoje výrobku, aby se minimalizovalo riziko sériové výroby. Zde jsou uvedeny výhody, které lze pravděpodobně realizovat:

Cenově dostupná tvorba prototypů

Využití 3D tisku při vývoji prototypy vstřikovacích forem může být velkou pomocí při snižování nákladů i času potřebného k výrobě prototypů. Tradiční formy se vyrábějí z hliníku nebo oceli; jsou drahé a po vyrobení je nelze snadno měnit, což se v případě potřeby změn stává problémem. 3D tištěné formy jsou však levnější a rychlejší při provádění změn, jak je zdůrazněno ve srovnání nákladů a časové analýze nástrojů.

Realistické funkční testování

Vstřikování prototypů je také relativně levné a umožňuje testovat výrobek s materiálem, ze kterého bude vyroben. 3D tištěné formy jsou obvykle plastové a mohou být vyztuženy keramickými vlákny; zvládnou tlak při práci s různými termoplasty, jako je polykarbonát, nylon 66, ABS, POM, Ultem a GF Ultem. Díky tomu je možné přijít s více než dvaceti prototypy, které jsou téměř podobné finálnímu výrobku pro testování a posouzení.

Rychlé cykly zpětné vazby

Je nutné si uvědomit, že zpětná vazba je zásadním aspektem při vývoji produktů, a proto by měla být co nejrychlejší. Vstřikování prototypů umožňuje výrobu malých množství dílů, které lze snadno poskytnout beta testerům a konstrukčním oddělením. Tato krátká doba realizace je užitečná zejména pro spokojenost zákazníků a pro organizace s pobočkami nebo provozovnami, aby se zajistilo, že jim nedojdou náhradní díly.

Předcházení problémům v pozdním stadiu

Není běžné dosáhnout dokonalosti hned při prvním pokusu o návrh. Největším problémem jsou čas a peníze, které se promrhají na chyby, které se objeví v pozdějších fázích projektu. Pokud se myšlenka vstřikování prototypů uplatní v raných fázích vývoje, je možné se vyhnout některým problémům při výrobě, protože budou identifikovány a řešeny dříve, než se zhorší.

Použitím vstřikování prototypů jsou proto vývojáři výrobků schopni přijít s lepším a efektivnějším způsobem vývoje výrobku, který pomůže překlenout mezeru mezi konceptem a skutečnou výrobou výrobku.

Srovnání lisování prototypů a hromadného lisování

Klasifikace vstřikování plastů se provádí především s ohledem na počet vyráběných dílů; provádí se mezi výrobou prototypů a výrobou dílů pro konečné použití. Ačkoli jsou si obě metody podobné v technikách používaných k výrobě dílu, obě metody jsou navrženy tak, aby byly nákladově efektivní, funkční a mechanicky pevné pro konkrétní díl. Hlavní rozdíl je v typu použité formy.

Při výrobě prototypů se používá forma na CNC obráběném stroji, do které se vstřikuje roztavený termoplast a následně se ochladí. Jedinečnost tohoto procesu spočívá v tom, že místo běžných ocelových forem se používají formy hliníkové. Hliníkové formy nejen zvyšují rychlost výroby, ale také snižují výrobní náklady, a proto jsou vhodné pro výrobu dílů, které jsou vhodné k použití.

Lze použít různé typy plastových konstrukčních materiálů, což poskytuje širokou škálu možností, i když je forma vyrobena z jednoho materiálu. Hlavním účelem prototypového lisování je zkrátit dobu potřebnou k výrobě a celkové náklady na výrobu.

Kdy se rozhodnout pro vstřikování prototypů?

Následují některé z faktorů, které pomáhají určit, kdy použít prototypové tvarování. Především je efektivní ve fázi návrhu a při testování materiálů, protože poskytuje reálný přístup k analýze nákladů a možností. Za druhé, při ověřování funkčnosti dílů, které se mají vyrábět ve velkém množství, nabízí prototypové lisování vynikající příležitost k otestování dílů před zahájením velkosériové výroby.

Tvarování prototypů může také zvýšit efektivitu výzkumu a vývoje a zkrátit dobu uvedení na trh, a proto je oblíbené mezi společnostmi, které se snaží rychle vstoupit na trh. Dalším faktorem, který je třeba vzít v úvahu, je prototypové lisování, které je vhodné v případě, že je požadována výroba kolem 10 000 kusů a náklady na lisování jsou poměrně vysoké.

Na druhé straně se při hromadné výrobě používají formy z ocelových materiálů, které se dlouhodobě používají při výrobě velkého množství dílů. Tyto formy jsou také schopny pojmout složitější geometrie dílů a jsou navrženy tak, aby vydržely dlouhé výrobní série. Náklady na výrobu forem pro hromadnou výrobu jsou relativně vyšší než náklady na výrobu prototypových forem, protože se používá vysoce kvalitní ocel a časově náročné procesy; náklady na jeden kus jsou však u velkých množství relativně nízké. Výroba forem pro hromadnou výrobu však trvá déle a na začátku vyžaduje více peněz, ale jsou levnější na kus a jsou ideální pro velké výrobní série.

Výhody vstřikování plastů

Rychlé vstřikování plastových dílů prostřednictvím prototypování má řadu výhod, které jsou velmi důležité při vývoji výrobků. Tato metoda nejenže umožňuje konstruktérům a designérům potvrdit kvalitu dílů, ale také jim umožňuje použít skutečné díly pro testování na trhu před dokončením návrhů. Kromě ověření návrhu a ověření konstrukce pomáhá rychlé vstřikování prototypů při optimalizaci návrhů nástrojů pro výrobní série.

Nejvíce se osvědčuje u výrobků, které mají vysoké estetické nároky a výkon v raných fázích životního cyklu výrobku. Před investicí do drahého výrobního nástroje je vhodné konzultovat se společností MSI Mold nabídku rychlého vstřikování prototypů. Zde je několik dalších významných výhod prototypování plastových dílů před plnohodnotnou výrobou:

1. Urychlené a spolehlivé uvedení produktu na trh: Vytváření prototypů a testování trhu může pomoci překonat řadu problémů, které jsou hlavní příčinou neúspěchu mnoha výrobků, včetně nepřesného odhadu nákladů a nedostatečného pochopení trhu. Díky tomuto přístupu je proces uvedení výrobku na trh méně problematický a efektivnější.
2. Vylepšená funkčnost a vzhled produktu: Je snazší vyhodnotit výkon a vzhled prototypových vzorků v reálném světě ve srovnání s hodnocením podle technických výkresů nebo dokonce vizualizací.
3. Zjednodušený proces návrhu: Vytváření prototypů je užitečné pro zkrácení celkového času stráveného inženýrskou prací a přezkoumáním návrhu, protože nabízí fyzický důkaz proveditelnosti výrobku. Když má totiž člověk v ruce prototyp dílu pro vstřikování plastů, je snazší přesvědčit zúčastněné strany.
4. Úspora nákladů na nástroje: Rychlé vstřikování prototypů je užitečné při odhalování případných problémů před jejich začleněním do výrobního nástroje, čímž se minimalizuje pravděpodobnost nutnosti předělání nástroje. Tento přístup je proaktivní a ve srovnání s reaktivním přístupem přináší z dlouhodobého hlediska velké úspory.

Použití rychlého vstřikování prototypů pro výrobu plastových dílů tak nejen zaručuje kvalitu výrobku a jeho prodejnost, ale také pomáhá zlepšit proces vývoje výrobku z hlediska času a nákladů.

Úvahy o výběru materiálu při vstřikování plastů

Výběr správného materiálu je velmi důležitý jak při vstřikování prototypů, tak při výrobním vstřikování. Mohou však používat stejné plasty za předpokladu, že splňují některé faktory. Například nylonový materiál plněný sklem je vhodný pro výrobu, ale rychleji opotřebovává prototypové vstřikovací formy, protože je abrazivní. Pokud však jde o výrobu prototypu sady přibližně 100 dílů, není opotřebení tak kritické jako při výrobě 10 000 dílů.

Z hlediska použitého materiálu je rozdíl mezi tzv. komoditními plasty a technickými plasty. Komoditní plasty jsou levnější než technické plasty, ale nemusí mít stejné mechanické vlastnosti. Např, Vstřikování PEEK, technický plastový materiál používaný ve zdravotnických prostředcích, je relativně drahý a může být k dispozici v nízkých MOQ, zejména pokud se nakupuje ve velkém množství.

Pokud se chystáte vyrobit prototyp, který bude fungovat jako skutečný, můžete použít levnější materiál, například polyfenylsulfon (PPSU). Je však třeba zmínit, že PPSU může být dostačující, ale nemusí zpochybnit tvarovatelnost vašeho dílu v takovém rozsahu, v jakém je zamýšleným výrobním materiálem PEEK. Další možností by mohlo být použití metody aditivní výroby pomocí 3D tisku vláken z materiálů, jako je PPSU nebo PEEK. Tato metoda může být užitečná při snižování nákladů na nástroje a umožňuje použití preferovaného plastového materiálu.

Výběr materiálu je tedy jedním z nejdůležitějších faktorů, které rozhodují o úspěchu prototypových a výrobních vstřikovacích procesů a o nákladech na finální díly při splnění jejich mechanických požadavků a tvarovatelnosti.

Porovnání vlastností prototypových a výrobních vstřikovacích forem: Ocel vs. Hliník

Rozdíl mezi prototypovou a výrobní vstřikovací formou nekončí pouze výběrem kovu. Obě mohou být vyrobeny z hliníku nebo oceli, ale liší se v řadě významných parametrů. Jedním z nich je třída formy podle SPI (Society of Plastics Industry), přičemž třída 105 je určena pro prototypovou výrobu, která obvykle nepřesahuje 500 kusů. Tento klasifikační systém definuje normy pro povrchovou úpravu forem, které mají zásadní význam pro výkon formy a kvalitu dílu.

Při vstřikování prototypů se klade důraz spíše na kvalitu dílu než na trvanlivost nástroje. To je důležité zejména při FAI, kdy se kontroluje, zda díly mají požadované vlastnosti, či nikoli. Zatímco výrobní vstřikovací formy se zaměřují na dobu cyklu a životnost nástroje, prototypové formy se soustředí na získání nejlepší kvality dílu, i když to znamená ztrátu optimalizace doby cyklu.

Na druhé straně se konstrukce a výroba výrobních vstřikovacích forem zaměřuje na takové aspekty, jako je doba cyklu, kvalita dílů a životnost (cykly) nástrojů. Tyto formy jsou navrženy tak, aby se používaly ve velkosériové výrobě s vysoce kvalitními díly a s malou nebo žádnou potřebou časté výměny.

Rozhodnutí, kterou vstřikovací formu použít, zda prototypovou nebo výrobní, závisí na několika faktorech, jako je aplikace, množství potřebných dílů a kvalita. Každý typ formy má své silné a slabé stránky a při výběru formy pro vstřikování je důležité těmto rozdílům porozumět.

Kontaktujte společnost SIncere Tech pro svůj projekt prototypu

Pokud hledáte profesionální služby v oblasti vstřikování prototypů, můžete se obrátit na společnost Sinceretech. Ta má spolehlivé výrobní partnery po celém světě, kteří se zaměřují na vstřikování plastů a poskytují služby od konceptu až po výrobu. Společnost Sinceretech nabízí mnoho služeb, např. 3D tisk a vstřikování, takže můžete zvolit vhodný proces v závislosti na fázi vývoje. Tento integrovaný přístup vede k efektivitě výrobního procesu, protože lze s velkou rychlostí vytvářet složité díly, například prototypy.