Высокотемпературная 3D печать и металлизация пластмасс

 

Металлизация – технология финишной обработки изделий из пластика, заключающаяся в нанесении тонкого металлического покрытия на поверхность детали. Метод применяется как для защиты от внешних воздействий, так и для повышения эстетичности деталей.

Металлизация придаёт изначально не свойственные пластику характеристики, в частности, электропроводность, повышенную устойчивость к истиранию, теплостойкость, а также повышает общий срок службы пластмассовых изделий. В качестве материала для покрытия используют алюминий, цинк или различные комбинации металлов.

Существуют несколько видов металлизации, ниже перечислены некоторые из них:

• Холодное напыление металлов
• Химическая металлизация
• Вакуумная металлизация

Маскирование в процессе металлизации

Зачастую, нанесение металлического покрытия предполагает создание специальных масок для защиты той площади пластикового изделия, которая не должна быть подвергнута обработке. Например, маскировку применяют для отверстий и выступов, как показано на фото ниже.

 

 

Для изготовления масок используют разные материалы, от стеклонаполненного пластика до алюминия. Процесс производства масок напрямую связан с производством обрабатываемого изделия, так как они должны в точности повторять геометрию друг друга, чтобы избежать просачивания металла.

После того как маска использована, её очищают от нанесённого металла при помощи различных химикатов. Соответственно, материал, из которого она изготавливается должен быть химически стойким.

Ограничения традиционных методов производства

Детали, на которые наносится металлическое покрытие, как правило, производятся массово традиционными способами, например, литьём под давлением. Большие объемы оправдывают использование таких методов, так как стоимость одного изделия в таком случае остаётся низкой.

Маски, напротив, изготавливаются в лимитированных количествах, что автоматически повышает их себестоимость при использовании традиционного производства. Так, цена одной оснастки может достигать несколько десятков или даже сотен тысяч рублей.

Дополнительным ограничением являются сроки производства. Получение маски при помощи механической обработки займёт несколько дней или недель, в зависимости от сложности геометрической формы. Кроме того, мехобработка является трудоёмким процессом.

3D печать оснастки для металлизации

3D печать, в отличие от технологий литья или механической обработки, является экономически целесообразным решением при мелкосерийном производстве.

Для изготовления масок используют технологию FDM, а именно высокотемпературные 3D принтеры, которые печатают тугоплавкими полимерами.

К тугоплавким пластикам относят такие материалы как ULTEM 9085 (полиэфиримид), PEEK (полиэфирэфиркетон), PEKK (полиэфиркетонкетон) и другие. Такие пластмассы способны выдерживать высокие температуры, устойчивы к воздействию химикатов, обладают низким газовыделением при низком давлении, что делает их пригодными для использования в процессе вакуумной металлизации.

Например, температура изгиба под нагрузкой 1.82 МПа для ULTEM 9085 составляет 175°C, а температура длительной эксплуатации PEEK пластика достигает 250°C.

Пример применения

 

Метод металлизации активно используется в автомобилестроении при производстве корпусов фар, элементов интерьера, логотипов автомобильных брендов.

Так, при нанесении металла на корпус задней фары необходимо использовать маску, защищающую внешнюю часть корпуса. Изначально, оснастку изготавливали литьём эпоксидной смолы с последующей обработкой полученной отливки на ЧПУ станке.

Данный процесс предполагает создание литейной формы, что значительно повышает общую стоимость производства при изготовлении лимитированной серии. Поэтому оснастка выпускалась в количествах серьезно превышающих необходимые, в результате чего 20% партии числились на складе до 15 лет, занимая место и увеличивая расходы на содержание складского помещения.

В результате было принято решение изменить способ производства с традиционного на аддитивный. Теперь для получения маски использовался высокотемпературный FDM 3D принтер и тугоплавкий пластик ULTEM 9085. Внедрение 3D печати обеспечило производителю следующие преимущества:

 

• Использование химического стойкого полимера, способного выдержать нагрузки, возникающие при очистке оснастки от металла
• Использование пластика, пригодного для вакуумной металлизации
• Возможность изготовления сложных геометрических форм благодаря наличию у 3D принтера двух экструдеров – второй из них формирует опоры нависающих элементов из вспомогательного пластика
• Наличие цифровой 3D модели маски позволило перейти к производству «по запросу». Теперь оснастка изготавливается ровно в необходимых количествах и только тогда, когда возникает такая потребность

 

Материал	Эпоксидная смола  литьё и ЧПУ обработка	ULTEM 9085 3D печать
Вес	0.566 кг	0.406 кг
Срок производства	10 дней	32 часа

 

Оборудование для печати тугоплавкими пластиками

Полимеры PEEK, PEKK, PEI и их аналоги требовательны к характеристикам 3D принтера. Прежде всего, экструдер машины должен достигать температуры плавления данных пластмасс, которая составляет 350 - 400°C.

Для прочной межслоевой адгезии и предотвращения усадки 3D принтеру необходимо наличие активно подогреваемой рабочей камеры. Температура внутри области построения должна соответствовать температуре стеклования полимера, для тугоплавких материалов это значение составляет 150 - 180°C.

Одним из самых современных и производительных FDM 3D принтеров является PRO 610 HT от компании Intamsys.

• Аппарат обладает внушительной рабочей зоной – 610*508*508 мм
• Максимальная температура экструдеров составляет 500°C  
• Рабочая камера PRO 610 HT разогревается до 300°C
• 3D принтер оснащён двумя экструдерами, что позволяет печатать двумя пластиками – модельным и вспомогательным для поддержки сложной геометрии