Formy wtryskowe – krótka charakterystyka technologii

Formy wtryskowe to – najprościej mówiąc – narzędzia służące do wytwarzania elementów z plastiku (tworzyw sztucznych). W uproszczeniu można powiedzieć, że jest to kawałek stali z gniazdami, do których pod dużym ciśnieniem wtryskiwany jest roztopiony plastik. Tworzywo niemal natychmiast krzepnie, tworząc gotowy wyrób. Cały cykl odbywa się w pełni automatycznie, przy minimalnym lub zerowym udziale człowieka.

Forma wtryskowa wymaga do pracy specjalistycznej maszyny – wtryskarki – przystosowanej do ciągłej, wieloletniej eksploatacji. Formy wykonywane są ze stali narzędziowych, często o podwyższonej twardości, i potrafią wyprodukować miliony sztuk detali. Ze względu na bardzo wysokie ciśnienia procesu, formy muszą być wykonywane z dużą precyzją, aby zapewnić jakość i powtarzalność wyrobu.

Dlaczego formy wtryskowe są drogie?

Formy wtryskowe muszą być wykonane z najwyższą precyzją i nie pozostawiają marginesu na błędy. Wysoka cena formy wynika nie tylko z czasu i materiału, ale również z ryzyka – nawet drobna pomyłka na końcowym etapie może oznaczać konieczność kosztownych poprawek lub wykonania formy od nowa. Do całkowitego kosztu należy doliczyć także inwestycję w zaawansowane maszyny (frezarki CNC, elektrodrążarki EDM, tokarki, szlifierki) oraz wynagrodzenia doświadczonych operatorów i programistów.

Alternatywy dla stalowych form wtryskowych

Formy wtryskowe to niezastąpione rozwiązanie w produkcji wielkoseryjnej. Jednak koszt formy – często znacznie przekraczający koszt samej wtryskarki (mowa o kwotach rzędu kilkuset tysięcy złotych) – zwraca się tylko przy odpowiednio dużej liczbie wyprodukowanych sztuk. Co w przypadku, gdy nie planujemy milionowej produkcji? Na szczęście istnieją ciekawe alternatywy – każda z nich jednak wiąże się z pewnymi kompromisami.

Sprawdź wybrane przez nas alternatywne technologie wytwarzania produktów z tworzyw sztucznych:

1. Druk 3D
2. Odlewanie próżniowe (vacuum casting)
3. Formowanie rotacyjne (rotomolding)
4. Frezowanie CNC
5. Szybkie formy wtryskowe 3DForce

1. Druk 3D

Druk 3D to technologia, która dynamicznie się rozwija i otwiera nowe możliwości. Jest nieoceniony na etapie projektowania i prototypowania wyrobów. Ale czy stanowi realną alternatywę dla form wtryskowych?

Ograniczenia druku 3D

Ograniczony wybór tworzyw

Istnieje wiele technologii druku 3D. Najpopularniejsza – FDM – oferuje szeroki wybór materiałów termoplastycznych, m.in. ABS, ASA, PC. Jednak wyroby FDM nigdy nie osiągną takiej estetyki i wytrzymałości jak elementy formowane wtryskowo.

Ciekawą alternatywą jest technologia HP Multi Jet Fusion, umożliwiająca produkcję wytrzymałych, matowych wyrobów z PA12. Warto także wspomnieć o Stratasys PolyJet – technologii pozwalającej uzyskać wydruki o bardzo dużej precyzji z żywic światłoutwardzalnych, symulujących różne właściwości termoplastów (od ABS po gumopodobne).

Możliwości materiałowe

Technologia	Typ materiału	Przykłady
FDM	Termoplasty	PLA, ABS, ASA, PETG, PC
MJF	PA12	Obudowy, części techniczne
PolyJet	Żywice UV	ABS-like, gumo-podobne

Wykończenia powierzchni

Technologia	Efekt	Uwagi
FDM	Widoczne warstwy	Wymaga obróbki
MJF	Matowe, chropowate	Estetyczne bez wykańczania
PolyJet	Bardzo gładkie	Najlepsze odwzorowanie detali

Wytrzymałość

Technologia	Wytrzymałość	Przeznaczenie
FDM	Średnia	Prototypy, testy
MJF	Wysoka	Funkcyjne, użytkowe
PolyJet	Niska do średniej	Modele wizualne

Cena

Technologia	Koszt	Skalowalność
FDM	Niski	Dobrze przy małej ilości
MJF	Średni	Optymalnie przy krótkich seriach
PolyJet	Wysoki	Modele pokazowe

Wydajność

Technologia	Wydajność	Uwagi
FDM	Niska	Długi czas druku
MJF	Wysoka	Produkcja wielu detali naraz
PolyJet	Średnia	Czasochłonna obróbka końcowa

Nasza ocena:

Druk 3D to świetne rozwiązanie do prototypowania i produkcji jednostkowej. Dla małych serii może być alternatywą dla form wtryskowych – zwłaszcza przy skomplikowanych geometriach, gdzie estetyka nie jest kluczowa. Aby zbliżyć się do jakości formowanej wtryskowo, niezbędna jest dodatkowa obróbka: szlifowanie, polerowanie, szpachlowanie, malowanie, piaskowanie itp.

W 3DForce druk 3D wykorzystujemy głównie do produkcji prototypów – w tym zakresie nie ma sobie równych.

Podsumowanie

Kiedy stosować: prototypy, małe serie, części o złożonej geometrii.

Zalety:

• Brak potrzeby formy
• Szybka iteracja projektów
• Możliwość wykonania złożonych kształtów
• Dostępność materiałów: PLA, ABS, nylon, żywice, metal

Wady:

• Dłuższy czas produkcji przy większej liczbie sztuk
• Niższa wytrzymałość mechaniczna i estetyka

2. Odlewanie próżniowe (vacuum casting)

Technologia odlewania próżniowego cieszy się wciąż niską popularnością, głównie z uwagi na żmudny proces wytwarzania form. Technologia polega na wykonaniu tzw. master-modelu (zazwyczaj za pomocą druku 3D poddanego dodatkowej obróbce), na podstawie którego wytwarza się formę silikonową.

Przeszkodą w uzyskaniu dobrej jakości wyrobu są pęcherzyki powietrza w żywicach i silikonach, które usuwa się próżniowo. Sam proces odlewania także może być przeprowadzany w próżni przy użyciu specjalistycznych urządzeń.

Nasza ocena:

Świetna technologia na etapie wdrażania nowego produktu – to coś pomiędzy drukiem 3D a klasycznym wtryskiem.

Podsumowanie

Kiedy stosować: średnie serie (10–100 sztuk), prototypy końcowe.

Zalety:

• Niska cena formy (silikon)
• Dobra jakość detali, podobna do wtryskowych
• Szeroki wybór materiałów poliuretanowych

Wady:

• Krótka żywotność formy (10–30 odlewów)
• Proces przygotowawczy wymaga czasu

3. Formowanie rotacyjne (rotomolding)

Technologia rotomoldingu jest niezastąpiona przy produkcji dużych, pustych w środku elementów o skomplikowanej geometrii. Proces polega na umieszczeniu granulatu w formie, zamknięciu jej i stopniowym podgrzewaniu przy jednoczesnym obrocie w wielu osiach. Po ostygnięciu forma jest rozbierana, a detal usuwany.

Tworzywa stosowane w rotomoldingu

Najczęściej używane są: PE (polietylen), LLDPE, HDPE, EVA, PVC. Charakteryzują się wysoką odpornością na uderzenia i warunki atmosferyczne.

Nasza ocena:

Mimo że technologia różni się od wtrysku, znajduje zastosowanie w specyficznych branżach – np. zbiorniki, zabawki, meble outdoorowe.

Kiedy stosować: duże, puste elementy.

Zalety:

• Brak spoin i zgrzewów
• Niskie ciśnienie = tańsze formy, nie wymagajace tak duzej precyzji wykonania oraz wytrzymalosci

Wady:

• Ograniczona precyzja
• Długi czas produkcji
• Produkcja w dużym stopniu bazująca na pracy fizycznej pracowników

4. Obróbka CNC

Frezowanie CNC to świetna alternatywa dla form wtryskowych, zwłaszcza przy krótkich seriach i dużych wymaganiach precyzyjnych. Technologia umożliwia wykorzystanie szerokiej gamy materiałów, a produkcja może być w pełni zautomatyzowana.

Problemem może być jakość powierzchni – w niektórych przypadkach widoczne są ślady obróbki, szczególnie przy tworzywach sztucznych.

Idealne rozwiązanie do obudów elektroniki – przykład? Obudowy Apple produkowane są właśnie w ten sposób.

Materiały

Aluminium, mosiądz, POM, ABS, PC, PMMA, PP, PE – w zależności od przeznaczenia.

Wykończenie powierzchni

Możliwości: frezowanie gładkie, szlifowanie, anodowanie, polerowanie, piaskowanie.

Nasza opinia:

Bardzo dobra alternatywa przy wymagających kształtach i dużej precyzji. Sprawdza się przy nietypowych geometriach (np. grube ściany, duże różnice grubości).

5. Szybkie formy wtryskowe 3DForce

Ciekawą alternatywą dla stalowych form są szybkie formy wtryskowe 3DForce – wykonywane ze stopów aluminium przeznaczonych do tego celu. Są idealne dla krótkich i średnich serii – już od 50 sztuk.

Materiały

Dostępne są wszystkie standardowe tworzywa wtryskowe, w tym modyfikowane włóknem szklanym lub węglowym.

Termin realizacji

Formy gotowe nawet w 14 dni roboczych.

Wykończenie powierzchni

Pełna gama wykończeń stosowanych w przemyśle: mat, połysk, faktury standardowe.

Branże

Elektronika, oświetlenie, przemysł maszynowy, place zabaw, branża medyczna.

Minusy

Aluminium nie jest tak trwałe jak stal, dlatego w niektórych przypadkach konieczne są modyfikacje konstrukcji – 3DForce oferuje pomoc w ich przeprojektowaniu.

Masz pytania?

Skontaktuj się z nami – doradzimy odpowiednią technologię dopasowaną do Twojego produktu, budżetu i serii produkcyjnej.