Zastąp CNC i odlewy wysokowydajnymi termoplastami

W wielu branżach przemysłowych obserwujemy dziś wyraźny trend: firmy rezygnują z odlewów i części obrabianych CNC na rzecz nowoczesnych tworzyw konstrukcyjnych. Dlaczego? Bo dzisiejsze termoplasty, takie jak PPS, PEEK, PEI czy wzmocnione poliamidy, oferują wytrzymałość mechaniczną i odporność chemiczną porównywalną z metalem — przy jednoczesnym obniżeniu kosztów produkcji, masy oraz czasu realizacji.

Kiedy warto zastąpić części CNC elementami z tworzyw sztucznych termoplastycznych?

Obróbka CNC świetnie sprawdza się w produkcji jednostkowej i niskoseryjnej. Jednak gdy potrzebujemy kilkuset lub kilku tysięcy identycznych części, obróbka staje się nieopłacalna. Koszt jednostkowy rośnie, czas realizacji się wydłuża, a straty materiałowe bywają znaczące.

Wtrysk z tworzywa może wtedy zredukować koszt jednostkowy nawet o 70–90% – pod warunkiem że zainwestujemy w formę. Próg opłacalności zależy od geometrii i materiału, ale zazwyczaj mieści się w przedziale 500–3000 sztuk.

Świetnie – poniżej znajdziesz dopisaną część artykułu (lub osobną sekcję) dotyczącą opłacalności zastąpienia elementów odlewanych – zarówno grawitacyjnie, jak i metodą ciśnieniową – tworzywem PPS oraz innymi termoplastami. Tekst uwzględnia zarówno kontekst kosztowy, jak i techniczny.

Kiedy opłaca się zastąpić odlewy elementami z tworzywa?

Zastąpienie metalu (zarówno odlewów grawitacyjnych, jak i ciśnieniowych) tworzywami konstrukcyjnymi takimi jak PPS, PEEK, PEI czy PA6-GF staje się opłacalne, gdy spełnione są trzy główne warunki:

1. Nakład powyżej 500–1000 sztuk

Koszt formy do wtrysku PPS jest porównywalny lub niższy niż koszt form odlewniczych (szczególnie przy precyzyjnych częściach). Jednocześnie koszt jednostkowy wtrysku jest znacznie niższy niż:

• jednostkowy koszt CNC (nawet przy zautomatyzowanej produkcji),
• koszt odlewu aluminiowego z obróbką wykańczającą.

Dla prostych detali opłacalność pojawia się już przy nakładzie rzędu 500–1000 sztuk, a w przypadku złożonych elementów może to być już przy 200–300 sztukach.

2. Brak potrzeby przewodzenia prądu lub dużej masy

Jeśli część nie musi przewodzić prądu, nie wymaga wysokiej bezwładności ani bardzo dużej sztywności (jak stal), to PPS może ją w pełni zastąpić. Tworzywa dają także przewagę w kwestii:

• odporności na korozję,
• redukcji masy (nawet 6× w porównaniu do metalu),
• łatwiejszego projektowania form o złożonej geometrii (żebra, zintegrowane mocowania itp.).

3. Wysokie koszty wtórnej obróbki odlewów

Wiele odlewów wymaga dodatkowej obróbki (toczenie, gwintowanie, frezowanie). Element z tworzywa może być uformowany z gotowymi gwintami, zatrzaskami lub strukturą powierzchni, bez potrzeby dalszej obróbki

Porównanie przykładowe:

Podsumowanie:

Z ekonomicznego punktu widzenia opłaca się zastąpić odlew elementem z PPS, gdy:

• seria przekracza 500–1000 sztuk,
• istnieje potrzeba redukcji masy lub wyeliminowania korozji,
• elementy metalowe wymagają dodatkowej obróbki,
• ważna jest precyzja i powtarzalność wymiarowa.

Nasz faworyt – PPS, czyli idealna alternatywa dla metalu

W 3DForce specjalizujemy się w przetwórstwie tworzywa PPS, które od samego początku zachwyciło nas swoimi wyjątkowymi właściwościami i szerokim zakresem zastosowań.

Dzięki PPS wielu naszych klientów osiągnęło znaczące oszczędności, zastępując kosztowne elementy CNC oraz odlewy właśnie tym materiałem.

PPS (polifenylosulfid) to wysokowydajny termoplast o imponujących parametrach technicznych:

• Odporność temperaturowa do ~240°C w długim okresie
• Doskonała stabilność wymiarowa i odporność na pełzanie
• Odporność chemiczna porównywalna z PTFE (teflonem)
• Bardzo dobre właściwości dielektryczne i samogasnące (klasa V-0)
• Dostępność w wersjach wzmacnianych włóknem szklanym lub węglowym (do 50%)
• Certyfikacja do kontaktu z żywnością
• Wysoka przewodność cieplna (dla wersji z dodatkami)

Te cechy czynią z PPS idealnego kandydata do zastępowania metalu w precyzyjnych komponentach technicznych, szczególnie tam, gdzie nie jest wymagana przewodność elektryczna lub cieplna. Tworzywo doskonale sprawdza się m.in. w obudowach elektroniki, elementach maszyn, złączach czy częściach pracujących w agresywnym środowisku.

Zakres zastosowań i liczba branż, w których PPS znajduje praktyczne wykorzystanie, naprawdę robią wrażenie.

Branże wykorzystujące PPS:

1. Motoryzacja

• Zastosowania: elementy układu chłodzenia, komponenty EGR, złącza paliwowe, czujniki, obudowy sterowników
• Dlaczego PPS?
  • Wysoka odporność na temperaturę (>220°C)
  • Doskonała odporność chemiczna (oleje, paliwa, płyny chłodnicze)
  • Niska absorpcja wilgoci → stabilność wymiarowa

2. Elektronika i elektrotechnika

• Zastosowania: konektory, podstawki pod układy scalone, izolatory, komponenty SMD
• Dlaczego PPS?
  • Wysoka izolacyjność elektryczna
  • Stabilność wymiarowa w szerokim zakresie temperatur
  • Samogasnący (UL94 V-0 bez dodatków)

3. Przemysł chemiczny i petrochemia

• Zastosowania: zawory, korpusy pomp, części przepływowe, uszczelnienia statyczne
• Dlaczego PPS?
  • Odporność na agresywne media (kwasy, zasady, rozpuszczalniki)
  • Odporność na pełzanie i ścieranie
  • Niska przepuszczalność gazów

4. AGD i urządzenia domowe

• Zastosowania: komponenty ekspresów do kawy, czajniki, elementy grzejne, izolatory
• Dlaczego PPS?
  • Odporność na wrzącą wodę i parę
  • Brak deformacji w podwyższonej temperaturze
  • Bezpieczeństwo kontaktu z żywnością (niektóre gatunki)

5. Przemysł lotniczy i kolejowy

• Zastosowania: obudowy przekaźników, uchwyty, elementy konstrukcyjne
• Dlaczego PPS?
  • Trudnopalność i niska emisja dymu
  • Stabilność mechaniczna i chemiczna
  • Odporność na wibracje i starzenie cieplne

6. Sprzęt medyczny (elementy techniczne)

• Zastosowania: uchwyty, obudowy urządzeń, komponenty nie mające kontaktu z organizmem
• Dlaczego PPS?
  • Możliwość sterylizacji parą
  • Odporność na środki czyszczące i dezynfekujące

7. Automatyka i robotyka

• Zastosowania: koła zębate, prowadnice, dystanse, elementy o wysokim współczynniku sztywności
• Dlaczego PPS?
  • Sztywność i niski współczynnik tarcia (zwłaszcza z dodatkami PTFE lub GF)
  • Odporność na zmęczenie materiału

Obróbka skrawaniem (frezowanie/toczenie) detali z PPS

Tworzywo PPS nadaje się doskonale do obróbki. Nie zapycha wierteł i dobrze się skrawa zostawiając esteyczną powierzchnię. W 3DForce często obrabiamy detale z PPS, gdy wymagana jest najwyższa precyzja.

Zdjęcie przedstawia precyzyjnie wykonany gwint na frezarce CNC

Film przedstawia obróbkę CNC materiału PPS

Alternatywne tworzywa konstrukcyjne

• PEEK – ekstremalna odporność chemiczna i mechaniczna, do 260°C, często stosowany w przemyśle lotniczym i medycznym, minusem jest ekstremalnie wysoka cena
• PEI (Ultem) – wysoka sztywność, odporność na hydrolizę i dobre właściwości dielektryczne
• PA6+GF / PA66+GF – popularne, tanie poliamidy zbrojone włóknem szklanym. Często stosowane zamiast aluminium
• PBT-GF – bardzo dobre właściwości elektroizolacyjne, odporność na ścieranie

Wszystkie te materiały dostępne są w formie granulatów do wtrysku, co umożliwia masową produkcję wysoce precyzyjnych komponentów.

Przykładowe zastosowania

• Obudowy elektroniki i konektory zamiast obróbki z aluminium
• Łopatki wirników i elementy przepływowe w pompach
• Części konstrukcyjne w motoryzacji i AGD
• Komponenty mechaniczne w automatyce i robotyce

Opinia eksperta 3DForce

Zastąpienie elementów wykonywanych metodą CNC lub odlewów komponentami z wysokowydajnych termoplastów to realna szansa na redukcję kosztów, skrócenie czasu realizacji oraz zwiększenie elastyczności produkcji. Kluczowe jest jednak odpowiednie dobranie materiału do danej aplikacji oraz precyzyjne wykonanie formy, zapewniające powtarzalność i wymagane tolerancje.

Wciąż jednak istotnym wyzwaniem pozostaje niewystarczająca świadomość inżynierów i projektantów na temat możliwości, jakie oferują nowoczesne tworzywa konstrukcyjne. Przy tak dynamicznym rozwoju rynku i ogromnej liczbie nowych mieszanek wprowadzanych przez producentów, zdecydowanie warto śledzić tę branżę na bieżąco.

Szczególnie sektor elektromobilności mocno napędza potrzebę redukcji masy wyrobów, co przekłada się na rosnące zainteresowanie zastępowaniem metalu tworzywem w coraz bardziej wymagających zastosowaniach.

Warto więc inwestować w wiedzę z zakresu doboru materiałów, ich właściwości, ograniczeń oraz technologii przetwórstwa.

Jeśli chcesz porozmawiać o konkretnej części i sprawdzić, czy możliwe jest jej „odmetalowienie” – zapraszamy do kontaktu.