Formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych – klucz do masowej produkcji.

Formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych stało się fundamentem współczesnej produkcji masowej, umożliwiając tworzenie precyzyjnych, powtarzalnych części z tworzyw sztucznych na skalę przemysłową. 

W 3D Force rozumiemy, że wybór między różnymi technologiami produkcyjnymi może być wyzwaniem, szczególnie gdy Twój projekt znajduje się na etapie przejścia od prototypu do produkcji seryjnej. Dlatego przygotowaliśmy kompleksowy przewodnik, który pomoże Ci zrozumieć, kiedy formowanie wtryskowe będzie optymalnym rozwiązaniem dla Twojego projektu.

Formowanie wtryskowe – technologia, która zrewolucjonizowała produkcję

Formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych to technologia produkcji masowej, która umożliwia wytwarzanie identycznych części z tworzyw sztucznych o wysokiej tolerancji.

Proces polega na uplastycznieniu cząsteczek polimeru, a następnie wtryskiwaniu ich pod ciśnieniem do precyzyjnie wykonanej formy, gdzie płynne tworzywo ochładza się i krzepnie, przyjmując dokładny kształt wnęki formy.

Uniwersalność zastosowań tej technologii jest imponująca – prawie wszystkie plastikowe części wokół nas są wykonane przez formowanie wtryskowe: od części samochodowych, przez obudowy elektroniczne, po artykuły codziennego użytku. Ta popularność wynika z niezwykle niskiego kosztu jednostkowego w produkcji masowej oraz wysokiej powtarzalności procesu.

Jak przebiega proces formowania wtryskowego

Zrozumienie procesu produkcyjnego pomoże Ci lepiej zaplanować swój projekt. Cykl formowania wtryskowego składa się z następujących etapów:

• Przygotowanie materiału
  Cząsteczki polimeru są najpierw suszone, a następnie umieszczane w zbiorniku, gdzie miesza się je z pigmentami barwiącymi lub dodatkami wzmacniającymi, dostosowując właściwości tworzywa do specyficznych wymagań projektu.
• Upastycznianie i wtrysk
  Materiał wprowadzany jest do cylindra, gdzie zostaje podgrzany, wymieszany i przetransportowany do formy za pomocą śruby o zmiennym skoku. Geometria ślimaka i cylindra jest zoptymalizowana pod kątem wytworzenia odpowiedniego ciśnienia i równomiernego stopienia materiału.
• Formowanie części
  Stopione tworzywo sztuczne wtryskiwane jest do formy przez system wlewów, wypełniając całe wgłębienie. W miarę ochładzania materiał krzepnie, przyjmując dokładny kształt formy.
• Wyrzucanie gotowego produktu
  Po schłodzeniu forma otwiera się, a gotowe części są wypychane przez system wypychaczy. Cały proces może trwać od 10 do 180 sekund, w zależności od wielkości i złożoności części.

 

Kiedy formowanie wtryskowe staje się optymalnym wyborem

W 3D Force często spotykamy się z pytaniem klientów o moment, w którym należy przejść z technologii druku 3D na formowanie wtryskowe. Kluczowa jest wielkość serii – formowanie wtryskowe staje się zazwyczaj ekonomiczne przy produkcji powyżej pięciu tysięcy sztuk, gdzie relatywnie wysoka inwestycja początkowa w formę rozkłada się na dużą liczbę elementów.

Oczywiście jest to zmienne i zależne od na przykład stopnia skomplikowania elementu, użytego materiału czy ilości gniazd w formie. 

Główne ograniczenia formowania wtryskowego związane są z czynnikami ekonomicznymi – wymagana jest - tak jak wspomniałem wcześniej- relatywnie duża inwestycja początkowa w projektowanie i wykonanie stalowej formy.
Dodatkowo, czas realizacji od projektu do produkcji wynosi zazwyczaj minimum 3 tygodnie, co może być istotnym czynnikiem przy projektach wymagających szybkiej realizacji.

Zgoła inaczej wygląda sytuacja gdy mówimy o formach aluminiowych, które pozwalają nie tylko na obniżenie kosztów ich wykonania, lecz zdecydowane skrócenie czasu realizacji zamówienia nawet do 13 dni. 

Strategia rozpoczęcia produkcji – od prototypu do serii

Przed przystąpieniem do kosztownej inwestycji w formę wtryskową, kluczowe jest stworzenie i przetestowanie funkcjonalnego prototypu. Ten etap pozwala na wczesne wykrycie błędów projektowych, gdy koszt wprowadzenia zmian jest jeszcze relatywnie niski.

Prototypowanie – trzy główne ścieżki:

• Druk 3D wykorzystujący technologie SLS, SLA lub Material Jetting oferuje najszybsze i najtańsze rozwiązanie prototypowe, z kosztem od 100 do 500 PLN za część i czasem realizacji między 2-5 dni. To idealne rozwiązanie dla pierwszych iteracji projektu, choć należy pamiętać, że części drukowane 3D są o średnio 30-50% słabsze niż części wtryskowe. Kluczowym parametrem w tym kontekście  jest udarność. Przykłady znajdziesz w tabeli poniżej.
• Obróbka CNC tworzyw sztucznych zapewnia prototypy o właściwościach mechanicznych zbliżonych do części wtryskowych, idealnie sprawdzając się przy weryfikacji funkcjonalności i wytrzymałości.
• Formowanie wtryskowe małoseryjne z wykorzystaniem form aluminiowych stanowi most pomiędzy prototypowaniem a produkcją masową, umożliwiając produkcję małych serii w rzeczywistej technologii wtryskowej.

 

Tabela obrazująca udarność wybranych materiałów w zestawieniu z technologią, w której elementy zostały wykonane.

Materiały i możliwości techniczne

Współczesne formowanie wtryskowe pozwala na przetwarzanie szerokiej gamy materiałów termoplastycznych, które można barwić lub wypełniać dodatkami modyfikującymi.

Standardowe tworzywa jak ABS, PP, PE, PMMA, PA, PS, PC są powszechnie dostępne, ale również materiały wysokowydajne jak PEEK znajdują zastosowanie w wymagających aplikacjach.

Zaawansowane techniki formowania rozszerzają możliwości technologii:

• Formowanie wstawkowe (insert molding) pozwala na integrację elementów metalowych bezpośrednio w procesie wtrysku.
• Obtrysk (overmolding) umożliwia tworzenie części wielomateriałowych o zróżnicowanych właściwościach.
• Formowanie w pomieszczeniach czystych odpowiada na potrzeby branży medycznej i elektronicznej.

Stojąc przed wyborem firmy, która ma dla nas wykonać produkt wart zapytać się o ich doświadczenie w zakresie bardziej zaawansowanych technik wtrysku.

Jeśli firma posiada w swoim protfolio produkcję z wykorzystaniem powyższych technik oznacza to, że potrafi pokonywać trudności związane z nadzwyczajnymi potrzebami klientów i nie stała w miejscu rozwijając kompetencje pracowników. 

 

Optymalizacja projektu dla formowania wtryskowego

Sukces w formowaniu wtryskowym zaczyna się na etapie projektowania. Kluczowe zasady projektowe obejmują:

• Utrzymanie jednolitej grubości ścianek dla równomiernego chłodzenia.
• Stosowanie odpowiednich kątów pochylenia dla łatwego wyrzucania części.
• Minimalizowanie podciętych elementów zwiększających złożoność formy.
• Projektowanie z myślą o liniach podziału formy.

W 3D Force oferujemy konsultacje projektowe, pomagając dostosować Twój projekt do wymogów technologii wtryskowej już na etapie prototypowania. Dzięki temu unikniesz kosztownych modyfikacji na późniejszych etapach produkcji.

 

Integracja z usługami 3D Force

W 3D Force specjalizujemy się w płynnym przejściu od fazy prototypowania do produkcji seryjnej. Nasze doświadczenie pozwala nam skutecznie wspierać klientów na etapie rozwoju produktu, oferując szybkie prototypowanie i weryfikację projektów przed przejściem do formowania wtryskowego.

Nasza przewaga leży w kompleksowym podejściu zarówno do oferty jak i wykorzystanych technologii – możemy nie tylko wydrukować prototyp w technologii SLA czy SLS, ale również przeprowadzić produkcję seryjną już od 50 sztuk przy wykorzystaniu aluminiowych form wtryskowych, a następnie wykonać na zamówienie klienta formy stalowe dla większych ilości produktu, wykorzystując bardziej zaawansowane techniki takie jak na przykład insert molding, lub obtrysk. 

 

Podsumowanie

Formowanie wtryskowe pozostaje niezastąpioną technologią dla produkcji masowej wysokiej jakości części z tworzyw sztucznych. Kluczem do sukcesu jest właściwe zaplanowanie przejścia od prototypu do produkcji seryjnej, z wykorzystaniem odpowiednich technologii na każdym etapie rozwoju produktu.

Każda firma, której zależy na jakości usług powinna wspierać Cię na wszystkich etapach tej drogi – od pierwszego prototypu drukowanego w 3D, przez optymalizację projektu, aż po produkcję wielkoseryjną.

Niestety postępująca transformacja tego, jakże rozbudowanego rynku przetwórstwa tworzyw sztucznych wyegzekwowała na firmach zwyczajny brak kompleksowości.

Duża część firm choć zapewnia wsparcie projektowe niechętnie zgadza się na krótko seryjną produkcję, lub w ogóle nie przewiduje takiej możliwości, ponieważ prawdopodobnie projektanci i technolodzy pracujący w tych firmach nawet nie słyszeli nigdy o aluminiowych formach, które w obserwowalny sposób obniżają koszta i skracają czas realizacji. 

 

Opinia eksperta

Formowanie wtryskowe to technologia, która mimo swojej złożoności daje niezrównaną powtarzalność, precyzję i skalowalność produkcji. Klucz do sukcesu leży w mądrym planowaniu – od pierwszego prototypu drukowanego w 3D, przez optymalizację projektu, aż po wybór odpowiednich form i materiałów.

Inwestycja w przemyślane projektowanie, prototypowanie i właściwy dobór technologii pozwala nie tylko obniżyć koszty i skrócić czas realizacji, ale przede wszystkim zminimalizować ryzyko błędów i problemów w produkcji seryjnej.

Dzięki temu każdy etap – od testów funkcjonalnych po wielkoseryjne wdrożenie – staje się przewidywalny i efektywny, a finalny produkt spełnia oczekiwania jakościowe i rynkowe.