5 причин заменить металлические детали на пластиковые
Современные пластики имеют превосходные механические свойства при малом весе и во многих проектах служат альтернативой металлам. Способствует этому и развитие 3D-печати с ее гибкостью проектирования, экономичностью, скоростью. Рассказываем о преимуществах и типах современных суперполимеров, а также о примерах успешной замены металла пластиками.
Современные пластики имеют превосходные механические свойства при малом весе и во многих проектах служат альтернативой металлам. Способствует этому и развитие 3D-печати с ее гибкостью проектирования, экономичностью, скоростью. Рассказываем о преимуществах и типах современных суперполимеров, а также о примерах успешной замены металла пластиками.
Почему пластик выгоднее?
1. Снижение веса
Полимерные детали на 50-70% легче металлических, что помогает снижать общий вес конструкций. Это особенно важно в авиации, автомобилестроении, при производстве компонентов для мобильных устройств. Например, решетки радиаторов, вентиляционные корпуса или крепежные элементы в автомобилях могут быть заменены пластиковыми деталями, напечатанными на 3D-принтере.
2. Снижение стоимости
Процесс 3D-печати требует меньше времени и ресурсов, а также позволяет избежать затрат на сложные инструменты и формы для литья, поскольку процесс печати осуществляется прямо по цифровой модели. Кроме того, в случае с металлом требуется дополнительная обработка, что увеличивает стоимость детали.
3. Сокращение сроков
В традиционном производстве металлических деталей только для создания формы может потребоваться несколько недель. Процесс 3D-печати часто занимает лишь несколько часов. Более короткие производственные циклы дают компаниям преимущество в выводе на рынок новых продуктов.
Почему пластик выгоднее?
1. Снижение веса
Полимерные детали на 50-70% легче металлических, что помогает снижать общий вес конструкций. Это особенно важно в авиации, автомобилестроении, при производстве компонентов для мобильных устройств. Например, решетки радиаторов, вентиляционные корпуса или крепежные элементы в автомобилях могут быть заменены пластиковыми деталями, напечатанными на 3D-принтере.
2. Снижение стоимости
Процесс 3D-печати требует меньше времени и ресурсов, а также позволяет избежать затрат на сложные инструменты и формы для литья, поскольку процесс печати осуществляется прямо по цифровой модели. Кроме того, в случае с металлом требуется дополнительная обработка, что увеличивает стоимость детали.
3. Сокращение сроков
В традиционном производстве металлических деталей только для создания формы может потребоваться несколько недель. Процесс 3D-печати часто занимает лишь несколько часов. Более короткие производственные циклы дают компаниям преимущество в выводе на рынок новых продуктов.
Воздуховод для аэрокосмической отрасли, напечатанный на 3D-принтере, обеспечивает значительную экономию веса без ущерба для прочности детали или термостойкости. Материал ULTEM 9085
Воздуховод для аэрокосмической отрасли, напечатанный на 3D-принтере, обеспечивает значительную экономию веса без ущерба для прочности детали или термостойкости. Материал ULTEM 9085
4. Гибкость проектирования
3D-печать позволяет создавать [сложные, детализированные формы]https://globatek.ru/blog/cases/generat-design-v-3d-pechat), которые трудно или невозможно изготовить с использованием традиционных методов обработки металла. Это дает больше возможностей для оптимизации конструкций. Пластиковые детали могут быть напечатаны за несколько часов, что позволяет проводить эксперименты и корректировать проект без длительных и дорогих этапов производства.
5. Коррозионная стойкость
Пластик не подвержен коррозии при длительном контакте с влагой или агрессивными веществами. Поэтому пластиковые компоненты, такие как наружные панели автомобилей, крепежи или детали в системах охлаждения могут служить дольше, чем металлические аналоги, в условиях повышенной влажности или воздействия химикатов.
4. Гибкость проектирования
3D-печать позволяет создавать [сложные, детализированные формы]https://globatek.ru/blog/cases/generat-design-v-3d-pechat), которые трудно или невозможно изготовить с использованием традиционных методов обработки металла. Это дает больше возможностей для оптимизации конструкций. Пластиковые детали могут быть напечатаны за несколько часов, что позволяет проводить эксперименты и корректировать проект без длительных и дорогих этапов производства.
5. Коррозионная стойкость
Пластик не подвержен коррозии при длительном контакте с влагой или агрессивными веществами. Поэтому пластиковые компоненты, такие как наружные панели автомобилей, крепежи или детали в системах охлаждения могут служить дольше, чем металлические аналоги, в условиях повышенной влажности или воздействия химикатов.
Металлический подшипник ступицы (справа) и его полимерная версия (слева)
Металлический подшипник ступицы (справа) и его полимерная версия (слева)
Высокопрочные пластики
PEEK
Материал обладает отличной прочностью на растяжение, жесткостью и ударной вязкостью. Сохраняет рабочие и эксплуатационные характеристики при рабочих температурах до +310°C. Устойчив к воздействию большинства химических веществ, включая растворители, масла и кислоты. Применение: скважинные инструменты, компоненты двигателей, подшипники, зубчатые передачи и многое другое.
ULTEM
Среди основных свойств ULTEM — высокая механическая прочность и жесткость, что позволяет использовать его в деталях, подвергающихся нагрузкам. Дает возможность конструкторам и производственным инженерам создавать передовые функциональные прототипы и конечные изделия методом 3D-печати. Часто применяется в подшипниках, втулках и других механизмах, где требуется стойкость к трению и износу.
Высокопрочные пластики
PEEK
Материал обладает отличной прочностью на растяжение, жесткостью и ударной вязкостью. Сохраняет рабочие и эксплуатационные характеристики при рабочих температурах до +310°C. Устойчив к воздействию большинства химических веществ, включая растворители, масла и кислоты. Применение: скважинные инструменты, компоненты двигателей, подшипники, зубчатые передачи и многое другое.
ULTEM
Среди основных свойств ULTEM — высокая механическая прочность и жесткость, что позволяет использовать его в деталях, подвергающихся нагрузкам. Дает возможность конструкторам и производственным инженерам создавать передовые функциональные прототипы и конечные изделия методом 3D-печати. Часто применяется в подшипниках, втулках и других механизмах, где требуется стойкость к трению и износу.
3D-печатные изделия из PEEK
3D-печатные изделия из PEEK
Нейлон (Polyamide, PA)
Нейлон — это пластик с хорошей прочностью на растяжение, устойчивостью к износу и термостойкостью до 180°C. Может быть армирован углепластиком, стекловолокном или другими наполнителями для повышения прочности и устойчивости к нагрузкам. Используется для производства надежных, долговечных и функциональных деталей.
PEI
Термопласт с высокой прочностью, устойчивостью к высоким температурам (до 180–200°C), химическим веществам и радиации. Сферы применения: медицина, автомобилестроение, электроника, авиационно-космическая отрасль.
Нейлон (Polyamide, PA)
Нейлон — это пластик с хорошей прочностью на растяжение, устойчивостью к износу и термостойкостью до 180°C. Может быть армирован углепластиком, стекловолокном или другими наполнителями для повышения прочности и устойчивости к нагрузкам. Используется для производства надежных, долговечных и функциональных деталей.
PEI
Термопласт с высокой прочностью, устойчивостью к высоким температурам (до 180–200°C), химическим веществам и радиации. Сферы применения: медицина, автомобилестроение, электроника, авиационно-космическая отрасль.
Прочные, жесткие и одновременно легкие детали из полиамида (PA12), армированного углеродным волокном
Прочные, жесткие и одновременно легкие детали из полиамида (PA12), армированного углеродным волокном
Технология 5D-печати
Если стандартные 3D-принтеры используют три линейные оси X, Y и Z, то 5-осевые принтеры дополнительно допускают вращение по осям X и Y. По этой причине технология имеет весомые преимущества для печати сложных моделей с высокими функциональными требованиями:
-
5-осевая печать не ограничена укладкой плоских слоев друг на друга, поэтому повышает прочность на изгиб и сжатие до 400% по сравнению с 3D-печатью;
-
поддержки либо вообще не нужны, либо нужны минимально. Как следствие, до 80% сокращается расход материала. Изделия готовы к использованию сразу.
5-осевая печать — идеальная технология для аэрокосмической и автомобильной отраслей промышленности, где прочность и точность деталей имеют решающее значение.
Технология 5D-печати
Если стандартные 3D-принтеры используют три линейные оси X, Y и Z, то 5-осевые принтеры дополнительно допускают вращение по осям X и Y. По этой причине технология имеет весомые преимущества для печати сложных моделей с высокими функциональными требованиями:
-
5-осевая печать не ограничена укладкой плоских слоев друг на друга, поэтому повышает прочность на изгиб и сжатие до 400% по сравнению с 3D-печатью;
-
поддержки либо вообще не нужны, либо нужны минимально. Как следствие, до 80% сокращается расход материала. Изделия готовы к использованию сразу.
5-осевая печать — идеальная технология для аэрокосмической и автомобильной отраслей промышленности, где прочность и точность деталей имеют решающее значение.
При 5D-печати используются оси X, Y, Z, A и B
Деталь, напечатанная по 5 осям
При 5D-печати используются оси X, Y, Z, A и B
Деталь, напечатанная по 5 осям
Stereotech — отечественный производитель 5-осевых принтеров для изготовления прочных изделий из материалов с армированным углеволокном. Устройства предназначены не только для прототипирования, но и печати готовых промышленных компонентов. Основное применение — производство запасных частей для промышленного оборудования предприятий.
Stereotech — отечественный производитель 5-осевых принтеров для изготовления прочных изделий из материалов с армированным углеволокном. Устройства предназначены не только для прототипирования, но и печати готовых промышленных компонентов. Основное применение — производство запасных частей для промышленного оборудования предприятий.
5D-принтер Stereotech 640 HYBRID оснащен увеличенной рабочей камерой диаметром/шириной 400 мм
5D-принтер Stereotech 640 HYBRID оснащен увеличенной рабочей камерой диаметром/шириной 400 мм
Кейсы
Замена лакосъемников
Одна из московских типографий обратилась в Globatek с задачей изготовить точные копии вышедших из строя деталей печатных машин — инструментов для снятия лака. Специалисты собрали информацию о геометрии деталей с помощью 3D-сканеров, провели реверс-инжиниринг и изготовили копии лакосъемников из инженерного пластика PLA+.
Кейсы
Замена лакосъемников
Одна из московских типографий обратилась в Globatek с задачей изготовить точные копии вышедших из строя деталей печатных машин — инструментов для снятия лака. Специалисты собрали информацию о геометрии деталей с помощью 3D-сканеров, провели реверс-инжиниринг и изготовили копии лакосъемников из инженерного пластика PLA+.
Поврежденный лакосъемник. Материал — сталь. Фото: Globatek
Поврежденный лакосъемник. Материал — сталь. Фото: Globatek
Копия инструмента из PLA+ была успешно установлена на типографский станок и заменила оригинал. Фото: Globatek
Копия инструмента из PLA+ была успешно установлена на типографский станок и заменила оригинал. Фото: Globatek
Детали для разных отраслей
Société Parisse специализируется на точном машиностроении для разных отраслей, включая профессиональный авто- и велоспорт, фармацевтику, ракетостроение. Ощутив потребность в более легких деталях, компания обратилась к 3D-печати полимерами PEEK и ULTEM.
Пример — рама для тестирования вагона. Ранее эта деталь собиралась из 17 частей U-образной формы. На промышленном 3D-принтере Intamsys Funmat Pro 610HT удалось напечатать сразу цельную раму — без потери прочности.
Объем рабочей камеры Instamsys — 610х508х508 мм — позволяет печатать как большие изделия, так и мелкие партии. Закрытая камера поддерживает температуру до 300 ℃ — это делает возможной работу с термоустойчивыми инженерными пластиками.
Детали для разных отраслей
Société Parisse специализируется на точном машиностроении для разных отраслей, включая профессиональный авто- и велоспорт, фармацевтику, ракетостроение. Ощутив потребность в более легких деталях, компания обратилась к 3D-печати полимерами PEEK и ULTEM.
Пример — рама для тестирования вагона. Ранее эта деталь собиралась из 17 частей U-образной формы. На промышленном 3D-принтере Intamsys Funmat Pro 610HT удалось напечатать сразу цельную раму — без потери прочности.
Объем рабочей камеры Instamsys — 610х508х508 мм — позволяет печатать как большие изделия, так и мелкие партии. Закрытая камера поддерживает температуру до 300 ℃ — это делает возможной работу с термоустойчивыми инженерными пластиками.
Société Parisse заменила металл на пластик как в прототипах, так и в конечных деталях
Société Parisse заменила металл на пластик как в прототипах, так и в конечных деталях
Среди используемых материалов: PA6, Nylon, Ultem, Peek и др.
Среди используемых материалов: PA6, Nylon, Ultem, Peek и др.
Печать высокопрочным пластиком на 3D-принтере Instamsys
Печать высокопрочным пластиком на 3D-принтере Instamsys
Детали для спортивных автомобилей и мотоциклов
Гоночная команда McLaren использует 3D-печать на всех этапах разработки болидов. Например в коллаборации со Stratasys были напечатаны воздухозаборник и направляющие потоки воздуха элементы. Материал — армированный углеродным волокном Nylon 12. Срок получения деталей сократился с 29 до 5 дней, а сопутствующие расходы снизились на 25%.
3D-печать воздуховодов передних тормозов сократила срок изготовления на 60%, а стоимость — на рекордные 85% по сравнению с традиционными технологиями обработки металла. Кроме того, в аддитивном производстве задействовано меньше людей и расходуется меньше материала.
Еще один пример. Гоночная команда Ducati Corse напечатала теплозащитный экран топливного бака для Ducati Panigale V4 R Superbike. Деталь с термостойкостью до 700 º C удалось напечатать из усиленного углеродным волокном PEEK, полностью исключив оснастку.
Детали для спортивных автомобилей и мотоциклов
Гоночная команда McLaren использует 3D-печать на всех этапах разработки болидов. Например в коллаборации со Stratasys были напечатаны воздухозаборник и направляющие потоки воздуха элементы. Материал — армированный углеродным волокном Nylon 12. Срок получения деталей сократился с 29 до 5 дней, а сопутствующие расходы снизились на 25%.
3D-печать воздуховодов передних тормозов сократила срок изготовления на 60%, а стоимость — на рекордные 85% по сравнению с традиционными технологиями обработки металла. Кроме того, в аддитивном производстве задействовано меньше людей и расходуется меньше материала.
Еще один пример. Гоночная команда Ducati Corse напечатала теплозащитный экран топливного бака для Ducati Panigale V4 R Superbike. Деталь с термостойкостью до 700 º C удалось напечатать из усиленного углеродным волокном PEEK, полностью исключив оснастку.
3D-печатная деталь мотоцикла, выдерживающая температуру до 700 º C
3D-печатная деталь мотоцикла, выдерживающая температуру до 700 º C
Помощь в выборе 3D-принтера
Я подтверждаю достоверность введенных мною сведений и даю согласие на обработку моих персональных данных в соответствие c политикой конфиденциальности и пользовательским соглашением.