Olen töötanud tootedisaini ja -tootmise alal umbes 11 aastat, teinud palju koostööd olmeelektroonikaettevõtete ja mõne autotööstuse tarnijaga ning survevalu on lihtsalt vaikimisi viis plastosade valmistamiseks mis tahes mahus. On ka teisi protsesse, nagu 3D-printimine või plasti CNC-töötlus, kuid kui vajate rohkem kui 500–1000 ühikut, muutub survevalu ainsaks asjaks, mis on enamiku rakenduste jaoks majanduslikult mõttekas.
Miks survevalu võttis kõik üle
Protsess ise on üsna lihtne,{0}}sulatage plastgraanulid, süstige kõrge rõhu all vormi, laske sellel jahtuda, visake detail välja. Korda. Kaasaegsed masinad suudavad seda tsüklit teha väikeste osade puhul 15-30 sekundiga, suuremate asjade puhul võib-olla 60-90 sekundiga. Vaatasin Shenzheni tehases asuvat Haiti Marsi survevalumasinat, mis pumpab nutitelefoni korpused välja umbes 40 sekundiga tsükli kohta ja see oli üsna keerukas, mitme sisemise funktsiooniga osa jaoks. Tööriistade maksumus oli kuskil 12 000 USD (tehase juht ütles mulle seda 2018. aastal, hinnad on sellest ajast peale kindlasti tõusnud).
Mis teeb selle nii domineerivaks, on kiiruse, korratavuse ja materjalivalikute kombinatsioon. Kui vorm on valmistatud, maksab iga osa materjali ja masina aja eest sente. 50-grammine ABS-osa võib kulutada 0,15 dollari väärtuses materjali ja kui tsükli aeg on 30 sekundit, on see 120 osa tunnis. Isegi kui arvestada masina ajakulusid ja tööjõudu, on 10,000+ ühiku tootmistsükli puhul 0,30–0,50 dollarit detaili kohta.
Võrrelge seda CNC-töötlemisega, kus maksate tööriista kulumise, pikemate tsükliaegade, materjalijäätmete ja kvalifitseeritud operaatori tööaja eest. Hindasin lihtsa korpuse kujundusega, kui-sissepritsevormimine oli 0,82 dollarit osa kohta 5000 ühiku eest, sealhulgas amortiseerunud tööriistad. Sama osa CNC-töötluse hind oli 6,40 dollarit osa kohta. Isegi mitte lähedalt.
Meditsiiniseadmed on selles osas imelikuks muutunud
Meditsiinilised survevaludetailid on FDA eeskirjade ja steriliseerimisnõuete tõttu täiesti erinev maailm. Materjalid peavad olema bioloogiliselt ühilduvad, mis piirab oluliselt teie valikuvõimalusi. Enamik meditsiinitootjaid kasutab selliseid asju nagu polükarbonaat, polüpropüleen või spetsiaalsed polüetüleenid. PEEK on populaarne kirurgiliste instrumentide jaoks, kuna see saab hakkama korduva autoklaavimisega ilma lagunemiseta, kuid PEEK-tööriistad on kallid, kuna töötlemistemperatuurid on nii kõrged (Victrexi andmelehe spetsifikatsioonide järgi, victrex.com, umbes 370–400 kraadi).
Töötasin mõni aasta tagasi ühekordselt kasutatava meditsiiniseadme projekti kallal, lihtsalt hambaraviprotseduuride jaoks mõeldud süstimisvormitud salve. Ainuüksi materjali valideerimine võttis aega 4 kuud, kuna pidime tõestama biosobivuse testimist ISO 10993 standardite alusel. Tegelik detailide projekteerimine valmis 3 nädalaga. Regulatiivdokumentatsioon oli veel 6 nädalat. Seetõttu maksavad meditsiinilised survevaluosad 3–5 korda rohkem kui samaväärsed tarbijaosad, isegi kui need on lihtsama konstruktsiooniga.
Steriliseerimise ühilduvus on palju olulisem, kui enamik insenere arvab. Gammakiirgusega steriliseerimine võib muuta osa plastist kollaseks või rabedaks. EtO (etüleenoksiidi) steriliseerimine on õrnem, kuid teatud materjalidega on probleeme imendumisega. Autoklaavis steriliseerimiseks on vaja materjale, mis on auruga kokkupuutel stabiilsed 121–134 kraadi juures. Teie materjali valiku määrab see, kuidas klient kavatseb toodet steriliseerida, mitte ainult mehaanilised nõuded.
Autoosad, mida keegi ei näe
-Kapotialused autokomponendid on plastmaterjalidele jõhkralt mõjuvad. Nõuded temperatuurivahemikus -40 kraadist 120 + kraadini, kokkupuude õlide ja kütustega, vibratsioon ja pika kasutuseaga (tavaliselt 15+ aastat). Seetõttu kasutatakse autode survevalu puhul palju klaas{8}}täidisega nailonmaterjale ja spetsiaalseid kõrge temperatuuriga materjale.
Sisselaskekollektorid olid varem alumiiniumist valatud, kuid nüüd on need peamiselt survevaluklaasist{0}}täidisega nailonist. BMW hakkas seda tegema 1990ndate lõpus ja kõik järgisid seda. Kaalu kokkuhoid on märkimisväärne-plastikust sisselaskekollektor võib olla 40–50% kergem kui alumiiniumi ekvivalent. Plastiinseneride ühingu konverentsidokumendi (spe.org, 2015. aasta autoosakonna konverents) analüüsi kohaselt vähendas plastist sisselaskekollektoritele üleminek sõiduki kaalu keskmiselt 3–4 kg sõiduki kohta, mis tähendab kütusesäästu paranemist umbes 0,1–0,15 mpg. See ei kõla palju, kuid korrutage see miljonite sõidukite puhul.
Pistikud ja andurite korpused on veel üks suur kategooria. Igal moodsa auto{1}}temperatuuril, rõhul, asendil, kiirusel ja mis tahes anduril{2}}on survevalu korpus. Need peavad olema vee ja tolmu eest suletud (tavaliselt IP67 reitinguga miinimum), taluma vibratsiooni ja säilitama mõõtmete stabiilsust kogu temperatuurivahemikus. Tolerantsid võivad olla ka väikesed, näiteks ±0,05 mm elektripistikute funktsioonide ühendamiseks.
Olen näinud autotööstuses kasutatavaid konnektorivorme, mis maksavad 80 000 -120 000 dollarit, kuna need on perekonna valuvormid, mis valmistavad mitut osa, millel on külgmised sisselõigete küljed ja karastatud teraskonstruktsioon, mis vastab enam kui miljonile detailile vajaliku elutsükli jooksul. Sellise helitugevuse kasutamisel jääb osa hind siiski alla 0,20 dollari.
Tarbeelektroonika on see, kus raha on
Nutitelefoni korpused, sülearvuti ümbrised, tahvelarvutiraamid{0}}kõik survevalu. Pinnaviimistluse nõuded on teiste tööstusharudega võrreldes meeletud. Vaja on A1 või A2 vormi pinnaviimistlust (SPI standardid), mis tähendab vormiõõne ulatuslikku poleerimist. Heal vormi poleerijal võib kuluda nädalaid, enne kui{6}}lihvitakse peegelviimistluseks suur õõnsus.
Apple teeb tuntud survevaluga asju, mida teistel ettevõtetel on raske korrata. Unibody polükarbonaadist MacBook aastatel 2009–2010 oli survevaluvormitud ühes tükis, mis nõudis tohutut valuvormi valmistamise oskust ja protsessi juhtimist. Enamik tootjaid jagaks selle mitmeks osaks, kuna ühtlase seinapaksuse saavutamine ja valamujälgede vältimine nii suurel asjal on keeruline.
Tarbeelektroonika materjalivalik on viimase kümnendi jooksul palju muutunud. Varem oli ABS kõige vaikeseade, nüüd näete palju rohkem polükarbonaati, PC/ABS segusid ja muudetud PPO materjale. Osa sellest on leegiaeglustuse nõuded{2}}UL94 reiting on oluline kõige jaoks, mille sees on elektroonika. Enamik asju vajab vähemalt V-1 reitingut, paljud rakendused nõuavad V-0. See piirab kasutatavaid materjale ja lisandeid.
Tekstuuri ja värvi sobitamine on olmeelektroonikas õudusunenägu. Töötasin ettevõttega, mis tootis välisseadmeid (klaviatuurid, hiired ja muud sellised asjad) ja neil tehti ühe toote tekstuuri kohta 23 muudatust, sest turundus muutis nende meelt selle üle, kuidas see peaks tunduma. Iga tekstuuri ülevaatus tähendas vormiõõne uuesti poleerimist erinevate EDM-elektroodide või keemilise söövitusprotsessiga. Vormitootja maksis umbes 2000 dollarit tekstuuri muutmise kohta.
Erinevate plastide värvide sobitamine on samuti raskem, kui see peaks olema. Kui teil on arvuti ülemise katte ja ABS-aluse korpusega toode, on nende vormimisel täpselt sama värvi saamine keeruline, kuna erinevad materjalid võtavad värvaineid erinevalt. Lõppkokkuvõttes saate selle sisestamiseks kohandatud värvide põhisegu ja palju proovivormimist.
Pakend on varjatud hiiglane
Keegi ei mõtle survevalupakendite peale, kuid see on mahu poolest tohutu. Ainuüksi pudelikorgid{1}}on kuskil statistika, mis ütleb, et maailmas valmistatakse iga päev umbes 2 miljardit plastpudelikorki (ma ei leia praegu täpset allikat, kuid see oli mõne aasta taguses Plastics Newsi artiklis). Igal veepudelil, soodapudelil, piimakannul, šampoonipudelil on survevalukork.
Toidukonteinerid, kosmeetikapakendid, ravimipudelid{0}}kõik survevalu. Nõuded erinevad muudest rakendustest, kuna vajate toidu-ohutuid materjale (taas FDA eeskirjad) ja head kemikaalikindlust. Selles ruumis domineerib polüpropüleen, kuna see on odav,{4}}toiduohutu ja keemiliselt inertne. Ka HDPE on levinud, eriti pudelite ja mahutite puhul, mis vajavad teatavat paindlikkust.
Toidukonteinerite õhukese{0}}seina vormimine on omaette eripära. Te räägite seinapaksusest 0,5-0,8 mm, mis nõuab suurt sissepritsekiirust ja spetsiaalseid masinaid, millel on hea löögikontroll. Tsükliajad on kiired, kuigi jogurtinõu puhul 4–8 sekundit. Külastasin Itaalias pakenditootjat, kes töötas väikeste toidukonteinerite jaoks 48 õõnsusega vorme, valmistades ühe masinaga tuhandeid osi tunnis.
Pakkimisvormide tööriistakulud on huvitavad, kuna need on sageli perekonna vormid (mitme õõnsusega) või mitme{0}õõnsusega vormid, mille õõnsuste arv on meeletu. 96-õõnsusega pudelikorgi vorm võib maksta 150 $,000+ kuid kümnete miljonite detailide valmistamisel muutub tööriistade maksumus detaili kohta tühiseks.
Tööstus- ja ehitusrakendused, mis kestavad igavesti
Elektrikarbid, harukarbid, lülitite korpused{0}}tonnid survevaludetailid hoonetes ja tööstusseadmetes. Materjalinõuded on siin erinevad, kuna vajate UV-kindlust (välistingimustes), leegiaeglustit ja löögikindlust. ABS ei tööta välitingimustes, kuna see laguneb UV-kiirguse mõjul. ASA on parem, kuid kallim. Polükarbonaat töötab, kuid aja jooksul muutub kollaseks. Alati on kompromisse.
Kaabli haldamise osad, nagu juhtme käepidemed, tõmbekaitsed ja näärmed, on enamasti survevalu. Nailon on selle sitkuse ja keemilise vastupidavuse tõttu populaarne. Olen töötanud M20 ja M25 juhtmekäepidemetega, mis peavad pärast mitmekordset paigaldamist ja eemaldamist säilitama IP68 tiheduse-keermete ja tihenduspindade mõõtmete tolerantsid peavad olema tihedad (kriitiliste funktsioonide puhul ±0,1 mm või parem).
Suur kategooria on ka toruliitmikud ja sanitaartehnilised komponendid. PVC- ja PP-liitmikud on survevaluvormitud, kuigi suure läbimõõduga materjale valmistatakse sageli muude protsesside abil. Survehinnangud on olulised-150 PSI jaoks mõeldud liitmik vajab paksemaid seinu ja paremaid materjaliomadusi kui 50 PSI jaoks mõeldud liitmik. Materjaliklassid on määratletud vastavalt ASTM-i standarditele ja testimisnõuded on sätestatud sellistes asjades nagu ASTM D2846 PVC-liitmike jaoks.
Mänguasjad ja meelelahutustooted
Ilmselgelt on mänguasjad enamasti survevaluplast. LEGO klotsid on klassikaline näide,{1}}mis on valmistatud uskumatult kitsa tolerantsiga (±0,01 mm või midagi sellist), nii et need sobivad ideaalselt kokku iga kord. LEGO kasutab minu arvates eranditult ABS-i ja nad on survevaluga tegelenud alates 1940. või 50. aastatest, nii et neil on see protsess täielikult sisse lülitatud.
Tegevusfiguurid, nukud, mängusõidukid-kõik survevaluvormid, tavaliselt mitmekordsed-võtted või mitmest vormitud komponendist koosnev kokkupanek. Mänguasjade materjali valikut piiravad ohutusnõuded. USA-s kehtivad CPSIA nõuded, Euroopas on mänguasjade ohutusstandardid EN 71. Teatud plastifikaatorid ja lisandid on lastetoodetes keelatud, mis välistab mõned materjalivalikud.
Spordivarustusel on ka palju vormitud osi. Suusasaabaste kestad, rulluiskude raamid, rattakomponendid, kaitsevarustus. Mehaanilised nõuded võivad olla nõudlikud-Suusasaapad peavad olema piisavalt jäigad, et jõudu tõhusalt üle kanda, kuid mitte nii rabedad, et külma ilmaga praguneksid. Tavaliselt tähendab see polüuretaan- või polüamiidmaterjale ja seinapaksused muutuvad raskeks (mõnes kohas 3-6 mm).
Mis survevalu puhul hästi ei tööta
Väga suured osad muutuvad keeruliseks, kuna vajate massiivseid masinaid ja tööriistade kulud kasvavad plahvatuslikult. Autode põrkerauad on mõttekuse piiril-need vajavad 1000+ tonni kinnitusjõu masinaid ja vorme, mis kaaluvad mitu tonni. Nende seadmete kapitaliinvesteering on miljoneid dollareid, nii et seda saavad teha ainult suured tootjad.
Keerulised on ka üliväikesed osad, millel on kitsas tolerants. Meditsiinilised mikro{1}}vormitud osad, nagu kateetri komponendid või mikrofluidiseadmed, nihutavad võimalike piire. Tegeleme väravate suurustega alla 0,3 mm, õõnsuse mõõtmetega, mõõdetuna kümnendikutes millimeetrites, ja protsesside juhtimisega, mis nõuab aktiivseid tagasisidesüsteeme. Tagasilükkamise määr võib olla kõrge isegi täiuslike vormide korral, kuna väikesed saastekogused või protsessi kõikumised põhjustavad probleeme.
Väga paksude osadega osad ei hallita hästi jahtumisaja ja vajumisjälgede tõttu. Kõik, mis on üle 6-8 mm seinapaksusega, hakkab probleeme tekitama. Väljas jahtub ja tahkub, kui sisemus on veel sulanud, ning keskosa jahtudes kahaneb, tõmmates välispinna sissepoole ja tekitades vajumisjälgi või tühimikke. Mõnikord saate seda kompenseerida pakkimisrõhu ja pikema jahutusajaga, kuid see on alati võitlus. Parem kujundada osa võimalusel ümber ribide või õõnessektsioonidega.
Materjalid, mis pole termoplastsed, ei tööta üldse. Termoreaktiivid, nagu epoksü- või fenoolvaigud, vajavad erinevaid protsesse (survevormimine või ülekandevormimine). Metalle ei saa ilmselgelt süstida, kuigi metallide survevalu (MIM) on pulbriliste metallide jaoks seotud protsess.
Majandusteadus, kui proovite otsust langetada
Väikeste koguste (alla 1000 osa) puhul ei ole survevalu tavaliselt mõttekas, välja arvatud juhul, kui vajate konkreetseid materjali omadusi või pinnaviimistlust, mida te ei saa muul viisil. Tööriistade maksumus domineerib-osa maksumuse juures väikeste koguste puhul. Lihtsa prototüüpvormi hind võib olla 3000–5000 dollarit, kuid jagate selle maksumuse väikese arvu osade peale.
Üleminek, kus survevalu muutub teistest protsessidest odavamaks, sõltub detailide keerukusest ja suurusest, kuid tavaliselt jääb see kuskil 500-2000 ühiku vahele. Sellest madalamal kipub 3D-printimine või CNC-mehaaniline töötlemine olema säästlikum. Üle selle võidab survevalu.
Tavaliselt ütlen inimestele, et mõelge sellele järgmiselt: kui tööriistad maksavad 10 000 dollarit ja osad maksavad 0,50 dollarit vormimiseks, peate valmistama 20 000 osa, enne kui osa hind langeb alla 1,00 dollari (10 000 $/20,000 + $ 0,50). Kui vajate ainult 1000 osa, on teie osa maksumus tegelikult 10,50 $ (10 000 $/1,000 + $ 0,50). See muudab arvutusi täielikult.
Miljonitesse ulatuvad tootmismahud on see, kus survevalu tõeliselt särab. Osade -kulu võib langeda naeruväärsele tasemele,-nt 0,10 $-0,20 $ lihtsate osade puhul. Tööriistade maksumus amortiseeritakse nii paljude osade pealt, et see ei oma tähtsust. Seetõttu on ühekordseks kasutamiseks mõeldud tarbekaubad peaaegu kõik survevalatud pardlid, pliiatsid, pudelid, mahutid jne. Marginaalid töötavad siis, kui iga osa valmistamine maksab sente.
Rakendusi on palju rohkem, kui ma siin käsitlesin (mööblikomponendid, seadmeosad, optilised läätsed, muusikariistad, ilmselt sada muud kategooriat), kuid need on peamised tööstusharud, millega olen tegelenud. Protsessi mitmekülgsus muudab selle nii domineerivaks-, et saate teha 1-grammise täppiskomponendi või 5-kilogrammise autopaneeli, kasutades põhimõtteliselt sama põhitehnoloogiat, lihtsalt suurendades või vähendades.
Rakendusi on palju rohkem, kui ma siin käsitlesin (mööblikomponendid, seadmeosad, optilised läätsed, muusikariistad, ilmselt sada muud kategooriat), kuid need on peamised tööstusharud, millega olen tegelenud. Protsessi mitmekülgsus muudab selle nii domineerivaks-, et saate teha 1-grammise täppiskomponendi või 5-kilogrammise autopaneeli, kasutades põhimõtteliselt sama põhitehnoloogiat, lihtsalt suurendades või vähendades.
Kui olete selle valdkonnaga tegelemas, kulutage aega, et mõista, kuidas survevalu osi õigesti kujundada, sest jaotusliini survevalustrateegia mõjutab kõike allavoolu. Olen näinud liiga palju insenere, kes tellivad survevalu osasid, võtmata arvesse survevaludetailide kosmeetilisi spetsifikatsioone, kuid kaebavad survevaludetailide maksumuse üle, kui on vaja parandusi. Survevalu osade tavalised vead tulenevad tavaliselt disainiprobleemidest,{2}}nt paksude osade survevalu ilma korralike jahutuskanaliteta või suurte osade survevalu katsetamine, mõistmata, kuidas materjalivool suuremates õõnsustes toimib. Vajalikud teadmised on samuti väga erinevad: autoosade plastist survevalu nõuab teistsuguseid teadmisi kui lennukiosade survevalu ning spetsiaalsed protsessid, nagu reaktsiooniga survevaludetailid või metallist survevaludetailid, on täiesti erinevad oskused. Isegi pärast-töötlemist,-survevaluvormitud plastosade lõõmutamine võib vähendada jääkpingeid, mis põhjustavad deformatsiooniprobleeme kuid pärast tootmist. Olenemata sellest, kas töötate põhitasemegasurvevaluvormide osadsurvevalu käigus toodetud plastosade seadistamine või hindamine, põhialuste mõistmine hoiab ära hilisemad kallid vead. Tehnoloogia ei kao kuhugi-pritsevormitud osad ja plastist survevaludetailid jäävad tootmises domineerima, sest miski muu ei mastaap nii nagu see.