Как создают упаковку из термоформованного поликарбоната методом 3D-печати

Сегодня будет рассмотрен процесс создания форм для термоформования упаковки с использованием 3D-печати. Несколько месяцев назад было принято решение начать создание потрясающей демонстрационной детали с использованием технологии Origin One с образцом детали с резьбой.

Создание демонстрационной детали

Однако очень скоро занятость была обнаружена в проектировании и печати мягких приспособлений для сборки деталей (зенкеровка и установка вставок), а также создании обычного болта ¼-20 с удобной крышкой-гайкой с помощью принтера Stratasys F370, вставляя болты в печать и встраивая их в деталь.

С таким множеством отличных компонентов в этом проекте было известно, что было бы замечательно объединить их все в комплект, который можно было бы продемонстрировать на мероприятиях и использовать на встречах с клиентами. Однако в этом наборе не хватало одного важного компонента: профессиональной упаковки.

Создание упаковки: выбор термоформирования

Почему термоформирование? Конечно, всегда можно было бы напечатать поддоны для упаковки напрямую, чтобы все детали этого набора оставались целыми, но это было бы чрезвычайно дорого для данной цели - около 75 наборов. Были рассмотрены варианты и отброшены те, которые не подходили. Внешний вид формованных поддонов из пены никогда не нравился, и количество не оправдывало индивидуального изготовления формованных поддонов из пены. К счастью, был найден один вариант, который особенно хорошо использовал наши 3D-принтеры в прототипном проектировании и производстве для конечного использования: вакуумное термоформирование!

Вакуумное термоформирование: ключевые принципы

Для тех, кто не знаком с вакуумным термоформированием, это процесс взятия тонкого листа термопластика (чаще всего PETG, ABS или поликарбонат, но также могут быть использованы и другие более высококачественные материалы), нагревания его в течение некоторого времени до тех пор, пока он не станет гибким, натягивания его на форму (обычно это либо деталь, либо форма), а затем создания вакуума для того, чтобы этот пластик принял форму. Как только пластик вытянут, он за несколько секунд застывает в твердую форму, и поскольку многие термоформируемые материалы стоят от 1 до 2 долларов за каждый, это делает процесс очень жизнеспособным для такого количества наборов, которое планируется сделать. Для нашего проекта, после тестирования различных материалов и толщин, был выбран лист PETG толщиной 0,5 мм (низкая стоимость, жесткие, безопасные для пищевого использования), которые обходятся в 1,74 доллара за лист в заранее нарезанных размерах, подходящих для вакуумного термоформовщика.

Это критически важно в термоформовании и является одним из ключевых моментов, которые необходимо учитывать при создании форм для термоформования. Обычно стремятся к очень гладкой поверхности, но при этом нужно добавить много проколов через форму, чтобы получить приличный вакуум. Используя технологию FDM, не нужно много работать, чтобы получить наилучшее возможное вакуумное вытяжение, поскольку детали полые и имеют небольшую пористость на поверхностных слоях, которые позволяют воздуху проходить через эти "твердые" поверхности довольно хорошо.

Преимущества FDM в термоформировании

Есть еще несколько причин, по которым была выбрана FDM помимо невероятного вакуума, который можно получить с помощью этой технологии:

Быстрота: Никогда раньше не проектировалась форма для вакуумного термоформования до этого проекта, но многие из них были напечатаны для клиентов, поэтому нужно было обеспечить быстрое обучение на проектных ошибках, чтобы проект не затянулся на месяцы! Используя относительно грубое разрешение, можно создавать новые формы для печати за ночь или, в некоторых случаях, даже в тот же день после утреннего тестирования и корректировки, что делает этот быстрый инструмент FDM невероятным активом для проекта!

Экономичность: Если бы использовались прототипные формы, ручные деревянные формы или даже технологии 3D-печати на смоле, каждая из этих прототипных форм не только заняла бы намного больше времени между итерациями, но и стоила бы кучу денег на производство! Даже конечные производственные формы, которые были изготовлены из поликарбоната, обошлись в общую стоимость 204 доллара за обе формы (для поддона и крышки), что при 75 наборах (учитывая два листа из PETG на набор) дает общую стоимость упаковочных термоформованных поддонов в 6,19 доллара за коробку! Чем больше наборов сделано, тем ниже стоимость за единицу, так как стоимость форм делится на большее количество упаковок, поэтому если бы сделано 300 наборов, стоимость за коробку (снова, как для крышки, так и для поддона) составила бы всего 4,16 доллара каждая!

Множество материалов: Для конечных форм был выбран поликарбонат из-за его высокой температуры деформации, жесткости и возможности использования с более высоким разрешением печати, что обеспечивает более гладкие конечные формы без дополнительной обработки. Для прототипирования использовались материалы, такие как ABS и ASA, что позволило экономить и использовать материалы, уже имеющиеся в наличии от других проектов, при этом они также хорошо себя показали в тестовых циклах.

Выбор принтера и разрешение для конечных форм

Что касается выбора принтера, был выбран принтер Stratasys Fortus 450mc - идеальный принтер для этого проекта! Прежде всего, он отлично печатает поликарбонат, имеет фантастические размеры печати 16" x 14" x 16" и обеспечивает допуски, типичные для большинства механических приложений. На принтере Fortus 450mc можно печатать поликарбонат с высотой слоя от быстрой и грубой 0,013" до медленной, но тонкой и гладкой 0,005.

Для конечных форм было выбрано разрешение 0,007", которое печатается относительно быстро, обеспечивая достаточно гладкую и высокодетализированную поверхность. Это самое мелкое разрешение, которое может быть использовано с разрушаемым материалом поддержки, что идеально подходит для термоформования, поскольку не требуется дополнительной обработки после печати. Благодаря этой технологии удалось быстро прототипировать формы, провести тестирование и внести необходимые изменения в дизайн, сохраняя при этом низкие затраты и достигая высокого качества конечных изделий. Это сделало 3D-принтеры FDM неотъемлемой частью процесса проектирования и производства форм для термоформования.

Наши предыдущие статьи: 

5 советов по упрощению использования целей для 3D-сканирования

Инновации в 3D-печати электроники

В поисках будущего: проект ELAINE раскрывает революционные биоактивные имплантаты для костей, созданные с использованием 3D-печати