مقدمه
قالب‌های چاپ سه‌بعدی تمام ویژگی‌های قالب استاندارد را دارند، با این تفاوت که می‌توانید آن را در خانه با کمی کار بسازید. تکنیک‌های قالبگیری زیادی وجود دارد، اما اکثر آنها برای اجرا به ماشین‌آلات خاصی نیاز دارند. اکثر مردم با قالبگیری تزریقی آشنا هستند، فرآیندی که در آن پلاستیک مذاب قبل از خارج شدن از دستگاه، با فشار به داخل حفره تزریق می‌شود.
فرآیند ریخته‌گری قطعات تا حدودی مشابه است – فقط قالب از جنس پلاستیک یا لاستیک است و مواد بدون اعمال فشار اضافی در قالب ریخته می‌شوند. ریخته‌گری همچنین می‌تواند شامل یک فرآیند اضافی باشد که در آن قالب در یک محفظه خلاء قرار می‌گیرد تا هرگونه هوای محبوس شده در داخل آن خارج شود. با این حال، این برای هر طرحی ضروری نیست.
دو روش اصلی برای ایجاد قالب‌های چاپ سه‌بعدی وجود دارد. یا قالب را مستقیماً چاپ می‌کنید و یک ماده نرم‌تر در آن می‌ریزید، یا قطعه را چاپ می‌کنید و یک ماده نرم‌تر در اطراف آن می‌ریزید تا یک قالب سیلیکونی ایجاد شود. با روش دوم، باید یک جعبه – از تخته فوم یا ماده دیگری – در اطراف قطعه چاپ شده ساخته شود تا بتوانید سیلیکون را در آن بریزید.
قالب‌های چاپ سه‌بعدی برای هر کسی که بخواهد آن را امتحان کند، در دسترس است، اما اگر به دنبال دستیابی به هر یک از موارد زیر از تجربه چاپ سه‌بعدی خود هستید، این ابزار به ویژه مفید خواهد بود:
کپی‌های دقیق:
اگر به تکرار مداوم در مقیاس انبوه نیاز دارید، قالب‌های چاپ سه‌بعدی طرح‌های شما را بدون نیاز به کالیبراسیون مجدد بین دسته‌ها، یکسان نگه می‌دارند. اگرچه کیفیت چاپگرهای سه‌بعدی در حال بهبود است، اما وقتی یک قالب را چاپ سه‌بعدی می‌کنید، فقط باید یک بار نگران جزئیات طراحی باشید. پس از آن، فقط همان قطعه را بارها و بارها در صورت نیاز تکثیر می‌کنید.
همه چیز به طور همزمان:
اگرچه باید هر بار یک قالب بسازید، اما وقتی مجموعه خود را آماده کردید، می‌توانید از همه آنها به طور همزمان استفاده کنید و اشیاء خود را به صورت دسته‌ای تولید کنید. این کار تولید شما را سرعت می‌بخشد و چاپگرهای شما را برای اشیاء پیچیده‌تر آزاد می‌کند.
قالبگیری تزریقی:
اکثر محصولات پلاستیکی در جهان امروز با قالبگیری تزریقی تولید می‌شوند. با این حال، ساخت قالب‌ها می‌تواند بسیار گران و زمان‌بر باشد. خوشبختانه، قالب‌ها همیشه نیازی به ماشینکاری از فلز ندارند – می‌توان آنها را چاپ سه‌بعدی کرد.
چاپ سه‌بعدی استریولیتوگرافی (SLA) جایگزین مقرون‌به‌صرفه‌ای برای ماشینکاری قالب‌های آلومینیومی ارائه می‌دهد. قطعات چاپ سه‌بعدی SLA کاملاً جامد و ایزوتروپیک هستند و موادی با دمای انحراف حرارتی تا 238 درجه سانتیگراد در 0.45 مگاپاسکال در دسترس هستند، به این معنی که می‌توانند در برابر گرما و فشار فرآیند قالبگیری تزریقی مقاومت کنند.
مزایا و معایب:
مزایا:
قیمت بسیار پایین‌تر برای تولید دسته‌ای سطح پایین:
بسته به چاپگر سه‌بعدی که تصمیم به خرید آن دارید، می‌توانید با حدود ۲۰۰ دلار قالب‌های چاپ سه‌بعدی را شروع کنید. این را با میانگین حدود ۱۰۰۰۰ دلار برای ورود به تولید صنعتی مقایسه کنید و به راحتی می‌توانید ببینید که چگونه قالب‌های چاپ سه‌بعدی، تولید را برای افرادی که قبلاً هرگز توانایی خرید آن را نداشتند، قابل دسترس می‌کند.
بدون نیاز به مواد تخصصی:
اگر از قبل در چاپ سه‌بعدی عمومی هستید، می‌توانید فوراً شروع کنید. برای اکثر مواد دو جزئی، می‌توانید از قالب‌های چاپ‌شده در رزین‌ها و فیلامنت‌های چاپ استاندارد استفاده کنید. فقط در صورتی که می‌خواهید مواد داغ را بریزید، به مواد یا تجهیزات خاصی نیاز دارید.
تنظیم آسان طرح‌های شما:
ساخت یک قالب تولیدی استاندارد یک فرآیند چندوجهی است که پس از تکمیل نسخه نهایی، امکان تغییر آسان را فراهم نمی‌کند. اما چاپ سه‌بعدی قالب شما، آزادی عمل بیشتری در طراحی به شما می‌دهد. اگر متوجه تغییری شدید که باید پس از اولین دسته خود ایجاد کنید، بدون دردسر. فقط به CAD خود بروید، آن را تنظیم کنید و آن را چاپ سه‌بعدی کنید. بدون نیاز به پرداخت هزینه اضافی برای قالب‌های جدید، بدون نیاز به انتظار یک ماه و نیم دیگر برای دیدن اینکه آیا تغییر مؤثر بوده است یا خیر – شما از قبل به کسب و کار خود بازگشته‌اید.
فرصت‌های بیشتر برای مواد اولیه:
مواد دو جزئی زیادی وجود دارد که می‌توان در قالب چاپ سه‌بعدی شما ریخت و این به شما این فرصت را می‌دهد که فقط با یک چاپگر سه‌بعدی رومیزی چیزهای بیشتری بسازید. این یک فرآیند پیچیده‌تر است، اما پس از داشتن قالب، می‌توانید به راحتی قطعات خوب را با اپوکسی یا لاستیک به طور مکرر بسازید.
معایب:
برای دسته‌های تولیدی بزرگ مناسب نیست:
اگرچه با چاپ سه‌بعدی می‌توان قالب‌هایی ساخت که چند شیء را همزمان تولید کنند، اما این روش برای تولیدهای خیلی بزرگ مناسب نیست. مثلاً اگر بخواهید بیشتر از ۱۰۰ عدد از یک قطعه بسازید، چاپ قالب‌ها ممکن است زمان‌بر و خسته‌کننده شود. در این تعداد، بهتر است به سراغ قالبگیری تزریقی صنعتی بروید، چون با وجود هزینه اولیه بالاتر، در تولید انبوه سریع‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر است.
محدودیت‌های طراحی:
از آنجایی که قطعه شما باید از قالب خارج شود، مقداری از آزادی طراحی که با چاپ سه‌بعدی دارید را از دست می‌دهید. قطعات نمی‌توانند ویژگی‌های محصور شده داشته باشند. اساساً، شما نمی‌توانید چیزی بسازید زیرا باید بتوانید قالب را پس از ریختن مواد جدا کنید.
سایش و پارگی:
از آنجایی که قالب‌های DIY چاپ سه‌بعدی معمولاً از مواد کم‌دوام‌تری نسبت به قالب‌های صنعتی ساخته می‌شوند، احتمال آسیب دیدن آنها، به ویژه هنگامی که به طور منظم استفاده می‌شوند، بیشتر است. یک قالب تزریق استاندارد می‌تواند برای ساخت صدها هزار قطعه استفاده شود، اما یک قالب چاپ سه‌بعدی احتمالاً می‌تواند صدها قطعه بسازد، بسته به مواد مورد استفاده. با این حال، ریخته‌گری یک ماده نرم‌تر بهترین راه برای کاهش ساییدگی و پارگی است.
ملاحظات طراحی
زوایای برش:
طرحی که قرار است ریخته‌گری شود باید روی وجوه خود زاویه برش داشته باشد تا بتوان آن را به راحتی از قالب جدا کرد. حداقل ۲ درجه زاویه برش در نظر بگیرید تا مطمئن شوید قطعه بیرون می‌آید.
ویژگی‌های محصور شده:
شما نمی‌توانید در طراحی خود ویژگی‌های محصور شده داشته باشید. به عنوان مثال، اگر در حال ریخته‌گری یک مجسمه هستید، دست باید کاملاً باز یا مشت باشد اما نه در جایی بین این دو، زیرا این کار مانع از بیرون کشیدن قطعه بدون آسیب رساندن به قالب می‌شود.
دریچه هوا:
شما باید راهی برای خروج هوا از حفره بدون نشت مواد ریخته‌گری در نظر بگیرید.
خط جدایش:
قالب‌های دو قسمتی ساده‌ترین هستند، اما باید اطراف خط مرکزی که محل اتصال دو نیمه قالب است، طراحی کنید.
طول عمر:
طول عمر قالب به مواد و طراحی بستگی دارد. برای عمر طولانی، قالب را با ماده‌ای بسیار سخت چاپ کنید و برای ریخته‌گری با ماده‌ای بسیار نرم‌تر برنامه‌ریزی کنید. شما می‌توانید این فرآیند را برای ساخت قالب لاستیکی و در صورت نیاز، قالبگیری از یک ماده سخت، گسترش دهید.
ملاحظات مربوط به مواد:
برای اکثر قریب به اتفاق مواد دو جزئی، می‌توانید از PLA برای چاپ قالب استفاده کنید. مواد دو جزئی معمولاً واکنش گرمازا دارند، بنابراین هنگام پخت گرما تولید می‌کنند. با این حال، به ندرت به سطحی می‌رسد که PLA را تاب بردارد یا تحت تأثیر قرار دهد – اما نکته‌ای است که باید در نظر داشته باشید. برخی از مواد ممکن است از نظر شیمیایی با PLA واکنش نشان دهند، بنابراین برای ساخت قطعات نرم مانند لاستیک، از قالب‌های PLA سفت و سخت خود استفاده کنید.
همچنین می‌توانید از ABS یا PETG در صورت موجود بودن استفاده کنید. اکثر، اگر نه همه، رشته‌های پلاستیکی سفت و سخت با مواد ریخته‌گری نرم مانند لاستیک کار می‌کنند. فقط به خاطر داشته باشید که لایه‌بندی چاپ FDM، جدا کردن قالب را دشوارتر می‌کند و احتمالاً لایه‌بندی را در قطعه قالبگیری شده مشاهده خواهید کرد.
ساخت سریع قالب‌های تزریقی چاپ سه‌بعدی
با چاپگرهای سه‌بعدی حرفه‌ای مقرون‌به‌صرفه، مواد چاپ سه‌بعدی مقاوم در برابر دما و دستگاه‌های قالبگیری تزریقی، می‌توان قالب‌های تزریقی چاپ سه‌بعدی را در داخل شرکت ایجاد کرد تا نمونه‌های اولیه کاربردی و قطعات کوچک و کاربردی را در پلاستیک‌های تولیدی تولید کرد. برای تولید با حجم کم (تقریباً 10 تا 1000 قطعه)، قالب‌های تزریقی چاپ سه‌بعدی در مقایسه با قالب‌های فلزی گران‌قیمت، در زمان و هزینه صرفه‌جویی می‌کنند. آنها همچنین رویکرد تولید چابک‌تری را امکان‌پذیر می‌کنند و به مهندسان و طراحان اجازه می‌دهند تا قالب‌های تزریقی را نمونه‌سازی کرده و پیکربندی‌های قالب را آزمایش کنند یا قالب‌ها را به راحتی اصلاح کرده و با زمان و هزینه کم، طرح‌های خود را تکرار کنند.
فناوری چاپ سه‌بعدی SLA انتخابی عالی برای قالب‌سازی است. این فناوری با سطح صاف و دقت بالایی که قالب به قطعه نهایی منتقل می‌کند و همچنین جداسازی قالب را تسهیل می‌کند، مشخص می‌شود. چاپ‌های سه‌بعدی تولید شده توسط SLA به صورت شیمیایی پیوند می‌خورند به طوری که کاملاً متراکم و ایزوتروپیک هستند و قالب‌های کاربردی را با کیفیتی تولید می‌کنند که با مدل‌سازی رسوب ذوبی (FDM) امکان‌پذیر نیست. چاپگرهای رزینی SLA رومیزی گردش کار را ساده می‌کنند زیرا پیاده‌سازی، کار و نگهداری آنها آسان است.
رزین دمای بالا یک ماده جایگزین است که می‌تواند زمانی که فشار گیره و تزریق خیلی زیاد نیست، در نظر گرفته شود. رزین دمای بالا دارای دمای انحراف حرارتی (HDT) 238 درجه سانتیگراد در 0.45 مگاپاسکال است که به آن اجازه می‌دهد در برابر دمای قالبگیری بالا مقاومت کند و زمان خنک شدن را به حداقل برساند.
با این حال، رزین دمای بالا کاملاً شکننده است. در مورد اشکال پیچیده‌تر، به راحتی تاب برمی‌دارد یا ترک می‌خورد. برای برخی از مدل‌ها، رسیدن به بیش از دوازده چرخه می‌تواند چالش برانگیز باشد.
تأثیر مواد در قالبگیری تزریقی
پیچیدگی فرآیند قالبگیری تزریقی عمدتاً به پیچیدگی قطعه و ساختار قالب بستگی دارد. طیف گسترده‌ای از ترموپلاستیک‌ها را می‌توان با قالب‌های چاپ سه‌بعدی مانند PP، PE، TPE، TPU، POM یا PA تزریق کرد. یک ماده با ویسکوزیته پایین به کاهش فشار و افزایش طول عمر قالب کمک می‌کند. پلاستیک‌های پلی‌پروپیلن و TPE به راحتی در تعداد چرخه‌های بالا پردازش می‌شوند. در مقابل، پلاستیک‌های فنی‌تر مانند PA تعداد کمتری از چرخه‌ها را ممکن می‌سازند. استفاده از یک عامل جداکننده به جدا شدن قطعه از قالب، به ویژه برای مواد چاپ سه‌بعدی انعطاف‌پذیر مانند TPU یا TPE، کمک می‌کند.
کاربرد
1.صنعت خودرو
نمونه‌سازی و قطعات سفارشی: تولید سریع قالب برای آزمایش قطعات خودرو (داشبورد، سپر، پنل‌های داخلی).
تولید کم حجم: تولید کوتاه مدت واشر، محفظه و رابط.
ابزارسازی: جیگ، فیکسچر و وسایل کمکی مونتاژ برای خطوط تولید.
2. هوافضا و دفاع
قطعات سبک: قالب برای چیدمان کامپوزیت (قطعات فیبر کربن، قطعات پهپاد).
هندسه‌های پیچیده: پره‌های توربین، کانال‌ها و براکت‌ها با طرح‌های پیچیده.
ابزارسازی بر اساس تقاضا: قالب‌های جایگزین برای نگهداری در مکان‌های دورافتاده.
3. پزشکی و دندانپزشکی
ایمپلنت‌ها و پروتزهای سفارشی: قالب برای پروتزهای سیلیکونی، دستگاه‌های ارتز.
راهنماهای جراحی: قالب‌های مخصوص بیمار برای ترازکننده‌های دندانی (به عنوان مثال، اینویزیلاین) یا ایمپلنت‌های استخوانی.
دستگاه‌های زیست سازگار: قالب برای سمعک، ماسک تنفسی و سیستم‌های دارورسانی.
۴. کالاهای مصرفی و لوازم الکترونیکی
قالبگیری تزریقی: تولید انبوه قاب‌های تلفن، دکمه‌ها و قاب‌ها.
بسته‌بندی سفارشی: قالب‌هایی برای بسته‌بندی سفارشی محصول یا درج‌های برند.
فناوری پوشیدنی: قالب‌های انعطاف‌پذیر برای بندهای ساعت هوشمند، دسته‌های ارگونومیک.
۵. تولید صنعتی
رباتیک نرم: قالب‌هایی برای محرک‌ها و گیره‌های سیلیکونی.
ابزارآلات کامپوزیت: قالب‌های دما بالا برای قطعات CFRP (پلیمر تقویت‌شده با فیبر کربن).
۶. جواهرات
ریخته‌گری مومی: قالب‌های چاپ سه‌بعدی برای طرح‌های پیچیده جواهرات.
لوازم جانبی سفارشی: قالب‌هایی برای دکمه‌ها، سگک‌ها یا پوشیدنی‌های پیشرو.
۷. ساخت و ساز و معماری
قالبگیری بتنی: قالب‌های پیچیده برای طرح‌های معماری (به عنوان مثال، نماهای تزئینی).
قطعات مدولار: قالب‌هایی برای قطعات ساختمانی پیش‌ساخته (دریچه‌ها، پنل‌ها).
۸. صنایع غذایی
قالب‌های شکلات و شیرینی: شکل‌های سفارشی برای دسرهای لذیذ.
بسته‌بندی خوراکی: قالب‌هایی برای ظروف غذای زیست‌تخریب‌پذیر.
قالب‌های چاپ سه‌بعدی از سیلیکون ایمن برای غذا ساخته شده‌اند که می‌توانند تنها در ۵ روز ساخته شوند. آنها جزئیات بالایی را ارائه می‌دهند که به راحتی با شکلات پر می‌شوند و طرح‌های زیبا و سفارشی ایجاد می‌کنند، محصول نهایی مطمئناً خوشمزه به نظر می‌رسد.
نتیجه‌گیری:
همانطور که می‌بینید، مردم در سراسر جهان از قالب‌های چاپ سه‌بعدی استفاده می‌کنند. از شیرینی‌پزهای حرفه‌ای گرفته تا طراحان جواهرات و فلزکاران – افراد از صنایع مختلف در حال حاضر از قالب‌های چاپ سه‌بعدی بهره‌مند می‌شوند. استفاده از تولید افزایشی برای ساخت قالب‌های شما، هزینه‌های تولید شما را کاهش می‌دهد، فرآیند تولید را سرعت می‌بخشد و به شما آزادی طراحی کاملاً جدیدی می‌دهد.
منبع:
- 3D Printed Molds Tutorial: How to DIY Your Own | All3DP
- How to Use 3D Printing for Injection Molding | Formlabs
- xometry.com/resources/3d-printing/3d-printed-molds-for-casting/
- Introduction to Metal Casting and Ways to Combine 3D Printing With Casting Workflows | Formlabs
- 3D Printing Molds, Patterns & Cores for Metal Casting | All3DP Pro
- High Resolution SLA and SLS 3D Printers for Professionals | Formlabs
- How are 3D printed molds beneficial for your production?
برای تجربه ی بهترین سفارش پرینت سه بعدی، با قیمتی مناسب، همین الان با ما تماس بگیرید.
آدرس: تهران، میدان آزادی، خیابان محمدخانی، پلاک 161، واحد 3