Трехмерная печать корпусов для бытовой техники и электронных приборов - одно из самых востребованных применений аддитивного производства в наши дни. Каждое устройство, которым мы пользуемся изо дня в день, имеет корпус. С появлением и развитием аддитивных технологий изготовление прототипов и мелкосерийное производство корпусов полностью перешло на 3D-печать, которая успешно справляется с этой задачей.
3D-печать корпусов используется в двух целях:
- изготовление прототипов,
- серийное производство конечных изделий.
Она обеспечивает свободу дизайна, позволяет напечатать прототип или готовую деталь всего за несколько часов и значительно экономит ресурсы по сравнению с традиционными методами производства. Печать прототипа дает возможность быстро оценить соответствие его формы и размеров изначальному проекту, а в случае расхождения внести корректировки и за короткое время напечатать новый прототип.
Современные 3D-принтеры также работают с материалами, пригодными для печати конечных изделий, что помогает оптимизировать и масштабировать процесс изготовления корпусов. Если говорить о серийном производстве, то в зависимости от размеров детали, экономически выгодно печатать мелкие серии корпусов до 1000 изделий. Далее уже стоит переходить на литье в силиконовые формы и работу с термопластавтоматами.
В этой статье мы осветим самые распространенные технологии 3D-печати для создания корпусов.
Основные преимущества 3D-печати корпусов
Быстрое изготовление
3D-печать - это самый быстрый способ прототипирования. Она позволяет создавать уникальные прототипы без использования пресс-форм. В отличие от традиционных технологий, такой метод изготовления займет пару часов, максимум, несколько дней. Высокая скорость печати корпусов со сложным дизайном и конструкцией ведет к росту объема производства, а следовательно - к увеличению прибыли и расширению бизнеса.
Любая геометрия
3D-печать обеспечивает свободу для экспериментов в области дизайна и внешнего вида корпусов. На этапе моделирования можно учесть все функции, с которыми должна справляться деталь, и адаптировать ее под конкретные потребности клиента. Геометрия изделий, предлагаемая аддитивным производством, практически не ограничена. Такую гибкость не может предложить ни одна другая технология.
Недорогое производство
Цена корпуса в конечном счете зависит от количества материала, потраченного на печать одной штуки. Благодаря возможности создавать несколько версий одной и той же детали, можно добиться самой высокой степени эффективности и экономической целесообразности при небольших затратах. Печать прототипа позволяет быстро оценить эргономичность корпуса и согласованность всех его элементов. Быстрое прототипирование сделало 3D-печать наиболее рентабельным методом производства по сравнению с традиционными технологиями.
Особенности выбора технологии и материала
Для изготовления корпусов используют разные технологии печати, выбор зависит от поставленной задачи. Кратко расскажем об их применении.
FDM
Экструзия материалов - наиболее доступный метод 3D-печати. Он оптимален для недорогого и быстрого прототипирования, справляясь с задачей за 1-2 дня. Он подойдет и для печати готовых корпусов, в том случае, если деталь будет находиться в статичном положении, не подвергаясь нагрузкам и давлению. FDM позволяет печатать разнообразными материалами и их композитами: ABS, PLA, Nylon 12, TPU, PETG, ULTEM и др. Последний особенно важен для аэрокосмической отрасли.
Толщина укладываемого слоя варьируется от 100 до 300 мкм, погрешность размеров составляет плюс-минус 0,5% с нижним пределом 0,5 мм.
SLS
Выборочное лазерное спекание порошка можно применять как для прототипирования, так и для производства готовых изделий. Среди всех представленных технологий только SLS подходит для мелкосерийного производства пластиковых корпусов. Метод отличается высокой точностью и быстрой скоростью печати. Его применяют для изготовления функциональных корпусов с хорошими механическими свойствами, стойкостью к истиранию и устойчивостью к воздействию агрессивных сред, особенно, если известно, что они будут постоянно открываться и закрываться. Обычно для этих целей выбирают стандартный нейлон 12 и нейлон со стекловолокном, который придает большую жесткость и улучшенную абразивную стойкость.
Высота слоя составляет 100 мкм, а отклонение от заданных размеров стремится к 0,3%. Если изделие подвергнуть постобработке на установке PostPro, оно может полноценно конкурировать с деталью, изготовленной на станке ТПА.
SLA/DLP
Стереолитография выдает самое высокое качество поверхности и практически не требует постобработки, на выходе из 3D-принтера поверхность получается гладкой и ровной. SLA не совсем подходит для производства мелкосерийных изделий, но служит идеальным решением для прототипирования. SLA работает с широким ассортиментом фотополимерных смол, все они различаются по характеристикам и свойствам. Например, с помощью эластичных смол можно создавать гибкие корпуса, позволяющие нажимать кнопки или перемещать выключатели.
Отклонение от исходных размеров не превышает 0,5% с нижним пределом 0,15 мм. Высота слоя составляет 25-100 мкм.
SLM
Корпус, который будет подвергаться большим нагрузкам либо требует надежной защиты, лучше изготовить из металла методом селективного лазерного спекания. Технология SLM существенно дороже, но и металлический корпус прослужит намного дольше, чем пластиковый. SLM позволяет изготавливать корпусы любой сложности практически из всех известных металлов. Среди них: алюминий, титан, никель, сталь, разные металлические сплавы и суперсплавы. В сравнении с методом литья SLM имеет более высокие показатели прочности, а сама деталь обладает значительно меньшим весом.
Минимальная толщина слоя - 20 мкм, максимально возможный размер 600 х 600 х 600 мм.
Stratasys Polyjet
Polyjet работает с жидкими фотополимерами, позволяя создавать цветные детали сложной формы с очень гладкой поверхностью и высоким разрешением. Оборудование компании Stratasys может комбинировать цвета и сочетать сразу несколько материалов в одном изделии, что помогает получать корпуса с уникальными механическими свойствами. Некоторые модели Stratasys поддерживают более 500 тысяч оттенков, воспроизводят разные текстуры и взаимодействуют с огромным спектром материалов. На таких 3D-принтерах можно печатать как жесткие, так и мягкие корпуса самых разнообразных цветов и необычных текстур. Но при печати допускается использовать только материалы собственной линейки Stratasys.
Толщина слоя составляет всего 16 мкм.
Печать керамикой
Выше мы рассмотрели основные технологии для печати пластиками и металлами, но в некоторых случаях корпуса печатают из керамики. Печать керамикой доступна многим разными технологиями и выбор необходимо делать исходя из требуемой точности и размера корпуса. В настоящее время можно напечатать любой керамический корпус, в том числе микроразмерный.
Требования к материалам
Если говорить о производстве конечных изделий, необходимо выбирать материалы с защитой от статического электричества ESD safe. Это материалы, предотвращающие накопление электростатических зарядов, которые могут повредить электрические компоненты и поставить под угрозу жизнь человека.
Аддитивное производство уже научилось использовать инженерные пластики, которые не накапливают заряды. Такие материалы наиболее востребованы в области электроники и для печати изделий, эксплуатирующихся во взрывоопасной среде.
Особенности проектирования корпусов
Разработка дизайна корпусов для 3D-печати состоит из двух основных этапов:
- Определение размеров и расположения внутренних компонентов устройства. 3D-моделирование корпуса с размещением внутренних компонентов, для которых он создается, поможет определить его оптимальные размеры и зазоры.
- Проектирование конструкции корпуса.
Несмотря на то, что рекомендации по допускам и отступам отличаются в зависимости от технологии, существуют общие принципы проектирования. Советуем опираться на них для достижения хорошего результата.
- Определитесь с размерами корпуса.
Первым делом стоит спроектировать профиль корпуса и расположить внутри компоненты, которые вы хотите в него заключить. Так вам будет легче понять, в каких местах потребуются зазоры для разъемов, кнопок и кабелей. Оптимальный отступ внутренних компонентов от корпуса - 0,5 мм, к зазорам и отверстиям необходимо прибавлять 0,25 мм. - Подберите верную толщину стенок.
Толщина стенок в конечном счете влияет на вес, прочность и жесткость корпуса. Минимальная толщина должна составлять 2 мм. Именно такой размер обеспечивает высокую прочность конструкции при наименьшем ее весе. - Избегайте острых и прямых углов.
Скругление углов - ключевая особенность 3D-печати, потому что оно помогает снизить концентрацию напряжения в углах, упрощает процесс печати и улучшают функциональность корпуса. Даже небольшое скругление имеет существенное влияние. - Продумайте элементы крепления корпуса.
Если доступ к внутреннему содержимому не требуется, можно разработать соответствующие крепежные элементы или воспользоваться клеем для полной герметизации корпуса. Если доступ все-таки необходим и корпус нужно будет открывать, допустимо использовать разные крепежные элементы. Например, защелкивающиеся и нажимные соединения, блокирующие соединения, резьбовые крепления и подвижные петли.
- Проверьте точность диаметра отверстий под крепления и саморезы.
Если ваша конструкция содержит отверстия для винтов и крепежей, убедитесь, что диаметр отверстия максимально соответствует диаметру винта. Для получения точного диаметра после печати рекомендуется просверлить отверстие или нарезать резьбу с помощью обрабатывающего инструмента. Если вы хотите, чтобы винт или крепежный элемент прочно вошел в корпус, уменьшите диаметр отверстий на 0,25 мм. - Сделайте более массивными места под винты.
Для снижения вероятности вздутия и деформации корпуса рекомендуется увеличить толщину стенки в местах отверстий под болты. А также использовать резьбовые крепежные детали. - Добавьте дополнительный объем, если требуется максимально ровное отверстие под винт.
Выводы
Практика показывает, что 3D-печать отлично справляется с задачей производства корпусов. Самое главное - правильно подобрать технологию его изготовления.
Наши специалисты порекомендуют оборудование под вашу задачу, проконсультируют по нюансам его использования, установят, запустят и обучат работе с ним.
Свяжитесь с нами любым удобным способом:
- По электронной почте: Stanok@topstanok.ru
- По телефону: 8 (800) 500-33-91
