Литье пластмасс

Приезжал к нам на завод один очень умный дяденька, вёл курсы повышения квалификации. Рассказал одну интересную штуку.
Практически на любом автомобиле можно лёгким неаккуратным движением руки разбить себе фары, ну или небоброжеватель может вам устроить такой подляк. Он сам как то таким образом потерял одну фару.

Для этого достаточно взять простой советский капнуть на фару немного бензина, скипидара, растворителя или керосина. Дальше начинается магия! Возможно, сразу же или через несколько часов фара растрескается. Объясняется это такой интересной штукой, как остаточные напряжения в пластике.

Возникает остаточное напряжение довольно просто. Автомобильные фары делаются из поликарбоната методом литья под давлением. Пластик нагревают до жидкого состояния и впрыскивают под большим давлением в металлическую форму. Чтобы пластик быстрее застыл, в форме просверлены каналы, по которым циркулирует вода.
Дальше в дело вступает экономика. Производителю выгодно, чтобы всё происходило как можно быстрее — время работы станка стоит достаточно дорого. Поэтому все параметры подобраны так, чтобы делать как можно больше деталей за единицу времени. Вода, охлаждающая форму, достаточно холодная, пластик наоборот разогрет как можно сильнее — всё для того, чтобы как можно быстрее впрыснуть пластмассу, потом резко её остудить и получить готовое изделие.

В таких условиях получается следующее: пластик сначала застывает снаружи, а внутри ещё жидкий. Пластмасса, застывая, уменьшается в объёме. Внутренние слои пластика застывают и тоже пытаются уменьшиться, но им некуда — со всех сторон уже застывший пластик. Это приводит к образованию напряжённых зон — внутри фары появляются остаточные механические напряжения.
Избавиться от них полностью невозможно, можно только уменьшить, поместив фары на несколько часов в камеру с высокой температурой. Но, опять-таки, это всё достаточно дорого и долго. На нормальных производствах это делают, там где экономят каждую копейку нет.

Можно самому увидеть эти самые остаточные напряжения, они хорошо видны в поляризованном свете. Для этого нужен источник света с поляризатором (подойдёт монитор) и поляризационные очки. Фару ставят между монитором и очками и начинают крутить очки. Области без напряжения будут равномерно прозрачными, там где напряжение есть появятся цветные разводы, радужные полосы, какие то линии.

Видео, показывающее как всё это выглядит:

Растворитель проникают во внутреннюю структуру пластика и локально ослабляют связи между молекулами поликарбоната, на участках с внутренними напряжениями, что и приводит к образованию трещин.
Что интересно, явление это известно уже более 100 лет (в 1911 году описали растрескивание латунных патронов, и назвали это дело стресс-коррозией, вплотную занялись этим явлением после нескольких крупных аварий) но до сих пор нет единой внятной теории, описывающей все такие случаи для всех материалов. Есть огромная масса экспериментальных материалов, несколько полуэмпирических моделей. На Западе всё это дело объединили в очередной ISO (ISO 22088) ажно в шести частях, там расписаны все возможные испытания материала на стресс-коррозию. У нас перевели только часть, и в основном на производствах используют или напрямую ISO 22088 или ТУ максимально списанные с него. Эти проверки позволяют минимизировать стресс-коррозию, но полностью избавится от неё невозможно.

Наконец-то доделал шлем.
Тут и 3д печать и литье пластика и покраска и своими руками. Процесса нету, потому что я ленивый и ни чего не снимал, может сниму как следующую буду делать

Мастер модель печатал на 3d принтере, подготовил получению модель (грубая шлифовка, шпаклевка опять шлифовка), далее покрытие грунтом по ржавчине что бы скрыть мелкие косяки. Снял силиконовую форму и уже в нее лил жидкий пластик, далее опять обработка уже отлитой маски и шлифовка губкой для того что бы краска не слезла. Ну и покраска, лак и и всякие мелочи типа канатов

Товарищи, поделитесь пожалуйста литературой или информацией в ином в виде по литью пластмасс. Имею желание попробовать в кустарно-гаражных условиях небольшое производство. Не понимаю технологию, не умею разбираться в пластиках ,но очень хочу научиться и разобраться. Понимаю, что звучит смешно и иди учись в техникум на технолога, но я хочу попробовать. Может кто то опытом поделится.
Заранее спасибо.
Панамку приготовил

СПОЙЛЕР

Печатная плата (PCB)

1. Схемотехника (подбор, тестовый образец) - 150 тыс. руб.

2. Трассировка и разводка 2-х слойной PCB под корпус - 100 тыс. руб

3. Заказ 5 тестовых образцов со сборкой на JLCPCB \ Резоните - 50 тыс. руб.

4. Разработка и отладка ПО для МК - 150 тыс. руб.

5. Тестирование, выявление недочетов, доработка, улучшение функционала - 50 тыс. руб.

6. Еще 5 тестовых образцов с новыми правками - 50 тыс. руб.

7. Партия из 100 шт. со сборкой в Китае (индивидуально от количества и цены элементов, размера PCB, но дешевле, чем в РФ раза в 4) - 200 тыс. руб.

ИТОГО: 750 тыс. руб.

Корпус

Дизайн

1. Разработка дизайна корпуса - 250 тыс. руб.

2. Подготовка 3Д модели для литья пластиком - 250 тыс. руб.

3. Рендеры устройства (10 шт.) - 50 тыс. руб.

4. Правки и доработки - 50 тыс. руб.

Производство

1. Пресс-формы в Китае из стали (500 тыс. руб. за элемент корпуса в среднем) - 1 500 тыс. руб. (аванс 50%)

2. Пресс-формы в РФ из стали (800 тыс. руб. за элемент)

3. Пресс-формы в РФ из алюминия для простых деталей (150 тыс. руб. за элемент)

4. Партия корпусов 1000 шт. - 200 тыс.руб.

ИТОГО: 600 + 1 700 = 2 200 тыс. руб.

ВСЕГО: 2 950 тыс. руб.

Как это было у нас

Однажды в студеную зимнюю пору с рынка АСУ ТП ушли зарубежные производители контроллеров и модулей расширения (Siemens, Carel, Schneider Electric, Danfoss, WAGO...). Покрутились мы вокруг, да около, попробовали перейти на Zentec, потом ОВЕН и EKF, пострадали от души, да решили заняться собственной разработкой контроллеров под свои нужды.

Скажете, что решили изобрести "велосипед"?! Нет, просто сделали свой.

Лучше постоянно улучшать свой продукт, чем пользоваться хорошим, но чужим.

1. Проанализировали рынок, определили нишу и спрос на продукт

2. Детально разобрали предложения конкурентов

3. Выявили лучшие решения, дополнили своими преимуществами

4. Приступили к разработке

Схемотехника, ПО и тестовые образцы PCB

Если у самих опыта в схемотехнике нет, то лучше обратиться к специалистам в этом вопросе.

Составляем подробное Техническое задание на разработку устройства, где описываем:

1. Количество входов\выходов

2. Виды измеряемых величин и точность измерения

3. Поддерживаемые интерфейсы

4. Необходимость изоляции \ развязки

5. Напряжение питания и тип его подключения

6. Производитель и семейство микроконтроллера

7. Расположение входов\выходов относительно платы

8. Вид и размер разъемов подключения

9. Приблизительные размеры печатной платы

10. Описываем способ и места креплений платы к корпусу (защелки \ пазы \ винты)

11. Необходимость вручную распаять пару тестовых образцов

12. Написание прошивки МК для проверки схемотехники

13. Программное обеспечение, в котором будет вестись разработка

14. Методы тестирования и испытаний

Я советую использовать web версию EasyEDA Pro. В ней можно добавить разработчиков и контролировать процесс, вносить правки, есть 3Д модели, симуляция и проверки. По окончанию работ в ней же заказать тестовые платы на JLCPCB, либо экспортировать BOM, Gerber, Pick и заказать в любом другом месте.

• Ищем исполнителя на FL, авито, тематических форумах, а лучше в ТГ каналах по схемотехнике

• Отправляем ему ТЗ и просим прислать свое портфолио и рассказать о реализации похожих проектов

• Выбрать пару понравившихся предложений, обсудить стоимость и срок выполнения

• Разбить оплату на этапы работ и приступить к разработке

Если схемотехник отличный, но нужный вам микроконтроллер программировать не умеет, то параллельно ищем разработчика ПО для тестовой прошивки.

Задача тестовой прошивки запустить МК и убедиться в правильной работе входов\выходов. Часто бывает, что в процессе тестирования какие-то решения по схемотехнике приходится переделывать.

Можно обратиться в специализирующиеся фирмы, что выйдет значительно дороже, но "под ключ".

Через месяц схемотехника разработана. Тестовый образец за пару суток неделю распаян и протестирован. Можно переходить к переосмыслению того, как все это переделать разработке корпуса.

Разработка корпуса устройства

Для наших целей нужен пластиковый прочный корпус, не поддерживающий горения, с возможностью крепления на DIN-рейку. Высокая текучесть пластика позволяет реализовать почти любой дизайн, а так же быстрое массовое производство нужного цвета.

Разработку корпуса можно разделить на:

Дизайн

Прототип

Модель для серийного производства

Выбираем несколько понравившихся корпусов у конкурентов, а так же описываем и прилагаем скрины того, какие дизайнерские решения хотелось бы применить.

В нашем случае устройство монтируется в шкаф управления на DIN-рейку и иногда закрывается пластиковым пластроном, поэтому ориентируемся на корпус Gainta D3MG, к примеру. На сайте производителя есть 3D модель корпуса в формате .step, которую можно примерить к своей плате для лучшего понимания своего дизайна.

Мне понравилось работать в Shapr3D. Экспортировали из EasyEDA 3D модель платы в формате .step, закинули в Shapr3D вместе с моделью корпуса и давай подгонять.

Как ни странно - снова составляем детальное Техническое задание на разработку корпуса и указываем:

1. Размеры корпуса

2. Скрины понравившихся решений (не обязательно в пластиковых корпусах)

3. Прикладываем 3D модель печатной платы

4. Места и тип крепления печатной платы к корпусу

5. Способ соединения частей корпуса между собой

6. Расположение световодов и технологических отверстий

7. Цвет материалов, расположение вентиляционных отверстий, толщина стенок

8. 3D модель корпуса должна быть передана в исходном редактируемом виде

9. Обговорить возможность печати пары прототипов на 3D принтере (лучше порошковом)

После составления ТЗ приступаем к его реализации

• Ищем промышленного дизайнера (пара ссылок в конце статьи)

• Обсуждаем с ним детали

• Разбиваем на этапы и приступаем к работе

Согласовываем размер и расположение световодов и технологический \ вентиляционных отверстий.

Получаем первые наброски корпуса и примеряем к печатной плате

Проверяем места установки платы, разъемы, дополнительное оборудование и общую концепцию.

После тщательной проверки в САПР печатаем образцы корпуса на обычном 3D принтере (или на фотополимерном, как на фото ниже). Устанавливаем печатные платы, проверяем места креплений и качество сборки деталей корпуса между собой.

На данном этапе мы получили 3D модель корпуса, но она, пока что, не пригодна для литья.

Изготовление пресс-формы для литья под давлением

Для литья под давлением необходимо доработать полученную модель:

• Проверить толщины

• Добавить уклоны для лучшего извлечения деталей из пресс-формы

• Проработать крепления и расположение элементов

• Добавить технологические углубления (компенсаторы) для предотвращения деформации материала

Пресс-форму для малой партии (до 50 тыс. смыканий) можно заказать из алюминия. Он легче поддается обработке, но и требования к изготавливаемой детали будут другими, так как высоким давлением легко замять тонкие перегородки.

Если корпус состоит из сложных деталей с мелкими частями - стальная форма

Простая форма деталей и невысокая точность - алюминиевая

Где заказывать пресс-форму?

Можно для начала отправить запрос по фирмам из ссылки в конце статьи. Прицениться, узнать требования и выслушать замечания.

После чего ищите в каких числах в Экспо-центре в Москве будет проходить выставка Rosmould & 3D-TECH и планируете поездку. Обычно это середина июня. В 2025 году она будет проходить с 17 по 19 июня.

• Берете с собой свой образец корпуса, сумку для брошюр и приезжаете на выставку

• Ходите по всем Китайским стендам и показываете свой корпус, собираете контакты

• После выставки отправляете 3D модель и собираете с них коммерческие предложения (invoice). Желательно, чтоб у них уже был опыт изготовления пластиковых корпусов для электроники и того качества, которое бы вас устроило.

• Открываете счет в ВТБ в юанях и оплачиваете аванс 50%

• Инженеры с производства начнут присылать замечания к модели и варианты их решения

• После обсуждения всех вопросов и замечаний начнут производство длиною пару месяцев

• Изготовят первые образцы и пришлют фото и видео, если все устраивает, то отправят их на согласование вам в посылке (обычно 10 шт.)

Некоторые (большинство) компании могут предложить так же и само литье деталей корпуса, либо отправят вам пресс-форму, если планируете лить в России.

Минимальный заказ от 1 000 шт.

При ввозе в Россию может потребоваться растаможить пресс-формы, либо вести их "карго" окольными путями.

Когда модель утверждена - начинается моделирование пресс-формы. Обязательно запрашивайте исходники (3D модель в редактируемом виде) по завершению работ.

Пресс-форма изготовлена, тестовые образцы получены - можно начинать серийное производство.

Затем сертификация устройств и мои поздравления. Надеюсь, что все у вас получится.

Выставка Rosmould & 3D-TECH проходит в Москве в середине июня.

Выставка ExpoElectronica проходит в Москве в середине апреля, где обязательно нужно побывать для обмена визитками с Китайскими и Отечественными производителями электроники.

Полезно почитать: Дизайн интерфейса для промышленного контроллера от Георгия Лефтар или Кейс: как мы корпус контроллера делали.

Так же есть весьма неплохой сайт, где можно поискать промышленных дизайнеров и изготовителей пресс-форм в России.

Наш сайт с Серверами автоматизации СА-02м, модулями питания и модулями расширения можно посмотреть тут: ЦИНТРОН - Устройства автоматизации

Подписаться на новости по нашим устройствам в телеграм тут: Цинтрон. Устройства автоматизации