ПММА против акрила – особенности обработки, формования и 3D-печати.

ПММА или акрил часто используются в различных производственных проектах. Оба названия обозначают один и тот же химический материал. Это прозрачный полимер — в коммерческой практике его называют акриловым стеклом или плексигласом — который используется в качестве легкой альтернативы стандартному стеклу.

В этой статье обсуждаются характеристики ПММА при литье под давлением, обработке на станках с ЧПУ и 3D-печати. ​​В конце вы получите полезную справочную информацию для выбора акрила в вашей инженерной или конструкторской работе.

Обработка акрила с ЧПУ—Выбор инструмента, подача, контроль температуры и безупречная отделка.

• Литые или экструдированные акриловые листы? Как сделать выбор между ними?

Характеристики акриловых листов различаются в зависимости от способа их изготовления; выбор между литыми и экструдированными типами влияет как на качество, так и на обрабатываемость.

Литой акрил (ПММА) обычно обеспечивает более чистые результаты, с меньшим риском сколов, плавления или внутренних напряжений. Производители изготавливают литые листы путем полимеризации жидкого мономера внутри форм. Этот процесс придает листам исключительную оптическую прозрачность и более высокую молекулярную массу.жидкий мономер

Экструдированные листы ПММА, получаемые путем продавливания расплавленного акрила через фильеры, обеспечивают лучшую точность по толщине, но обладают меньшей прочностью и более высоким внутренним напряжением. Для механической обработки, толстых деталей или сложных условий эксплуатации всегда следует отдавать предпочтение литому акрилу. Выбирайте экструдированный акрил, когда стоимость важнее характеристик, например, при лазерной резке вывесок или неконструкционных декоративных панелей.

• Режущие инструменты

При работе с ПММА рекомендуется использовать чрезвычайно острые инструменты с высокой скоростью резания, такие как однолезвийные или O-образные концевые фрезы; использование затупившихся инструментов приводит к образованию трещин. Кроме того, твердосплавные инструменты лучше справляются с абразивным акрилом, чем быстрорежущая сталь.

При сверлении рекомендуется использовать сверла, специально предназначенные для акрила, или просто затупить обычные сверла, чтобы избежать прилипания или растрескивания материала. При токарной обработке или фрезеровке заточите инструменты под углом примерно 5° к передней грани и 2° к задней, чтобы обеспечить плавный и контролируемый рез.

• Скорость и подача

Эффективное управление температурным режимом имеет важное значение. Слишком медленная подача или слишком высокая частота вращения приведут к расплавлению и повторной сварке. Средние частоты вращения (10 000–15 000 об/мин) с более высокой скоростью подачи обычно обеспечивают получение чистой стружки и низкие температуры.

Когда вы видите «пушистую спиральную стружку», это признак того, что настройки правильные. Если стружка плавится или превращается в порошок, отрегулируйте подачу или скорость. Не используйте щелевое соединение, а применяйте трохоидальные линии или кусачки для создания пути отвода стружки.

• Очистка от стружки и поддержание оптимальной температуры обрабатываемого материала.

Для удаления стружки обычно используются воздушные потоки или вакуум; повторная резка стружки повреждает поверхность и выделяет тепло. Избегайте использования жидкого охлаждающего раствора, так как это может быть опасно. Вместо этого используйте водяное или воздушное охлаждение с мягкой мыльной смазкой. Операторам также следует делать перерывы при обработке толстого акрила (ПММА), чтобы предотвратить внутренние напряжения, вызванные перегревом.

• Предотвращение образования трещин и микротрещин

Детали из ПММА должны быть надежно закреплены. При сверлении работайте медленно и часто вынимайте сверло, чтобы оно остыло. При нарезании резьбы нарезайте резьбу медленно, используйте жидкости, безопасные для пластика, или фрезеруйте резьбу, чтобы избежать напряжения в материале. Закругленные внутренние углы и правильно зачищенные острые кромки также помогают минимизировать точки концентрации напряжений.закругленные внутренние углы

• Отжиг после механической обработки

После механической обработки детали следует подвергнуть отжигу при температуре около 80°C в течение двух часов, а затем медленно охладить до комнатной температуры. Более толстые детали нагреваются дольше и остывают медленнее. Для обеспечения надежности в долгосрочной перспективе следует особенно тщательно отверждать те участки, которые подвергаются воздействию клеящих веществ, растворителей или атмосферы.

• Обработка и полировка кромок для обеспечения оптической прозрачности

Для влажной шлифовки обработанных кромок начните с наждачной бумаги зернистостью 320 и постепенно переходите к 1000 для достижения гладкости. После шлифовки используйте полировальный круг с мягкой пастой для восстановления оптической прозрачности. Также применяйте легкое давление, чтобы избежать термического напряжения. Полировка пламенем придает кромкам глянцевый вид, но после нее рекомендуется отжиг для снятия поверхностного натяжения.

Используя правильную скорость подачи, острые инструменты и эффективное охлаждение, вы всегда можете получать идеально гладкие акриловые детали, изготовленные на станках с ЧПУ. Полиметилметакрилат (ПММА) регулярно используется для обработки световодов, корпусов и лабораторных компонентов, и результаты выглядят превосходно.

Особенности литья под давлением акрила или ПММА.

Литье акрила под давлением Требуется более точный контроль по сравнению с механической обработкой, особенно потому, что смола чувствительна к влаге и температуре. Ниже описан способ работы с ПММА в литьевых установках.

• Сушка смолы

Гранулы ПММА всегда следует сушить при температуре от 80 до 90 °C в течение 2–4 часов перед процессом формования. Этот этап удаляет влагу из гранул. Даже небольшое количество влаги может вызвать расслоение (образование пузырьков или полос) и снизить прочность или оптическую прозрачность детали. Для достижения остаточной влажности ниже 0.02% используется осушитель. Это гарантирует, что смола находится в надлежащем состоянии для формования.температура от 80 до 90 °C

• Температура плавления

Температуру плавления необходимо выбирать в зависимости от марки ПММА. Для более текучих марок требуются более низкие температуры, а для более жестких — более высокие. Обычно используется температура плавления 230–250 °C, которая варьируется в зависимости от марки. Температура в задней части цилиндра поддерживается на уровне около 200 °C, а температура в сопле повышается до 240 °C. Это обеспечивает стабильность расплава.

запомнитьПерегрев может привести к пригоранию, а недостаточный нагрев — к образованию пустот, ухудшению текучести или появлению видимых линий течения в деталях.

· Температура пресс-формы

Температуру пресс-формы всегда следует выбирать в диапазоне 50–80 °C для достижения оптимального снятия напряжений и высококачественной обработки поверхности. В случае оптических деталей пресс-формы, изготовленные при 70 °C, обеспечивают гораздо более реалистичную детализацию и четкость, чем пресс-формы, изготовленные при низких температурах. Более холодные пресс-формы могут быть быстрее в циклическом режиме, но они имеют плохой блеск поверхности и обычно испытывают высокое внутреннее напряжение.

• Инъекционное формование и упаковка

Инженеры компании RJC Mold используют низкую скорость впрыска, чтобы избежать образования струи. После этого применяется постоянное давление прижима для полного заполнения формы и контроля усадки. Усадка акрила минимальна (0.2-0.5%), поэтому контролировать размеры проще, чем у полукристаллических пластиков. Конструкторы пресс-форм по-прежнему рассматривают возможность уменьшения размеров пресс-форм на 0.5% и включают точные оптические корректировки там, где это необходимо.

• Системы вентиляции и регулирования потока воздуха

Выберите большой Ворота Например, используйте кромочные или веерные вентиляционные отверстия, чтобы предотвратить сдвиг и избежать замерзания затвора. Также убедитесь в наличии надлежащей вентиляции (глубиной примерно 0.05 мм) для предотвращения образования воздушных ловушк. ожоги или дизелирование в линиях разъема. Внезапные изменения толщины могут вызвать внутренние напряжения, поэтому при проектировании деталей следует обеспечивать однородность в сечениях стенок.замерзание ворот

• Разделка и извлечение из формы

Полированные формы обеспечивают точную детализацию деталей из акрила или ПММА. Однако, для облегчения извлечения деталей, следует добавить углы уклона и радиусы. Не рекомендуется закреплять акрил на деликатных или острых поверхностях, так как он может треснуть под давлением во время извлечения. Распыление для извлечения из формы не является обязательным, и оно практически не требуется, если геометрия деталей и полировка выполнены правильно.

• Отжиг после формовки

Если детали будут склеиваться или подвергаться воздействию химических веществ, их следует подвергнуть отжигу при температуре 70–80 °C в течение 2–4 часов. Этот процесс снимает напряжение и предотвращает образование трещин, возникающих из-за остаточного напряжения. Отжиг не всегда требуется для тонких деталей, но его не следует пропускать для оптических или толстых деталей.

Вот некоторые основные правила, которым необходимо следовать для получения деталей из акрила (ПММА) профессионального качества. Несмотря на меньшую прочность по сравнению с поликарбонатом, акрил при правильном формовании может успешно использоваться в линзах, рассеивателях и медицинских деталях.

Соответствующая запись в блоге: Индивидуальное литье под давлением ПММА

3D-печать с использованием ПММА: что работает, а что нет.

Для 3D-печати акрила можно использовать PMMA-филамент для FDM-печати или акриловые смолы для SLA/DLP-печати. ​​Оба варианта требуют определенных настроек.

· Полиметилметакрилатная нить (ПММА) (FDM)

Печать PMMA-филаментом осуществляется при температуре 240-255 °C, а температура нагреваемой платформы устанавливается на 100–110 °C. Необходимы закрытые камеры, поскольку без них высока вероятность деформации. Скорость печати снижается до 20–30 мм/с, а для улучшения качества печати используются слои толщиной 0.1 мм или меньше. Во избежание проблем с охлаждением вентиляторы следует отключать.

После печати детали подвергаются отжигу при температуре 60–70 °C для снятия напряжений. Полученные детали твердые, устойчивые к УФ-излучению и достаточно прозрачные. Качество поверхности можно улучшить влажной шлифовкой или использованием ацетона в качестве растворителя для сглаживания.

Ограничение

ПММА легко ломается и выделяет пары; поэтому необходима надлежащая вентиляция. Избегайте использования тонких стенок или защелкивающихся элементов. Для улучшения адгезии можно добавить бортики или использовать клей. ПММА трудно поддается механической обработке, но конечный продукт получается прочным и устойчивым к атмосферным воздействиям.

• Акрилоподобная смола (SLA/DLP)

Когда требуется высокая детализация и четкость изображения, используются SLA-принтеры с полимерными смолами, похожими на ПММА. Эти материалы затвердевают, образуя прозрачные, жесткие детали, похожие на литой акрил. После печати деталь подвергается постобработке. Она включает в себя влажную шлифовку, полировку или нанесение прозрачного покрытия для достижения оптического качества. Инженеры устанавливают высоту слоя от 50 до 100 мкм, ограничивают время отверждения, чтобы избежать пожелтения, и позиционируют детали таким образом, чтобы уменьшить видимые следы от поддерживающих структур.

Ограничения

Несмотря на то, что эти смолы обеспечивают превосходную чистоту поверхности и разрешение, они очень хрупкие. Устойчивость к УФ-излучению не всегда стабильна – при необходимости выбирайте стабилизированные смолы. Технология SLA особенно применима при разработке микрофлюидных устройств, линз и волоконной оптики.

Технология FDM с использованием ПММА позволяет изготавливать прочные полупрозрачные компоненты. С другой стороны, смолы для SLA-печати обеспечивают непревзойденную прозрачность сложных форм. Выбор должен основываться на желаемой прочности, внешнем виде и разрешении.

Склеивание ПММА и работа с растворителями — предотвращение повреждения детали химическими веществами.

При соединении акриловых деталей используйте сварку растворителем с метиленхлоридом или специальные акриловые клеи. Эти методы создают прочные и практически незаметные соединения. Для структурных соединений или соединения различных материалов используются двухкомпонентные акриловые клеи, такие как Weld-On 40. Перед склеиванием детали всегда следует подвергнуть отжигу, чтобы предотвратить образование трещин от напряжения.сварка растворителем

Акрил устойчив к воде, разбавленным кислотам, слабым щелочам и большинству моющих средств. Тем не менее, он легко растворяется в сильных растворителях, таких как ацетон, толуол и хлорированные углеводороды. Его следует мыть слабым мылом или чистящими средствами, безопасными для акрила. Для сохранения прозрачности и долговечности акриловых конструкций используйте соответствующие клеи, чтобы уменьшить внутреннее напряжение, и избегайте агрессивных растворителей.

Акрил (ПММА) против поликарбоната (ПК) — когда выбрать один материал вместо другого.

Основные выводы:

• Акрил (ПММА) предпочтителен в тех случаях, когда требуется высокая прозрачность, устойчивость к УФ-излучению, глянцевая поверхность и простота обработки визуальных элементов или дисплеев.
• Поликарбонат — лучший выбор, когда требуется превосходная гибкость, прочность и защита в местах, подверженных воздействию больших нагрузок, ударов или высоких температур.

Для тех областей применения, где ударопрочность важнее оптической прозрачности, сравнение акрила и поликарбоната может помочь определить наиболее подходящий вариант материала.

Контрольный список DFM для акриловых деталей

• Для обеспечения равномерной толщины стенок используйте большие скругления или радиусы и избегайте создания острых углов в отверстиях.
• При обработке световодов или окон следует оставлять излишки материала для последующей полировки, аккуратно закреплять деталь в станке и обязательно проводить последующий отжиг.
• При изготовлении оптических деталей методом литья под давлением необходимо контролировать остатки литникового канала, использовать более высокие температуры пресс-формы для достижения блеска и наносить защитные пленки на ранних стадиях формования для защиты поверхностей.

Эти процессы соответствуют стандартным требованиям OEM-производителей в отношении механической обработки и формовки деталей из ПММА.

Примеры применения

Ниже приведены несколько примеров, демонстрирующих, как выбирать и обрабатывать акрил (ПММА) для различных методов производства.

Изготовление на станке прозрачной жесткой крышки или линзы.

Начните с литого ПММА, прошедшего предварительную термообработку для снятия внутренних напряжений. После обработки детали на станке с ЧПУ до точных размеров отполируйте поверхности и, при необходимости, обработайте кромки пламенем. Деталь подвергается отжигу, если требуется сохранение прозрачности в течение длительного времени. Литой акрил обеспечивает очень низкое внутреннее напряжение, наилучшее оптическое качество и превосходную обработку кромок.

Высокообъемные прозрачные детали с глянцевой поверхностью.

В случае больших объемов производства прозрачных материалов, литье под давлением ПММА используется в очень жестких условиях, таких как длительная сушка, высокая температура пресс-формы и стальная оснастка, для регулирования усадки и обеспечения прозрачности. ПММА отлично подходит для производства оптических деталей в больших количествах.

Прозрачный прототип, наполненный деталями.

Для быстрого прототипирования, требующего как детальной геометрии, так и прозрачности, выбирайте прозрачную SLA-смолу, похожую на ПММА. Детали печатаются с использованием тонкой послойной печати. ​​После печати поверхности шлифуются и полируются, затем наносится прозрачное покрытие для достижения почти оптической прозрачности. SLA наиболее эффективна для сложных конструкций, которые было бы сложно или дорого изготавливать из акрила методом механической обработки или формовки.Смола SLA, «похожая на ПММА».

Подводить итоги

Акрил при правильном обращении обеспечивает исключительную прочность, прозрачность и надежную работу при литье, механической обработке или печати. ​​Подбирая технологический процесс, соответствующий наилучшим свойствам материала, вы получите превосходные результаты.

Если вам нужны детали из акрила или ПММА на заказ, RJC Mold — лучший вариант. Команда доступна в любое время.Форма RJC

Смежные вопросы

Каково назначение ПММА в оптических приложениях, таких как линзы или световоды?

Полиметилметакрилат (ПММА) имеет показатель преломления 1.49 и, следовательно, пропускает 92% видимого света, в отличие от стекла той же толщины. Это материал с низким двулучепреломлением, идеально подходящий для использования в области прецизионной оптики, рассеивателей и световодов.

Какова устойчивость ПММА к ультрафиолетовому излучению по сравнению с другими прозрачными пластиками?

ПММА хорошо выдерживает воздействие ультрафиолетового излучения и сохраняет свою оптическую прозрачность в течение многих лет на открытом воздухе. Поликарбонат, напротив, со временем часто желтеет. Именно поэтому ПММА является оптимальным решением для наружной рекламы, световых люков и осветительных приборов.

Возможно ли лазерную резку или гравировку ПММА, и что следует учитывать?

CO2-лазеры очень эффективны при работе с ПММА, обеспечивая гладкие кромки без дополнительной обработки. Тем не менее, зона термического воздействия может вызвать внутренние напряжения при последующем склеивании или обработке растворителем, поэтому обычно рекомендуется отжиг после лазерной резки.

Могут ли покрытия улучшить устойчивость ПММА к царапинам или воздействию химических веществ?

Да. Для повышения износостойкости, особенно на дисплеях или линзах, часто используются покрытия с твердым или плазменным напылением. Для лучшей устойчивости к растворителям значительное увеличение срока службы может быть достигнуто с помощью плазменно-усиленного или силоксанового покрытия.