Модельний пластик

Модельний пластик — група спеціалізованих плитних полімерних матеріалів, призначених для механічної обробки, виготовлення майстер-моделей, прототипів, формоутворюючих елементів, шаблонів, оснастки та інших деталей складної геометрії. Найчастіше це модельні плити на основі поліуретанових або епоксидних систем різної густини та твердості.

Компанія Frezer & Lazer виконує 2D, 2.5D та 3D-фрезерування модельного пластику на ЧПУ. Виготовляємо майстер-моделі, прототипи, матриці, пуансони, шаблони, технологічну оснастку, рельєфні поверхні та індивідуальні деталі за кресленнями й 3D-моделями.

З чого виготовляють модельний пластик. Модельні плити можуть виготовлятися на основі різних полімерних систем.

Найбільш поширені:

• поліуретанові модельні плити;
• епоксидні модельні плити;
• спеціальні полімерні композиції з наповнювачами.

Склад впливає на:

• густину;
• твердість;
• міцність;
• якість поверхні після фрезерування;
• допустиму температуру;
• стабільність розмірів;
• можливість полірування;
• придатність до виготовлення форм;
• зносостійкість;
• вартість матеріалу.

Модельні плити різної густини

Одна з основних характеристик модельного пластику — густина.

Умовно модельні плити можна розділити на:

• легкі;
• середньої густини;
• високої густини.

Це не жорстка класифікація — конкретні характеристики потрібно дивитися в технічній документації виробника.

Легкі модельні плити. Матеріали невеликої густини можуть використовуватися для:

• великих моделей;
• макетів;
• перевірки форми;
• чорнових майстер-моделей;
• дизайнерських прототипів;
• великогабаритних деталей, де важлива невелика маса.

Вони легко обробляються, що дозволяє швидко знімати значний об’єм матеріалу.

Проте поверхня та механічна міцність таких плит можуть поступатися щільнішим маркам.

Модельний пластик середньої густини. Такі матеріали можуть забезпечувати баланс між:

• оброблюваністю;
• якістю поверхні;
• жорсткістю;
• стабільністю;
• вартістю.

Вони використовуються для майстер-моделей, прототипів, шаблонів та різноманітної технологічної оснастки.

Модельний пластик високої густини. Щільні модельні плити застосовують там, де потрібні:

• висока якість поверхні;
• точне відтворення геометрії;
• дрібні елементи;
• стабільність розмірів;
• міцні кромки;
• можливість подальшого шліфування та фінішної обробки.

Окремі спеціалізовані марки можуть використовуватися для виготовлення форм та виробничої оснастки.

Фрезерування модельного пластику на ЧПУ

Одна з головних переваг модельних плит — хороша пристосованість до механічної обробки.

На ЧПУ можна виконувати:

• контурне фрезерування;
• площинну обробку;
• кишені;
• пази;
• отвори;
• посадочні місця;
• ступінчасті поверхні;
• фаски;
• рельєфи;
• складні криволінійні поверхні;
• 3D-геометрію.

Саме можливість якісної 3D-обробки робить модельний пластик особливо цікавим для виготовлення майстер-моделей.

3D-фрезерування модельного пластику. При 3D-фрезеруванні інструмент формує просторову поверхню відповідно до цифрової моделі.

Таким способом можна виготовляти:

• опуклі поверхні;
• увігнуті поверхні;
• складні переходи;
• радіуси;
• рельєфи;
• формоутворюючі поверхні;
• дизайнерські об’єкти;
• майстер-моделі.

Процес зазвичай складається з чорнової та чистової обробки.

Чорнове фрезерування. На чорновому етапі основне завдання — швидко видалити зайвий матеріал та сформувати приблизну геометрію майбутньої деталі.

Після чорнової обробки залишається припуск для чистового проходу.

Такий підхід особливо важливий при виготовленні великих 3D-моделей.

Чистове фрезерування. Під час чистової обробки використовується менший крок між проходами інструменту.

Це дозволяє:

• точніше відтворити 3D-поверхню;
• зменшити видимі сліди інструменту;
• сформувати дрібні елементи;
• підготувати модель до подальшого шліфування.

Чим менший крок чистового проходу, тим кращою може бути поверхня, але тим більше машинного часу потрібно на виготовлення.

Якість поверхні після ЧПУ. Модельні плити спеціально розробляються з урахуванням механічної обробки, тому багато марок дозволяють отримувати якісну поверхню після фрезерування.

Фактичний результат залежить від:

• марки матеріалу;
• густини;
• інструменту;
• швидкості обертання;
• подачі;
• кроку чистового проходу;
• геометрії поверхні;
• необхідного рівня деталізації.

За необхідності після ЧПУ поверхню можна додатково обробляти.

Шліфування модельного пластику. Багато модельних плит добре піддаються шліфуванню.

Це дозволяє:

• прибрати дрібні сліди фрези;
• підготувати поверхню до фарбування;
• вирівняти переходи;
• отримати більш гладку майстер-модель.

Можливість та технологія фінішної обробки залежать від конкретної марки матеріалу.

Склеювання модельних плит. Для великогабаритних моделей декілька плит можна з’єднувати в більшу заготовку.

Це дозволяє створювати блоки значної товщини для подальшого 3D-фрезерування.

При склеюванні важливо правильно підібрати:

• клейову систему;
• підготовку поверхонь;
• орієнтацію плит;
• спосіб притискання;
• час полімеризації.

Для відповідальних майстер-моделей клейовий шов не повинен негативно впливати на подальшу механічну обробку.

Великі майстер-моделі. Модельний пластик добре підходить для створення великогабаритних 3D-об’єктів.

Якщо необхідна модель товстіша за стандартну плиту, заготовку можна сформувати з декількох шарів.

Після цього весь блок обробляється на ЧПУ відповідно до 3D-моделі.

Такий метод може використовуватися для:

• промислових майстер-моделей;
• дизайнерських поверхонь;
• корпусних прототипів;
• елементів форм;
• великогабаритної технологічної оснастки.

Майстер-моделі з модельного пластику

Одне з основних застосувань матеріалу — виготовлення майстер-моделей.

Майстер-модель є первинним фізичним зразком, геометрія якого надалі може використовуватися для отримання форми або іншого виробу.

На ЧПУ можна виготовляти майстер-моделі для:

• формування;
• лиття;
• композитного виробництва;
• вакуумного формування;
• силіконових форм;
• декоративних виробів;
• промислового прототипування.

Технологію потрібно підбирати відповідно до подальшого використання майстер-моделі.

Майстер-моделі для силіконових форм. Модельний пластик може використовуватися для виготовлення позитивної майстер-моделі, з якої надалі знімається силіконова форма.

Це може бути корисно для виробництва:

• декоративних деталей;
• технічних виробів;
• невеликих серій литих деталей;
• макетів;
• дизайнерських елементів.

Перед контактом із конкретним силіконом потрібно враховувати рекомендації виробників матеріалів щодо розділювальних систем та підготовки поверхні.

Моделі для вакуумного формування. Окремі марки модельних плит можуть застосовуватися для виготовлення оснастки або моделей для вакуумного формування.

На ЧПУ можна сформувати:

• зовнішню геометрію;
• радіуси;
• переходи;
• формоутворюючу поверхню;
• технологічні елементи.

Однак матеріал потрібно вибирати з урахуванням температури процесу, кількості циклів та інших навантажень.

Матриці та пуансони. З відповідних марок модельного пластику можна виготовляти матриці та пуансони для окремих технологічних процесів.

ЧПУ дозволяє отримати взаємопов’язані поверхні складної геометрії.

При виборі матеріалу необхідно враховувати:

• навантаження;
• температуру;
• кількість робочих циклів;
• необхідну точність;
• стан поверхні;
• технологію формування.

Не кожна модельна плита призначена для робочої виробничої оснастки.

Прототипи. Модельний пластик дозволяє виготовляти фізичні прототипи без створення прес-форми.

Це корисно при розробці:

• нових виробів;
• корпусів;
• деталей обладнання;
• дизайнерських елементів;
• промислової продукції.

Фізичний прототип дозволяє оцінити геометрію до запуску серійного виробництва.

Повнорозмірні прототипи. На відміну від невеликого макета, прототип із модельного пластику може бути виготовлений у масштабі 1:1.

Це дозволяє перевірити:

• габарити;
• форму;
• ергономіку;
• стикування;
• розташування елементів;
• загальний зовнішній вигляд.

За необхідності конструкцію можна відкоригувати в 3D-моделі та виготовити нову версію.

Шаблони та контрольна оснастка

З модельного пластику можна виготовляти більш жорсткі та довговічні шаблони, ніж із картону.

Наприклад:

• контурні шаблони;
• монтажні шаблони;
• контрольні калібри спрощеного типу;
• позиціонувальні елементи;
• свердлильні шаблони;
• складальні пристосування.

Конкретна марка матеріалу підбирається відповідно до необхідного ресурсу.

Технологічна оснастка. Модельні плити можуть використовуватися для виготовлення допоміжної виробничої оснастки:

• кондукторів;
• фіксаторів;
• упорів;
• монтажних пристосувань;
• позиціонувальних елементів;
• контрольних шаблонів;
• допоміжних форм.

Це дозволяє швидко виготовити індивідуальну оснастку під конкретну виробничу операцію.

Рельєфи з модельного пластику. 3D-фрезерування дозволяє створювати складні рельєфні поверхні.

Можна виготовляти:

• технічні рельєфи;
• декоративні елементи;
• логотипи;
• написи;
• текстури;
• барельєфи;
• формоутворюючі поверхні.

Для якісного результату бажано надати готову 3D-модель.

Дрібна деталізація. Можливість відтворення дрібних елементів залежить від:

• густини модельної плити;
• твердості;
• діаметра фрези;
• глибини елемента;
• геометрії;
• необхідної якості поверхні.

Для дуже дрібної деталізації зазвичай краще підходять щільніші модельні плити, здатні добре утримувати тонкі кромки.

Модельний пластик чи МДФ

МДФ також часто використовується для недорогих майстер-моделей та прототипів.

Його головна перевага — доступна вартість.

Модельний пластик може мати переваги, коли важливі:

• однорідніша структура;
• якість поверхні;
• відсутність деревних волокон;
• дрібна деталізація;
• стабільність;
• зручність фінішної обробки;
• робота з більш складною 3D-геометрією.

Тому МДФ може бути хорошим матеріалом для бюджетної або чорнової моделі, а модельна плита — для більш вимогливої майстер-моделі.

Модельний пластик чи пінопласт. Пінопласт доцільний для дуже великих моделей, де важливі мала маса та низька вартість.

Модельний пластик зазвичай вибирають, коли потрібні:

• вища деталізація;
• міцніша поверхня;
• точніші елементи;
• стабільні кромки;
• краща фінішна обробка.

Для великогабаритного чорнового макета пінопласт може бути економічнішим, а для точної майстер-моделі — модельна плита.

Модельний пластик чи 3D-друк. Ці технології не є прямими конкурентами для всіх задач.

3D-друк формує деталь пошарово, а фрезерування модельного пластику видаляє матеріал із готової заготовки.

Фрезерування особливо цікаве для:

• великих поверхонь;
• майстер-моделей;
• плитних заготовок;
• формоутворюючих поверхонь;
• деталей, де важлива однорідність матеріалу;
• великих 3D-об’єктів у межах робочої зони обладнання.

Вибір технології залежить від геометрії, розміру, необхідної поверхні, точності та кількості виробів.

Файли для фрезерування модельного пластику

Для звичайних плоских деталей можна використовувати:

• DXF;
• DWG;
• CDR;
• AI;
• SVG;
• PDF із коректною геометрією.

Для повноцінного 3D-фрезерування бажано надати 3D-модель у відповідному CAD-форматі.

Для розрахунку також потрібно вказати:

• габарити готової моделі;
• матеріал або бажану марку модельної плити;
• кількість;
• необхідну якість поверхні;
• допуски;
• подальше призначення виробу.

Це особливо важливо для майстер-моделей і технологічної оснастки, оскільки вимоги до них можуть суттєво відрізнятися.

Твердість модельної плити

Твердість впливає на поведінку матеріалу при механічній та подальшій ручній обробці.

Більш тверді матеріали можуть краще зберігати:

• гострі кромки;
• дрібні елементи;
• рельєф;
• тонкі виступи;
• точну геометрію.

Водночас для простих великих моделей надмірна твердість може бути непотрібною.

Стабільність розмірів. Для майстер-моделей і контрольної оснастки важливо, щоб матеріал зберігав геометрію.

На стабільність можуть впливати:

• температура;
• розмір деталі;
• товщина;
• спосіб склеювання заготовки;
• внутрішні напруження;
• умови зберігання;
• марка матеріалу.

Для великих високоточних моделей температурне розширення необхідно враховувати ще на етапі проектування.

Температурна стійкість. Робоча температура модельного пластику залежить від конкретної полімерної системи.

Особливо це важливо для моделей та форм, які використовуються при:

• вакуумному формуванні;
• термоформуванні;
• роботі з композитами;
• формуванні матеріалів із нагріванням;
• інших температурних процесах.

Не кожна модельна плита, яка добре фрезерується, підходить для роботи при підвищеній температурі.

Необхідно перевіряти технічний паспорт конкретної марки.

Теплове розширення. Модельний пластик, як і інші полімери, змінює розміри при зміні температури.

Для невеликих декоративних моделей це може бути несуттєво.

Але для великогабаритної майстер-моделі довжиною в декілька метрів температурне розширення вже може впливати на геометрію.

Тому для високоточних великих моделей важливо враховувати:

• температуру під час фрезерування;
• температуру вимірювання;
• температуру майбутньої експлуатації;
• коефіцієнт теплового розширення конкретного матеріалу.

Фрезерування з двох сторін

Якщо геометрія деталі знаходиться з обох боків заготовки, можна застосовувати двосторонню механічну обробку.

Після завершення першої сторони деталь перевстановлюється та точно позиціонується для обробки другої.

Такий спосіб дозволяє виготовляти більш складні об’ємні деталі, ніж при звичайному односторонньому фрезеруванні.

3D-фрезерування рельєфу. З модельного пластику можна створювати рельєфні поверхні різної складності.

Наприклад:

• логотипи;
• написи;
• орнаменти;
• текстури;
• технічний рельєф;
• декоративні панелі;
• барельєфи.

Глибина та деталізація визначаються 3D-моделлю та можливостями інструменту.

Радіуси після фрезерування. Діаметр фрези впливає на мінімальний радіус, який можна отримати у внутрішньому куті.

Чим дрібніші елементи моделі, тим менший інструмент може знадобитися.

Але використання дуже маленьких фрез:

• збільшує час обробки;
• обмежує можливу глибину;
• вимагає додаткових проходів;
• підвищує вимоги до технології.

Тому при проектуванні майстер-моделі бажано уникати невиправдано дрібних елементів.

Чистота 3D-поверхні. Після чистового 3D-фрезерування на поверхні можуть залишатися дуже дрібні технологічні сліди від проходів інструменту.

Їхня вираженість залежить від:

• діаметра фрези;
• форми інструменту;
• кроку проходів;
• марки матеріалу;
• кривизни поверхні;
• режимів обробки.

Якщо потрібна поверхня високої якості, після ЧПУ може виконуватися додаткове шліфування та фінішна підготовка.

Точність чи швидкість обробки. При 3D-фрезеруванні існує прямий зв’язок між якістю поверхні та машинним часом.

Менший крок чистової обробки дає більш деталізовану поверхню, але значно збільшує тривалість фрезерування.

Тому для кожної задачі потрібно визначити необхідний рівень якості.

Для чорнової моделі немає сенсу використовувати режими, призначені для фінішної майстер-моделі.

Отвори для вакуумного формування. У формоутворюючій оснастці можуть передбачатися вакуумні канали та отвори.

Їхнє розташування визначається:

• геометрією виробу;
• технологією формування;
• матеріалом листа;
• конструкцією вакуумної системи.

Такі елементи бажано передбачати ще на етапі проектування моделі.

Модельний пластик для ливарної оснастки. Спеціалізовані модельні плити можуть застосовуватися для виготовлення модельної оснастки у певних ливарних технологіях.

Можна виготовляти:

• моделі;
• шаблони;
• формоутворюючі елементи;
• технологічні вставки;
• допоміжну оснастку.

Для конкретного ливарного процесу потрібно використовувати матеріал із відповідними характеристиками.

Матеріал замовника

Можлива обробка модельних плит замовника за попереднім погодженням.

Для оцінки бажано повідомити:

• виробника;
• марку;
• густину;
• товщину;
• розмір плити;
• кількість матеріалу.

Для незнайомої марки також корисно надати технічний паспорт матеріалу.

Точність фрезерування модельного пластику. Модельні плити добре підходять для точної механічної обробки, однак фактична точність готового виробу залежить не тільки від верстата.

На результат впливають:

• марка та густина матеріалу;
• габарити деталі;
• товщина заготовки;
• спосіб закріплення;
• діаметр і стан інструменту;
• кількість чорнових та чистових проходів;
• температура;
• геометрія деталі;
• необхідна якість поверхні.

Для відповідальних деталей допуски потрібно вказувати безпосередньо на кресленні.

Припуски на фінішну обробку. Якщо майстер-модель після ЧПУ буде додатково шліфуватися, ґрунтуватися або покриватися іншими матеріалами, це бажано врахувати ще до фрезерування.

Фінішні операції можуть змінювати кінцевий розмір поверхні.

Особливо це важливо для:

• посадочних поверхонь;
• матриць;
• пуансонів;
• сполучених деталей;
• контрольних шаблонів;
• високоточних майстер-моделей.

Вибір модельного пластику під задачу

Немає сенсу вибирати матеріал лише за принципом «чим дорожчий і щільніший — тим кращий».

Для чорнової великої моделі може бути достатньо легкої модельної плити.

Для детальної майстер-моделі може знадобитися щільніший матеріал.

Для багаторазової технологічної оснастки можуть бути важливими:

• твердість;
• зносостійкість;
• температурна стабільність;
• механічна міцність.

Для термоформування — температурна стійкість.

Для високоточної контрольної оснастки — стабільність розмірів.

Чи можна пофарбувати майстер-модель? Для багатьох модельних плит можлива подальша підготовка та фарбування. Потрібно використовувати сумісні ґрунти й покриття.

Замовити фрезерування модельного пластику

Компанія Frezer & Lazer виконує 2D, 2.5D та 3D-фрезерування модельного пластику на ЧПУ за кресленнями та 3D-моделями замовника.

Виготовляємо:

• майстер-моделі;
• промислові прототипи;
• моделі для форм;
• матриці;
• пуансони;
• оснастку для вакуумного формування;
• моделі для композитного виробництва;
• шаблони;
• кондуктори;
• контрольну оснастку;
• рельєфні елементи;
• великогабаритні 3D-моделі;
• нестандартні деталі.

Для розрахунку бажано надати:

• 3D-модель або креслення;
• габарити виробу;
• бажану марку модельного пластику;
• кількість;
• необхідну точність;
• вимоги до поверхні;
• інформацію про подальше використання моделі.

Можлива обробка матеріалу замовника за попереднім погодженням. Працюємо з одиничними виробами, прототипами та повторними замовленнями. Доставка готових виробів по Україні.

Пов’язані сторінки: Фрезерне різання та гравіювання.