Introduzione
Le materie plastiche sono essenziali per il settore manifatturiero odierno perché sono generalmente reperibili, la maggior parte è economica e si presta bene a tecniche di produzione diffuse come lo stampaggio a iniezione, la stampa 3D e la fresatura di precisione CNC.
La lavorazione CNC è una tecnica di produzione sottrattiva che prevede la rimozione accurata del materiale da un blocco solido di materiale con utensili rotanti e trapani per modellare il componente.
In termini di produzione di componenti in plastica, la lavorazione CNC è più accurata dello stampaggio a iniezione.
Inoltre, rispetto a molte altre tecniche di produzione, la lavorazione CNC è più compatibile con una più ampia varietà di plastiche, il che la rende un’opzione interessante per molti team di prodotto per produrre parti tramite lavorazione meccanica.
Lavorazione plastica
Cos'è Derlin?
Un polimero acetalico noto con il nome commerciale Delrin è ampiamente utilizzato nella lavorazione CNC per le sue notevoli caratteristiche. La sostanza, denominata anche POM (poliossimetilene) o plastica Delrin, può essere ulteriormente lavorata utilizzando procedure come lo stampaggio a iniezione e la stampa 3D. Esistono molti gradi di Delrin, ciascuno con una combinazione unica di caratteristiche.
Grazie alla sua elevata resistenza alla trazione, al basso attrito e all'elevata resistenza all'usura, alla resistenza allo scorrimento e alla deformazione, nonché alla tenacità e alla longevità generale, la plastica Delrin costituisce un'ottima alternativa al metallo. Densità superiore, ridotto assorbimento di umidità e resistenza chimica agli idrocarburi, solventi e sostanze chimiche neutre sono solo alcune delle qualità della sostanza Delrin.
Cos'è il PEEK
La famiglia di materiali PAEK comprende il materiale termoplastico tecnico ad alte prestazioni noto come PEEK o polietere etere chetone. Il materiale semicristallino, che ha eccezionale robustezza, resistenza all'usura e resistenza all'abrasione e mantiene le sue qualità anche a temperature elevate, viene utilizzato per una varietà di parti e componenti industriali.
I gradi PEEK sono paragonabili al PPS in termini di resistenza chimica e all'acqua. Il PEEK invece ha un punto di fusione di 343°C e può resistere a temperature fino a 250°C senza perdere definitivamente le sue qualità fisiche. Può essere utilizzato anche in acqua calda o vapore. Il PEEK è una plastica ad alte prestazioni che può essere trovata sotto forma di granuli, filamenti e barre o bastoncini per la lavorazione CNC. In genere, è di livello medico o di livello industriale.
Cos'è il Teflon/PTFE
Il tetrafluoroetilene (TFE) è un fluoropolimero e termoplastico. Teflon è un marchio della società chimica americana Chemours, una divisione del colosso industriale DuPont (ora DowDuPont).
È resistente a quasi tutti i prodotti chimici e solventi industriali, resiste a temperature estremamente elevate ed è un eccellente isolante. Viene spesso utilizzato per articoli che necessitano di una superficie antiaderente a causa del suo basso coefficiente di attrito, rendendolo una scelta eccellente per situazioni in cui i componenti si sposterebbero l'uno contro l'altro.
Il Teflon, che è un polimero di tetrafluoroetilene (PTFE), ha eccezionali qualità dielettriche che sono stabili con frequenza e temperatura. Non crea scintille facilmente e non favorisce la propagazione delle fiamme. La densità apparente del Teflon è eccezionalmente alta. Alcune delle sue caratteristiche includono:
- capacità di isolamento termico ed elettrico di alta qualità
- basso coefficiente di attrito
- resistente agli agenti chimici
- classificazione della fiamma UL94-VO
Considerazioni sulla scelta della plastica per lavorazione CNC
La lavorabilità di un materiale è influenzata dalle sue caratteristiche fisiche. Di conseguenza, i risultati che potresti ottenere dal tuo pezzo in lavorazione varieranno a seconda del materiale. Le dimensioni e la forma del pezzo potrebbero alterarsi durante la lavorazione della plastica, durante o anche dopo la lavorazione. Gli ingegneri progettisti devono quindi considerare le qualità dei materiali per garantire che i loro progetti possano essere realizzati. Quanto segue dovrebbe essere considerato durante la lavorazione CNC della plastica.
Espansione Termica
Alle alte temperature, quasi tutte le sostanze si espandono e acquistano volume. Gli utensili utilizzati nella fresatura CNC di precisione generano calore quando entrano in contatto con il materiale. Rispetto ai metalli, le materie plastiche hanno un coefficiente di dilatazione termica maggiore. Di conseguenza, potrebbero subire uno spostamento di dimensioni maggiori a seguito della lavorazione. È quindi essenziale comprendere come ciascuna plastica risponde all’apporto di calore derivante dalla lavorazione. È fondamentale considerare la quantità di calore a cui sarà esposta la plastica. La capacità di aderire ai limiti dimensionali sarà influenzata da queste variabili. La temperatura di deflessione termica di un materiale mostra anche quando inizierà a deformarsi facilmente se esposto a temperature elevate. Potrebbe essere necessario tenerne conto quando si scelgono i materiali finali per assicurarsi che la parte sia appropriata per l'applicazione.
Forza e Durezza
È possibile tenere in considerazione le caratteristiche di resistenza e durezza di una plastica per assicurarsi che possa resistere alle esigenze dell'uso previsto. Tuttavia, anche il comportamento di un materiale durante la lavorazione è influenzato da queste caratteristiche. La resistenza alla trazione di un materiale può avere un'influenza sul modo in cui crea trucioli, il che può alterare la lucidatura superficiale finale. Anche la durezza può influenzare il modo in cui si sviluppano i trucioli e, per materiali particolarmente morbidi, possono verificarsi delle scanalature se l'operatore non adotta le misure necessarie. Inoltre, la durata dell'usura degli utensili utilizzati può essere influenzata dalla durezza e dalla resistenza alla trazione di un materiale. Quando si lavorano metalli e ceramiche, questo è in genere un fattore più importante da tenere in considerazione.
Effetti dell'umidità e dei prodotti chimici
Alcuni polimeri possono assorbire l'umidità dall'aria o dal refrigerante o subire effetti negativi da sostanze specifiche. Perfino spazi con aria condizionata o contenitori sigillati potrebbero essere necessari per conservarli. Le dimensioni del materiale potrebbero fluttuare a causa dell'umidità e delle reazioni chimiche, il che rende più difficile mantenere tolleranze esatte. Potrebbero persino far perdere ai polimeri tutta la loro stabilità e resistenza.
estetica
Elementi di design come l'aspetto e le caratteristiche correlate come la trasmissione della luce possono essere cruciali. In tal caso, hai meno opzioni per i materiali plastici. È necessario evitare una finitura superficiale ruvida durante tutto il processo di lavorazione per evitare effetti negativi sulla trasparenza o sulla trasmissione della luce.
La funzione del componente plastico
La funzione di una parte determina sempre come viene costruita. Quindi, il materiale che dovresti usare per la procedura di lavorazione CNC della plastica dipenderà in ultima analisi dallo scopo del tuo prodotto. L'ambiente in cui verrà utilizzato il componente in plastica CNC avrà la maggiore influenza sulla scelta del materiale. Il Derlin, ad esempio, è l'opzione perfetta se il tuo articolo in plastica funzionerà in un ambiente con requisiti di attrito bassi o nulli. Ciò è dovuto al noto basso attrito del materiale, che lo rende appropriato per la procedura.
Requisiti per i trattamenti post-elaborazione
Alcuni pezzi, per migliorarne il valore estetico, potrebbero necessitare di procedure di post-lavorazione. Tutte le plastiche, tuttavia, potrebbero non essere facilmente abbinabili a tutti i tipi di finiture. Quindi, quando scegli la plastica per la lavorazione CNC, tieni conto anche di questo.
Vantaggi e svantaggi della lavorazione di Delrin, Teflon e PEEK
Lavorazione del Delrin
I metalli possono essere perfettamente sostituiti da Delrin durante la realizzazione delle parti. Presenta tuttavia vantaggi e svantaggi, proprio come ogni altro materiale utilizzato nella produzione. I suoi vantaggi e svantaggi sono i seguenti:
Vantaggi
- Peso leggero
Il Delrin è più leggero dei metalli. Tuttavia, pur essendo leggero, ha un'elevata resistenza alla trazione e può sostenere carichi d'urto sia ripetutamente.
- Possibilità di essere lavorato
Il Delrin ha delle qualità speciali che lo rendono semplice da maneggiare e lavorare sia con le attrezzature tradizionali che con quelle all'avanguardia. Offre inoltre portate maggiori rispetto ad altre resine, consentendo un riempimento più uniforme delle pareti sottili dello stampo.
- Forza
Il polimero Delrin resiste all'usura. Grazie alla sua rigidità e all'elevata resistenza meccanica, può essere utilizzato per realizzare un'ampia varietà di componenti in Delrin ad alte prestazioni e di lunga durata.
- basso coefficiente di attrito
Il Delrin può essere utilizzato per creare componenti mobili e scorrevoli che non necessitano di manutenzione. La sua lubrificazione intrinseca lo rende anche una scelta intelligente per componenti che funzionano con poco o nessun attrito.
- Elevata capacità di tensione e stress
Il Delrin possiede proprietà di ritorno elastico superiori rispetto ai metalli. Inoltre, grazie alla sua elevata resistenza alla deformazione e alla capacità di ritorno elastico, si presta particolarmente bene ad applicazioni con incastri a scatto e fibbie.
- Resistente all'umidità
Delrin può essere utilizzato in ambienti umidi poiché non assorbe l'umidità. Inoltre, è resistente a vari solventi chimici e ai solventi organici come la benzina. È resistente alla corrosione grazie alla sua resistenza all'umidità. Per molte operazioni industriali, è un materiale perfetto.
Svantaggi
Il Delrin presenta alcuni ulteriori inconvenienti che ne impediscono il pieno utilizzo nella fabbricazione del prodotto. Molti dei suoi svantaggi sono elencati di seguito:
- Resistenza agli acidi limitata
La resistenza ai solventi è uno dei punti di forza del Delrin. Tuttavia, può essere danneggiato da alcuni acidi, come il cloro e gli acidi minerali. Per questo motivo, anche livelli estremamente bassi di cloro nell'acqua potabile possono causare la rottura delle tubature.
- Custodia alimentare
La produzione di contenitori per alimenti non è l'utilizzo migliore per il Delrin. Questo perché il Delrin contamina gli alimenti quando viene a contatto con ingredienti acidi.
- un adesivo debole
Delrin ha difficoltà a connettersi tra loro a causa della sua composizione chimica. Per legare Delrin sono stati utilizzati adesivi come poliuretano ed epossidici. Ma per farlo è necessario l’aiuto di specialisti degli adesivi, il che fa lievitare il prezzo.
- Infiammabile
La sostanza delrin è combustibile. Solo un estintore di classe A può spegnere le fiamme della sostanza che brucia.
PEEK di lavorazione
La lavorazione del PEEK presenta numerosi vantaggi, che possono essere suddivisi in due gruppi: i vantaggi materiali intrinseci del PEEK e i vantaggi particolari del processo derivanti dall'utilizzo di una macchina CNC per produrre materiale PEEK.
Vantaggi
La lavorazione del PEEK presenta i seguenti vantaggi materiali:
- grande resistenza agli agenti chimici.
Il materiale PEEK offre un'eccellente resistenza alle sostanze corrosive. La sua resistenza è paragonabile a quella dell'acciaio al nichel e mantiene la sua struttura chimica non corrosiva con la maggior parte dei metalli, anche ad alte temperature. In condizioni normali, solo un acido solforico concentrato è in grado di dissolvere questa plastica.
- Elevata resistenza alle radiazioni e basso assorbimento d'acqua.
I componenti di una macchina o di uno strumento realizzati in PEEK mantengono la loro struttura chimica e le loro caratteristiche in ambienti umidi. Funziona meglio in ambienti umidi, acqua calda sotto pressione o vapore grazie alla sua resistenza all'idrolisi anche a temperature più elevate.
Inoltre, i componenti in PEEK possono funzionare in presenza di forti radiazioni ionizzanti. Come già accennato, è più resistente ai raggi gamma rispetto al polistirolo.
- Elevato tasso di efficacia e affidabilità anche a temperature elevate.
Grazie alle sue eccellenti caratteristiche di lavorabilità, il materiale PEEK garantisce una straordinaria facilità di lavorazione durante la fresatura di precisione CNC delle materie plastiche. Pur essendo un materiale termoplastico altamente resistente alle alte temperature, può essere trattato utilizzando diverse tecniche di lavorazione.
Queste tecniche includono la filatura a fusione, lo stampaggio a iniezione e lo stampaggio per estrusione. Questa compatibilità è garantita dalle forti caratteristiche di rottura termica del PEEK e dalla lavorabilità ad alta temperatura. Inoltre, questo termoplastico è una sostanza autoestinguente durante l'incendio; emette poco o nessun gas o fumo pericoloso.
- caratteristiche meccaniche eccezionali
Il PEEK e altri termoplastici ad alta temperatura offrono un'elevata resistenza agli urti e mantengono la loro forma ad alte temperature. Presentano un'elevata stabilità dimensionale e un basso coefficiente di dilatazione lineare. Tra tutti i polimeri, il PEEK ha la maggiore capacità di resistere a sollecitazioni e fatica. Inoltre, possiede eccezionali qualità di resistenza allo scorrimento viscoso (la capacità di una sostanza di deformarsi lentamente per un lungo periodo di esposizione a sollecitazioni). Questa caratteristica lo rende un materiale ideale per sopportare elevate sollecitazioni di lavorazione.
Inoltre, il PEEK offre un'eccezionale resistenza all'usura e un basso coefficiente di attrito. Per questo motivo, può continuare a mantenere un'eccellente resistenza all'usura in una varietà di circostanze fisiche esterne, tra cui pressione, rugosità superficiale, temperatura e velocità in relazione alla superficie di contatto.
- Esistono gradi biocompatibili.
- invulnerabile alla biodegradazione
Svantaggi
La lavorazione del PEEK presenta numerosi svantaggi. Alcuni di questi includono
Per ridurre le tensioni interne e le fratture provocate dal calore è necessaria un'attenzione particolare.
- richiesto di ricottura
- Trasferimento di calore inefficace.
- Potrebbe rompersi se si fora troppo lontano.
Lavorazione Teflon/PTFE
Il Teflon presenta i seguenti vantaggi materiali quando lavorato:
- Bassa resistenza e antiaderente.
- buona resistenza alle condizioni atmosferiche
- tollerante a temperature fino a 500 ° F
- qualità di isolamento elettrico estremamente buone.
- resistente agli agenti chimici.
- elevata resistenza agli urti.
Vantaggi del processo
- morbido e denso, che lo rende semplice da lavorare.
- La deformazione del pezzo e l'intasamento dell'utensile vengono evitati grazie all'eccellente stabilità termica.
Svantaggi della lavorazione del Teflon:
- notevole coefficiente di espansione.
- stress strisciante.
- Tolleranze strette sono difficili da raggiungere
- scarsa qualità meccanica.
- Rischio di sbavature dovuto alla flessibilità del materiale.
1.0 Applicazioni e suggerimenti per la lavorazione di Delrin, Teflon e PEEK
1.1 Applicazioni della lavorazione del Teflon
Il Teflon non è il materiale più adattabile per la lavorazione CNC, ma grazie alle sue qualità vantaggiose, come la stabilità al calore e un basso coefficiente di attrito, ha alcuni usi di nicchia significativi. L’isolamento dei cavi utilizza circa la metà della quantità totale di PTFE prodotto in tutto il mondo, ma le macchine CNC non vengono utilizzate per creare i cavi o il relativo isolamento. I rivestimenti antiaderenti Teflon per pentole in alluminio sono forse l'altra sua applicazione più nota; in questo caso il Teflon in forma liquida viene spruzzato o fatto rotolare sulla superficie metallica incisa. Le pentole rivestite in teflon non vengono spesso lavorate.
Tuttavia, il Teflon può essere lavorato utilizzando la lavorazione CNC quando è solido. Ingranaggi, boccole, raccordi e valvole sono esempi di parti industriali in Teflon che possono essere lavorate.
Marce
In campi quali quello medico, della lavorazione alimentare, della ricerca e dell'aerospaziale, le comuni parti in PTFE lavorate a CNC includono boccole, raccordi, cuscinetti e valvole.
Consigli per la lavorazione del Teflon
Il Teflon non può essere facilmente sostituito con altri materiali di uso comune a causa del suo comportamento e della necessità di una lavorazione specifica per adattarlo alle caratteristiche del PTFE. Tuttavia, se progettista e operatore adottano le dovute precauzioni, il Teflon è adatto per una vasta gamma di parti e componenti. Raggiungere tolleranze più strette può risultare difficile senza un pretrattamento di distensione del materiale; una tolleranza tipica ottenibile per i pezzi in Teflon è di circa 0.13 mm. Le migliori finiture superficiali e tolleranze si ottengono con la lavorazione CNC del Teflon utilizzando utensili molto affilati e refrigeranti idrosolubili come aria compressa e nebulizzazioni. Inoltre, sono preferibili refrigeranti inodori. La sbavatura è un fattore cruciale da considerare durante la lavorazione del Teflon. Poiché il PTFE è molto morbido, anche piccoli e precisi utensili da taglio potrebbero lasciare tracce indesiderate che devono essere rimosse dopo la lavorazione. Le bave possono essere eliminate con le normali procedure di finitura superficiale come la levigatura, ma un approccio più sofisticato prevede il congelamento del Teflon lavorato per renderlo meno malleabile durante la sbavatura.
Lista di controllo.
- Utilizzare utensili da taglio abrasivi.
- Utilizzare liberamente un refrigerante solubile in acqua.
- Cercare di mantenere una tolleranza da media a bassa.
- Sviluppare in anticipo un piano di sbavatura.
1.2 Applicazioni della lavorazione PEEK
Il PEEK è un materiale che può essere utilizzato per una varietà di scopi, alcuni dei quali possono essere lavorati in modo più efficace dal CNC rispetto ad altri metodi di produzione. La plastica PEEK, disponibile sia in qualità medica che industriale, viene utilizzata nei settori dentale, sanitario, aerospaziale, automobilistico, chimico, elettronico ed energetico.
Suggerimenti per la lavorazione del PEEK
È necessario seguire procedure importanti prima, durante e dopo la lavorazione per fornire risultati ottimali.
- Ricottura.
Le aste in PEEK sono sottoposte a una procedura di ricottura per rilasciare la tensione e ridurre la possibilità di deformazioni e fratture superficiali durante la fresatura. Il PEEK ricotto ha meno probabilità di distorcersi. A seconda della durata del processo di lavorazione, potrebbero essere necessari più processi di ricottura.
- dispositivi di taglio.
Il PEEK può spesso essere lavorato utilizzando utensili da taglio in carburo di silicio. Gli utensili diamantati dovrebbero essere utilizzati se il PEEK ha un rinforzo in fibra di carbonio o se sono necessarie tolleranze estremamente strette.
Inoltre, è possibile prevenire la contaminazione evitando di utilizzare gli strumenti da taglio anche sui metalli.
- asciutto o liscio
Per evitare deformazioni o rotture durante la lavorazione, poiché il PEEK non disperde il calore, è necessario raffreddarlo. Ad esempio, nella lavorazione di dispositivi medicali, si può utilizzare un normale liquido refrigerante; tuttavia, in tal caso, è necessario il raffreddamento ad aria compressa del materiale PEEK. Questo perché il liquido refrigerante potrebbe compromettere la biocompatibilità del PEEK.
- Foratura.
Il PEEK ha un allungamento minore rispetto ad altri polimeri, il che potrebbe portare a fratture quando vengono praticati fori profondi.
- Utilizzare parametri di lavorazione appropriati.
Utilizzare i parametri di lavorazione corretti durante le operazioni di foratura, fresatura e tornitura è importante se si desidera produrre componenti in PEEK senza problemi.
1.3 Applicazioni della lavorazione del Delrin
I componenti lavorabili in Delrin sono ampiamente utilizzati in una varietà di officine meccaniche CNC, compresa l'elettronica di consumo. Delrin è spesso utilizzato nelle seguenti applicazioni di elaborazione:
Ingranaggi, alloggiamenti, molle, giranti, valvole, cuscinetti, rulli e raschiatori possono essere tutti realizzati in delrin.
Cuscinetti
Tra i componenti Delrin utilizzati nelle applicazioni elettroniche vi sono isolanti, connettori, bobine e connessioni, nonché parti per l'elettronica di consumo come le coperture delle tastiere.
I sistemi di chiusura delle porte, l'alloggiamento incernierato e le unità del trasmettitore del carburante sono tutte parti del veicolo realizzate in Delrin.
Inalatori, penne per insulina e attrezzature mediche fanno parte delle forniture mediche Delrin.
sono presenti sia una suturatrice chirurgica che un plettro per chitarra.
Suggerimenti per la lavorazione del Delrin
Il Delrin non ha bisogno di prendere precauzioni di sicurezza estreme perché è uno dei polimeri più adatti alla lavorazione. Tuttavia, alcuni fattori di progettazione e tecniche di produzione funzionano meglio su di esso rispetto ad altri.
- Design specifico per Delrin.
Cercare di mantenere spessori di parete costanti durante la progettazione di articoli per la lavorazione del Delrin e includere raccordi e nervature ove appropriato. I componenti di grandi dimensioni potrebbero essere più soggetti a deformazioni.
- Il Delrin deve essere conservato separatamente.
L'utilizzo di utensili da taglio che non sono mai stati utilizzati per tagliare l'alluminio o altri metalli è il modo migliore per prevenire la contaminazione.
- Sii attento.
Il Delrin può essere lavorato in modo più efficace utilizzando utensili da taglio affilati e con angolo di spoglia elevato; Anche l'uso di lubrificante da taglio può essere utile.
- non troppo stretto.
Poiché il Delrin non è particolarmente rigido, si deve fare attenzione durante il serraggio. Utilizzare costantemente pressioni di serraggio leggere.
- Rimanere calmo.
Il Delrin è vulnerabile alle fonti di calore superiori a 121°C. Oltre a offrire prestazioni migliori rispetto ai refrigeranti liquidi, i refrigeranti a base di aria accelerano la rimozione dei trucioli.
- Mantenere lo strumento in ordine.
Il Delrin lavorato produce trucioli controllabili e uniformi; la rimozione dei trucioli deve essere rapida per evitare un accumulo appiccicoso sull'utensile.
2.0 Conclusione
Numerosi articoli commerciali e per la casa sono realizzati con polimeri plastici. Per alcuni articoli, è richiesto un elevato grado di precisione, accuratezza, tolleranze ristrette, ecc. Per questo motivo, la lavorazione CNC della plastica è una soluzione popolare per molte persone che desiderano utilizzare polimeri plastici di alta qualità e di lunga durata.
