Ako 3D tlač mení vývoj plastových obalov: Rýchla výroba foriem pre vyfukovanie plastov a vákuové tvarovanie

Výrobcovia fliaš, kanistrov, nádob a tvarovaných obalov dnes bežne čakajú na prvú kovovú prototypovú formu 4 až 8 týždňov a zaplatia za ňu približne od 2 000 do 100 000 USD v závislosti od zložitosti a počtu dutín. Než firma zistí, či nový tvar, hrúbka steny alebo hrdlo fľaše fungujú v prevádzke, uplynie mesiac alebo aj viac, a to ešte predtým, než padne rozhodnutie o konečnej sériovej forme. 3D tlačené rýchle nástroje ponúkajú rovnakú validáciu v priebehu niekoľkých dní, a to s výrazne nižšími nákladmi.

Ako funguje vyfukovanie plastov a vákuové tvarovanie

Vyfukovanie plastov (blow molding) funguje podobne ako nafukovanie balónika vnútri krabice – rozohriata plastová rúrka alebo predlisok (parison, v prípade PET fliaš predlisok) sa vloží do formy a nafúkne sa vzduchom, čím diel presne kopíruje jej tvar. Vákuové tvarovanie (thermoforming) funguje opačne. Rozohriata plastová doska sa podtlakom „prisaje“ k tvaru formy. Používa sa hlavne na obaly, kryty, prepravky a atypické diely na mieru. Klasická výroba foriem z hliníka alebo ocele zvyčajne trvá celé týždne a akákoľvek zmena v dizajne potom celý projekt zbytočne predražuje.

Kde konvenčný proces spomaľuje vývoj obalu

Bez rýchleho výroby nástrojov je zložité v krátkom čase otestovať viacero variantov dizajnu a overiť skutočný materiál, priehľadnosť alebo hrúbku steny. Schvaľovanie dizajnu aj čas uvedenia na trh sa tým zbytočne predlžujú.

Problém vzniká v troch oblastiach:

• pri vývoji obalu, kde sa mení geometria fľaše alebo viečka,
• v nástrojárni, ktorá rozhoduje o prototypovej forme,
• v procesnom inžinierstve, kde sa validujú parametre vyfukovania, hrúbka steny alebo správanie dielu na linke.

Riešenie: vytlačená forma namiesto frézovanej

Namiesto frézovania z kovu sa forma vytlačí na priemyselnej 3D tlačiarni z materiálu, ktorý zvládne teplotu a tlak procesu vyfukovania alebo vákuovania. Pre menšie aplikácie s vysokými nárokmi na detaily, typicky PET fľaše, sa využíva platforma Origin Two – pre vyfukovacie formy sa osvedčila živica P3 Deflect 110, navrhnutá s ohľadom na tuhosť, tepelnú odolnosť a rozmerovú stabilitu, ktoré si opakované zaťaženie formy vyžaduje. Pre väčšie diely a dlhšie série sú vhodné FDM tlačiarne Stratasys, kde sa pre vyfukovacie nástroje osvedčil vysokoteplotný filament PC (polykarbonát). Ten totiž zvládne opakované vystavenie teplote aj tlaku procesu s len minimálnou úpravou štandardného dizajnu formy.

Rýchla výroba nástrojov pritom nenahrádza dodávateľa konečnej sériovej formy – len mu predchádza vo fáze overovania návrhu, ešte skôr, ako si firma objedná drahý presný nástroj.

Čo ukazujú čísla?

• Vyfukovacie formy (DLP Origin/živice): Priemerné skrátenie výroby formy o 85–95 % a úspora nákladov 75–95 %. Umožňuje jednoduchšie revízie dizajnu a možnosť vyfúknuť prototyp z reálneho materiálu (PP, LDPE, HDPE), vrátane priehľadných fliaš.
• Extrúzne vyfukovanie (FDM): Doba realizácie prototypových dielov sa skracuje z týždňov na menej ako päť dní, náklady na nástroje predstavujú tretinu až polovicu ceny prototypovej hliníkovej formy. Jeden výrobca takto vyrobil 800 PET fliaš bez opotrebenia, deformácie alebo zmeny rozmerov formy.
• Pilotná séria a testovanie spotrebiteľov: Pre jedného klienta bolo možné vyrobiť 200 kusov z každého zo štyroch dizajnov počas jedného mesiaca.
• Vakuové tvarovanie: Formy sú vhodné pre funkčné prototypy, pilotnú výrobu aj menšie zákazkové série, orientačne pre desiatky až stovky kusov.

Kde sú hranice tejto technológie

Rapid tooling nie je určený na veľkosériovú výrobu. Orientačne zvládne stovky až niekoľko tisíc kusov na formu v závislosti od materiálu a aplikácie. Je tak ideálny pre prototypy, pilotné série a menšie alebo často sa meniace zákazky. Z realizovaných vývojových projektov vieme, že sa forma po niekoľkých prvých cykloch „zabehne“ a ďalej je stabilná bez zjavných známok opotrebenia.

Pre koho má rapid tooling zmysel

Najviac sa hodí pre výrobcov PET/PE fliaš a vyfukovaných obalov, nástrojárne ponúkajúce vyfukovacie formy na zákazku, firmy spracúvajúce plast vákuovým tvarovaním a značky FMCG či nápojové značky s vlastným vývojom obalov. Typicky je vhodný v prípadoch, keď sa firma zaoberá ekodizajnom, znižovaním hmotnosti obalu alebo prechodom na recyklovaný materiál a pred investíciou do finálnej formy potrebuje overiť nový tvar, hrúbku steny alebo hrdlo fľaše v reálnom procese.

Chcete overiť nový tvar fľaše alebo obalu skôr, ako si objednáte finálnu formu?

Radi vám ukážeme reálnu vzorku 3D-tlačenej vyfukovacej alebo vákuovej formy a preberieme vašu konkrétnu aplikáciu s technikmi spoločnosti 3Dees. Ozvite sa nám, spoločne posúdime, či má rapid tooling zmysel aj pre vašu výrobu. Ďalšiu inšpiráciu nájdete v našich prípadových štúdiách.

Zdroj fotografií: 3Dees Industries