Pendahuluan: Sistem kekerasan pantai pada bahan fleksibel
TPU (poliuretan termoplastik) adalah bahan fleksibel yang paling banyak digunakan dalam pencetakan 3D FDM. Karakteristik intinya adalah rentang kekerasan yang dapat disesuaikan dan elastisitas yang sangat baik. Shore Hardness merupakan standar pengukuran kekerasan material fleksibel dan dibagi menjadi dua skala: Shore A (untuk karet lunak) dan Shore D (untuk karet keras). Kisaran kekerasan bahan TPU untuk pencetakan FDM biasanya 60A-95A (Shore A), mencakup rentang yang luas dari "karet lunak" hingga "sol keras". Untuk setiap peningkatan kekerasan Shore sebesar 5A, kekakuan material meningkat sekitar 15-20%, dan modulus elastisitas meningkat sebesar 20-30%. Memilih kekerasan yang sesuai adalah langkah pertama dalam mendesain komponen elastis, yang secara langsung menentukan sifat utama seperti penyegelan, bantalan, dan ketahanan aus pada komponen.
Perbandingan kinerja TPU dengan kekerasan berbeda
Shore 60A-70A (TPU lembut): Terasa lembut, mirip dengan penghapus atau silikon lembut. Perpanjangan putus 500-700%, modulus elastisitas 2-5 MPa, dan deformasi permanen tekan besar (20-30%). Cocok untuk pembuatan segel lembut, bantalan penyerap guncangan, engsel lembut, dan selongsong pelindung fleksibel. Kerugiannya adalah ketahanan aus yang buruk dan ketahanan sobek yang rendah. Shore 80A-85A (TPU dengan kekerasan sedang): Nuansa sedang, mirip dengan ban mobil atau sol sepatu olahraga. Perpanjangan putus 400-600%, modulus elastisitas 10-20 MPa, dan deformasi permanen tekan 15-20%. Ini adalah rentang kekerasan yang paling banyak digunakan dan cocok untuk pembuatan cincin penyegel, peredam kejut, suku cadang tahan aus, dan gesper elastis. Keseimbangan kinerja secara keseluruhan. Shore 90A-95A (TPU semi-kaku): Terasa keras, mirip dengan sol keras atau plastik rekayasa. Perpanjangan putus 200-400%, modulus elastisitas 30-60 MPa, dan deformasi permanen tekan 10-15%. Cocok untuk pembuatan segel kaku, engsel teknik, roda gigi tahan aus, dan braket semi-kaku. Ini mendekati kinerja plastik rekayasa dan tetap mempertahankan elastisitasnya. Kekerasan TPU di atas Shore 95A mendekati kekerasan plastik keras, dan keunggulan elastisitasnya melemah. Bahan kaku seperti nilon atau ABS biasanya digunakan sebagai gantinya.
Desain cincin penyegel dan pemilihan kekerasan
Cincin penyegel adalah salah satu aplikasi pencetakan TPU yang paling umum. Prinsip pemilihan kekerasan: Segel statis (seperti cincin-O dan gasket) dapat memilih kekerasan yang lebih lembut (70A-80A), yang dapat mencapai penyegelan dengan sedikit kompresi; segel dinamis (seperti segel piston, segel putar) perlu memilih kekerasan sedang (85A-90A) untuk menyeimbangkan penyegelan dan ketahanan aus; segel bertekanan tinggi (seperti sistem hidrolik) perlu memilih kekerasan yang lebih keras (90A-95A) untuk menghindari deformasi berlebihan yang menyebabkan kegagalan segel. Poin desain: Bentuk penampang cincin penyegel direkomendasikan berbentuk lingkaran (berbentuk O) atau persegi panjang (paking datar) untuk menghindari konsentrasi tegangan yang disebabkan oleh bentuk yang rumit; ukuran alur penyegel perlu dihitung secara akurat, dan kompresi cincin penyegel biasanya 10-25%; arah pencetakan merekomendasikan agar permukaan penyegelan tegak lurus dengan arah butiran lapisan untuk menghindari kebocoran yang disebabkan oleh pemisahan antar lapisan; permukaan penyegelan dapat dilapisi dengan minyak silikon atau gemuk untuk mengurangi gesekan dan memperpanjang umur. Kasus: Sebuah perusahaan silinder hidrolik menggunakan TPU 85A untuk mencetak segel piston untuk menggantikan bagian cetakan injeksi karet nitril asli. Biaya berkurang 70% dan siklus pengiriman dipersingkat dari 2 minggu menjadi 1 hari.
Desain bantalan penyerap goncangan dan kinerja bantalan
Desain bantalan penyerap goncangan perlu mempertimbangkan faktor-faktor seperti penyerapan energi benturan, kecepatan pantulan, umur kelelahan, dll. Prinsip pemilihan kekerasan: Untuk lingkungan getaran frekuensi tinggi (seperti basis motor), pilih kekerasan yang lebih keras (85A-90A) untuk memberikan dukungan yang cukup kaku; untuk lingkungan benturan frekuensi rendah (seperti bantalan penyangga), pilih kekerasan yang lebih lembut (70A-80A) untuk memberikan penyerapan energi yang lebih baik; Alat berat (seperti pangkalan peralatan mesin) memerlukan desain multi-lapisan: TPU 90A-95A digunakan sebagai lapisan bawah untuk memberikan dukungan, dan 80A-85A digunakan untuk lapisan tengah TPU yang menyerap benturan, dan lapisan permukaan menggunakan TPU 70A-75A untuk melindungi tanah. Desain geometris: Bantalan peredam kejut biasanya didesain berbentuk silinder atau prisma, dengan ketebalan dinding 8-15 mm. Ketebalan dinding yang disarankan adalah 8-15 mm. Jika terlalu tipis maka efek penyerapan goncangannya buruk, dan jika terlalu tebal maka stabilitasnya tidak mencukupi. Struktur sarang lebah atau struktur berongga dapat dirancang secara internal untuk meningkatkan jumlah kompresi dan mengurangi kekakuan. Permukaannya dapat didesain dengan tekstur anti selip (seperti pola berlian dan pola bergelombang) untuk meningkatkan gesekan dan mencegah perpindahan. Uji kinerja: Direkomendasikan untuk menguji deformasi permanen kompresi menurut standar ISO 4652 (harus 100.000 siklus).
Parameter utama untuk pencetakan FDM pada TPU
Pencetakan TPU lebih sulit. Tantangan utamanya adalah kelembutan bahan menyebabkan pengumpanan kawat yang buruk dan penyumbatan nosel. Persyaratan peralatan: Disarankan untuk menggunakan ekstruder Bowden atau ekstruder penggerak langsung. Penggerak langsung lebih cocok untuk TPU lunak (5000 jam. Kasus 3: Sebuah perusahaan peralatan olahraga menggunakan TPU 90A untuk mencetak bantalan penyerap guncangan treadmill untuk menggantikan bantalan karet asli. Efek penyerap goncangan meningkat sebesar 15% dan bobot berkurang sebesar 30%. Kasus 4: Sebuah perusahaan mainan menggunakan TPU 65A untuk mencetak sambungan boneka lembut guna mencapai pencetakan terintegrasi pada engsel bergerak, sehingga mengurangi waktu perakitan sebesar 80%. Saran desain: Ketebalan dinding bagian TPU harus seragam untuk menghindari konsentrasi tegangan yang disebabkan oleh perubahan mendadak; desain gesper perlu mempertimbangkan pemulihan elastis material, dan jumlah pramuat disarankan 15-25%; disarankan untuk menggunakan perekat atau perekat interferensi (seperti sianoakrilat) untuk menyambungkan TPU ke bahan lain, karena efek sambungan berulir buruk.
Kirimkan model, gambar, gambar teknis atau catatan tertulis. Insinyur akan meninjau material, proses, finishing dan pengiriman berdasarkan penggunaan aktual.