Inleiding: Shore-hardheidssysteem van flexibele materialen
TPU (thermoplastisch polyurethaan) is het meest gebruikte flexibele materiaal bij FDM 3D-printen. De kernkenmerken zijn het instelbare hardheidsbereik en de uitstekende elasticiteit. Shore Hardheid is een standaard voor het meten van de hardheid van flexibele materialen en is onderverdeeld in twee schalen: Shore A (voor zacht rubber) en Shore D (voor hard rubber). Het hardheidsbereik van TPU-materialen voor FDM-printen is gewoonlijk 60A-95A (Shore A), wat een breed bereik bestrijkt van "zacht rubber" tot "harde zool". Voor elke 5A toename van de Shore-hardheid neemt de materiaalstijfheid met ongeveer 15-20% toe en neemt de elasticiteitsmodulus met 20-30% toe. Het kiezen van de juiste hardheid is de eerste stap bij het ontwerpen van elastische onderdelen, die direct de belangrijkste eigenschappen bepaalt, zoals afdichting, demping en slijtvastheid van de onderdelen.
Prestatievergelijking van TPU met verschillende hardheden
Shore 60A-70A (zachte TPU): Het voelt zacht aan, vergelijkbaar met een gum of zachte siliconen. De rek bij breuk is 500-700%, de elastische modulus is 2-5 MPa en de permanente vervorming bij compressie is groot (20-30%). Geschikt voor het vervaardigen van zachte afdichtingen, schokabsorberende kussens, zachte scharnieren en flexibele beschermhoezen. De nadelen zijn een slechte slijtvastheid en een lage scheurweerstand. Shore 80A-85A (TPU met gemiddelde hardheid): Medium gevoel, vergelijkbaar met autobanden of sportschoenzolen. De rek bij breuk is 400-600%, de elastische modulus is 10-20 MPa en de permanente vervorming bij compressie is 15-20%. Dit is het meest gebruikte hardheidsbereik en is geschikt voor de productie van afdichtringen, schokdempers, slijtvaste onderdelen en elastische gespen. Algehele prestatiebalans. Shore 90A-95A (semi-stijve TPU): Het voelt hard aan, vergelijkbaar met harde zolen of technische kunststoffen. De rek bij breuk is 200-400%, de elastische modulus is 30-60 MPa en de permanente vervorming bij compressie is 10-15%. Geschikt voor de productie van stijve afdichtingen, technische scharnieren, slijtvaste tandwielen en halfstijve beugels. Het komt dicht in de buurt van de prestaties van technische kunststoffen en behoudt nog steeds de elasticiteit. De hardheid van TPU boven Shore 95A ligt dicht bij die van hard plastic en het elasticiteitsvoordeel is verzwakt. In plaats daarvan worden meestal stijve materialen zoals nylon of ABS gebruikt.
Ontwerp en hardheid van afdichtingsringen
Afdichtingsringen zijn een van de meest typische toepassingen van TPU-printen. Principe van hardheidsselectie: Statische afdichtingen (zoals O-ringen en pakkingen) kunnen een zachtere hardheid kiezen (70A-80A), waardoor afdichting kan worden bereikt onder een kleine hoeveelheid compressie; dynamische afdichtingen (zoals zuigerafdichtingen, roterende afdichtingen) moeten een gemiddelde hardheid (85A-90A) kiezen om de afdichting en slijtvastheid in evenwicht te brengen; hogedrukafdichtingen (zoals hydraulische systemen) moeten een hardere hardheid (90A-95A) kiezen om overmatige vervorming te voorkomen die tot defecten aan de afdichting kan leiden. Ontwerppunten: Het wordt aanbevolen dat de dwarsdoorsnede van de afdichtring rond (O-vormig) of rechthoekig (vlakke pakking) is om spanningsconcentratie veroorzaakt door complexe vormen te voorkomen; de grootte van de afdichtgroef moet nauwkeurig worden berekend en de compressie van de afdichtring is gewoonlijk 10-25%; de printrichting beveelt aan dat het afdichtingsoppervlak loodrecht staat op de richting van de laagkorrel om lekkage veroorzaakt door scheiding tussen lagen te voorkomen; het afdichtingsoppervlak kan worden gecoat met siliconenolie of vet om wrijving te verminderen en de levensduur te verlengen. Case: Een fabrikant van hydraulische cilinders gebruikte 85A TPU om zuigerafdichtingen te printen ter vervanging van originele spuitgietonderdelen van nitrilrubber. De kosten werden met 70% verlaagd en de leveringscyclus werd verkort van 2 weken naar 1 dag.
Schokabsorberend kussenontwerp en dempingsprestaties
Bij het ontwerp van schokabsorberende pads moet rekening worden gehouden met factoren zoals impactenergieabsorptie, reboundsnelheid, levensduur tegen vermoeidheid, enz. Hardheidsselectieprincipe: Voor hoogfrequente trillingsomgevingen (zoals motorbases), kies een hardere hardheid (85A-90A) om voldoende stijve ondersteuning te bieden; voor laagfrequente impactomgevingen (zoals bufferpads) kiest u een zachtere hardheid (70A-80A) voor een betere energieabsorptie; Zwaar materieel (zoals de basis van werktuigmachines) vereist een meerlaags ontwerp: 90A-95A TPU wordt gebruikt voor de onderste laag om ondersteuning te bieden, en 80A-85A wordt gebruikt voor de middelste laag TPU die schokken absorbeert, en de oppervlaktelaag gebruikt 70A-75A TPU om de grond te beschermen. Geometrisch ontwerp: Schokabsorberende pads zijn meestal ontworpen in een cilindrische of prismavorm, met een wanddikte van 8-15 mm. De aanbevolen wanddikte is 8-15 mm. Als het te dun is, zal het schokabsorptie-effect slecht zijn, en als het te dik is, zal de stabiliteit onvoldoende zijn. Een honingraatstructuur of een holle structuur kan intern worden ontworpen om de hoeveelheid compressie te vergroten en de stijfheid te verminderen. Het oppervlak kan worden ontworpen met antisliptexturen (zoals ruitpatronen en golfpatronen) om de wrijving te vergroten en verplaatsing te voorkomen. Prestatietest: Het wordt aanbevolen om de permanente vervorming door compressie te testen volgens de ISO 4652-norm (moet 100.000 cycli zijn).
Belangrijkste parameters voor FDM-printen van TPU
TPU-printen is moeilijker. De grootste uitdaging is dat de zachtheid van het materiaal een slechte draadaanvoer en verstopping van de spuitmonden veroorzaakt. Apparatuurvereisten: Het wordt aanbevolen om een Bowden-extruder of een direct drive-extruder te gebruiken. Directe aandrijving is meer geschikt voor zachte TPU (5000 uur. Geval 3: Een bedrijf in sportartikelen gebruikt 90A TPU om schokabsorberende pads voor loopbanden te printen ter vervanging van de originele rubberen pads. De schokabsorberende werking wordt met 15% vergroot en het gewicht met 30% verminderd. Geval 4: Een speelgoedbedrijf gebruikt 65A TPU om zachte poppengewrichten te printen om een geïntegreerd printen van beweegbare scharnieren te realiseren, waardoor de montagetijd met 80% wordt verkort. Ontwerpsuggesties: De wanddikte van TPU-onderdelen moet uniform zijn om spanningsconcentratie veroorzaakt door plotselinge veranderingen te voorkomen; bij het ontwerp van de gesp moet rekening worden gehouden met het elastische herstel van het materiaal, en de voorspanning wordt aanbevolen op 15-25%; het wordt aanbevolen om een perspassing of lijm (zoals cyanoacrylaat) te gebruiken om TPU met andere materialen te verbinden, omdat het schroefdraadverbindingseffect slecht is.
Dien een model, tekening, afbeelding of schriftelijke notities in. Ingenieurs beoordelen materiaal, proces, afwerking en levering op basis van daadwerkelijk gebruik.