Forma wtryskowa do tworzyw sztucznych: z czego wynika koszt

Forma wtryskowa to narzędzie na miarę, obrobione do jednej konkretnej części. Jej koszt dolicza się do ceny każdej wtryśniętej części: cena części = koszt formy ÷ łączna ilość + koszt wtrysku na część, przy czym ten ostatni obejmuje czas cyklu na wtryskarce, materiał, wykończenia, kontrolę i pakowanie. Forma to inwestycja początkowa, często największa pozycja projektu z zakresu przetwórstwa tworzyw sztucznych.

Forma składa się z dwóch półform: stałej, od strony dyszy wtryskarki, i ruchomej, od strony wypychania. Między nimi gniazdo nadaje kształt części; wypychacze wypychają ją z formy, a obiegi chłodzące odprowadzają ciepło. Po obróbce forma jest próbowana na wtryskarce, poprawiana, a następnie zatwierdzana: należy przewidzieć co najmniej jedną pętlę poprawek, która ma swój koszt i czas.

Orientacyjnie forma kosztuje od kilku tysięcy euro za małe, proste oprzyrządowanie do kilkudziesięciu tysięcy euro, a nawet więcej, za stalową formę wielogniazdową z suwakami i gorącymi kanałami. Czas wykonania podąża tą samą logiką: od kilku tygodni do kilku miesięcy, łącznie z próbami i poprawkami. Te rzędy wielkości nie zastępują wyceny: doprecyzować je mogą tylko część, materiał i planowany wolumen.

Tabela porządkuje czynniki wpływające na cenę narzędzia; kolejne sekcje omawiają te najdroższe.

Liczba gniazd

Forma wielogniazdowa wytwarza kilka części w każdym cyklu: koszt wtrysku na część spada, ale narzędzie jest droższe i wymaga wtryskarki o większej sile zamykania. Przy skromnym wolumenie prawie zawsze wystarcza jedno gniazdo; forma wielogniazdowa jest uzasadniona wysokimi wolumenami rocznymi.

Stal czy aluminium

Stal, wstępnie ulepszona lub hartowana w zależności od zakładanej trwałości, wytrzymuje długie serie i materiały wypełnione włóknem szklanym, które są ścierne. Aluminium szybko się obrabia, dobrze odprowadza ciepło i jest tańsze: nadaje się do prototypów i małych serii, ale ma krótszą trwałość, od kilkuset do kilku tysięcy sztuk, czasem więcej w przypadku prostej części z materiału bez wypełniaczy. Klasyfikacja SPI, powszechny punkt odniesienia, sięga od klasy 105 (prototyp, kilkaset cykli) do klasy 101 (ponad milion cykli).

Trwałość

Proszę przekazać narzędziowni łączne wolumeny w całym cyklu życia produktu: wpływają one na wybór stali, obróbek i elementów ulegających zużyciu. Forma przewymiarowana kosztuje niepotrzebnie dużo; forma niedowymiarowana zużywa się przed końcem serii. Wybór stali wpływa też na poprawki: stal hartowaną modyfikuje się trudniej niż wstępnie ulepszoną, co podraża korekty po próbach.

Forma otwiera się w jednym kierunku. Każdy kształt, który uniemożliwia wyjęcie części w tej osi (otwór boczny, wycięcie, hak, gwint), jest podcięciem. Aby je uwolnić, narzędziowiec dodaje suwak (rdzeń przesuwny), skośny popychacz lub mechanizm wykręcający: to kolejne części do obróbki, dopasowania, prowadzenia i konserwacji, a często także dłuższy cykl. Każdy suwak zostawia ponadto widoczną linię podziału na części.

Zanim zapłacą Państwo za suwak, warto zapytać przetwórcę, czy kształt można zmienić: skierować otwór w osi otwierania formy, zastąpić zamknięty otwór otwartym wycięciem, przesunąć zatrzask. Pochylenie, czyli nachylenie ścianek w kierunku wyjmowania, to podstawowa zasada: zwykle stosuje się około 1° do 2°, więcej na powierzchniach teksturowanych. Bez niego część się zakleszcza lub rysuje.

Materiał dociera do gniazda kanałami. W zimnych kanałach krzepnie w nich i jest wyrzucany razem z częścią: narzędzie jest prostsze i tańsze, ale wlew i kanały to strata materiału, w niektórych przypadkach mielona i ponownie wykorzystywana, w innych wyrzucana. W gorących kanałach podgrzewany blok utrzymuje materiał w stanie płynnym aż do gniazda: znikają odpady z kanałów, a czasem cykl jest krótszy, ale system to wyposażenie, które trzeba kupić, regulować i konserwować.

Gorące kanały uzasadnione są przede wszystkim przy dużych wolumenach, drogich żywicach i formach wielogniazdowych. Przy małej serii zimne kanały zazwyczaj pozostają właściwym wyborem. Materiały wrażliwe na ciepło i częste zmiany koloru utrudniają stosowanie gorących kanałów.

Poniższy przykład jest fikcyjny: ilustruje mechanizm, a nie stawkę. Założenia: forma za 12 000 € i koszt wtrysku 0,60 € na część (cykl, materiał, pakowanie).

Aby porównać z inną metodą, należy podzielić koszt formy przez oszczędność uzyskaną na każdej części. Gdyby w tym fikcyjnym przykładzie część drukowana w 3D kosztowała 8 €, oszczędność wyniosłaby 7,40 € na część, a forma zamortyzowałaby się po około 1 600 sztukach. Trzeba też przewidzieć konserwację (czyszczenie, wymiana wypychaczy i uszczelek, polerowanie), która jest rozliczana w czasie życia formy. Wreszcie należy na piśmie ustalić, kto jest właścicielem formy, kto ją konserwuje i ubezpiecza, gdzie jest przechowywana i jak można ją odzyskać: zob. ochrona rysunków i oprzyrządowania.

Istnieją też wkładki formy drukowane w 3D do bardzo małych serii, z ograniczeniami dotyczącymi materiału, ciśnienia wtrysku i trwałości. Zatwierdzony prototyp z materiału zbliżonego do seryjnego potwierdza kształt i montaż, ale nie zachowanie we wtrysku (skurcz, linie spawania, odkształcenia): pokazuje to tylko forma. Zob. od prototypu do serii, druk 3D czy obróbka CNC oraz wybór technicznego tworzywa sztucznego.

• Model 3D (STEP) oraz rysunek z wymiarami funkcjonalnymi i tolerancjami.
• Materiał: oznaczenie, zawartość włókien, kolor (RAL lub Pantone), szczególne wymagania (kontakt z żywnością, odporność na ogień, UV).
• Wolumeny: ilość na jedno uruchomienie, wolumen roczny i czas życia produktu, ponieważ od nich zależy wymiarowanie formy.
• Wygląd: ściany widoczne, polerowanie, tekstura, znakowanie.
• Forma: właściciel, konserwacja, przechowywanie, zwrot.
• Próby: oczekiwana liczba próbek i kryteria odbioru formy (wymiary, wygląd).
• Dwie pozycje ceny: forma, koszt jednorazowy, oraz część w progach ilościowych, z terminami wykonania formy, a następnie pierwszych części.

W Meaflow dodanie zapytania jest bezpłatne i bez prowizji: przetwórcy tworzyw mogą przesłać Państwu ofertę wraz z formą, którą porównacie, zanim zaczniecie rozmowę przez komunikator. Przy małych seriach warto też sprawdzić druk 3D, obróbkę CNC i hasło słownika o wtrysku tworzyw sztucznych.