Materiał formy dobiera się do technologii, liczby sztuk i wymagań co do dokładności. Forma na jeden prototyp i forma do produkcji setek elementów w podwyższonej temperaturze to zupełnie inne narzędzia. Poniżej porównanie najczęściej stosowanych materiałów na formy do kompozytów.
Formy z laminatu szklanego
Najpopularniejsze formy w produkcji małych i średnich serii. Wykonuje się je z żelkotu narzędziowego i laminatu szklanego na żywicy poliestrowej, winyloestrowej lub epoksydowej (proces opisuje artykuł jak powstaje forma do laminowania). Są stosunkowo tanie, łatwe w naprawie i sprawdzają się w laminowaniu ręcznym i infuzji. Do pracy w wyższych temperaturach potrzebne są żywice narzędziowe o podwyższonej odporności cieplnej.
Formy z włókna węglowego
Wykonywane z prepregów narzędziowych lub laminatu węglowego na żywicy wysokotemperaturowej. Mają bardzo małą rozszerzalność cieplną — zbliżoną do elementów z carbonu — dzięki czemu element i forma „pracują” w temperaturze tak samo. To ważne przy utwardzaniu prepregów i przy elementach o wysokich wymaganiach wymiarowych. Są jednak wyraźnie droższe.
Formy aluminiowe
Frezowane CNC, bardzo dokładne i trwałe, dobrze przewodzą ciepło — elementy szybciej się nagrzewają i stygną. Aluminium ma jednak dużą rozszerzalność cieplną, znacznie większą niż laminat węglowy. Przy utwardzaniu w podwyższonej temperaturze trzeba to uwzględnić już w projekcie formy, inaczej wymiary elementu po ostygnięciu będą się różnić.
Formy stalowe
Stosowane głównie w prasowaniu na gorąco i produkcji wielkoseryjnej (np. SMC). Bardzo trwałe, ale drogie i ciężkie — opłacają się przy dużych seriach.
Formy z MDF lub bloków modelarskich
Model frezowany z MDF lub bloku modelarskiego, uszczelniony i zabezpieczony, może bezpośrednio posłużyć jako forma. To szybkie i tanie rozwiązanie na prototyp albo kilka sztuk — ale forma szybciej się zużywa i ma ograniczoną odporność na temperaturę.
Formy silikonowe
Elastyczne formy do małych elementów o złożonych kształtach, z podcięciami, które w sztywnej formie wymagałyby wielu części. Silikon stosuje się też jako elastyczne rdzenie i worki dociskowe wielokrotnego użytku.
Formy drukowane 3D
Druk 3D pozwala szybko wykonać formę do prototypu bez frezowania. Wydruk wymaga jednak starannego wykończenia i uszczelnienia powierzchni, a zwykłe tworzywa mają ograniczoną odporność na temperaturę i próżnię. To dobre rozwiązanie na etapie prób, rzadziej na produkcję.
Porównanie materiałów na formy
| Materiał | Koszt | Trwałość | Odporność na temperaturę | Typowe zastosowanie |
|---|---|---|---|---|
| Laminat szklany | niski–średni | dobra | zależna od żywicy | laminowanie ręczne, infuzja, małe i średnie serie |
| Laminat węglowy | wysoki | dobra | wysoka | prepregi, elementy precyzyjne |
| Aluminium | wysoki | bardzo dobra | wysoka | precyzyjne elementy, prepregi, prasowanie |
| Stal | bardzo wysoki | najwyższa | wysoka | prasowanie na gorąco, duże serie |
| MDF / blok modelarski | niski | niska | niska | prototypy, pojedyncze sztuki |
| Silikon | średni | średnia | średnia | małe elementy z podcięciami, rdzenie |
| Druk 3D | niski | niska | zależna od tworzywa | prototypy, próby |
Jak wybrać materiał formy?
- Technologia — w jakiej temperaturze i pod jakim ciśnieniem będzie pracować forma (porównanie technologii).
- Liczba sztuk — im więcej, tym bardziej opłaca się trwalsza forma.
- Wymagana dokładność — przy elementach precyzyjnych liczy się stabilność wymiarowa i rozszerzalność cieplna formy.
- Budżet i termin — prosta forma na prototyp może powstać szybciej i taniej, a trwałą formę produkcyjną wykonuje się dopiero po zatwierdzeniu kształtu.
Najczęstsze pytania
Jaka forma jest najtańsza?
Przy jednej lub kilku sztukach — forma wykonana bezpośrednio z uszczelnionego MDF, bloku modelarskiego albo wydruku 3D. Przy serii taniej wychodzi trwalsza forma kompozytowa.
Czy do prepregów można użyć formy z laminatu szklanego?
Tylko jeśli została wykonana z żywic narzędziowych przystosowanych do temperatury utwardzania prepregu. Zwykła forma poliestrowa do laminowania na mokro się do tego nie nadaje.
Dlaczego rozszerzalność cieplna formy ma znaczenie?
Bo przy utwardzaniu w podwyższonej temperaturze forma i element zmieniają wymiary. Jeśli robią to w różnym stopniu, element po ostygnięciu może mieć inne wymiary niż zakładano lub naprężenia wewnętrzne.