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CAD系统的出现，加法制造,数控加工已使复杂零件的设计和制造几乎成为常规。如今，工程师们被要求设计可能暴露在许多不同因素下的部件，包括极端天气、化学物质、体液、高压力/高负荷、冲击，以及其他可能影响产品设计方式的因素和情况。实现这种先进的产品设计注塑，通常需要先进的材料。
在本指南中，我们将向您介绍各种材料选择的制造和工业设计考虑，并为不同的产品设计目标提供材料建议，包括用于坚固部件的玻璃和纤维填充材料，以及用于柔性部件的硅酮和聚氨酯材料。
如何实现更强的零件:常见类型的填充物
玻璃纤维
提高塑料材料力学性能最常见的方法是添加玻璃纤维。玻璃纤维改善了材料的结构性能强度和刚度它们减少了零件的收缩。它们相对便宜，可以添加到大多数塑料中，填充玻璃的树脂可以有不同的颜色。
缺点是玻璃纤维会使零件脆性降低冲击强度。玻璃纤维还降低了模具的寿命和对成型机筒体和喷嘴的磨损。玻璃填充树脂也会提高材料的粘度，使模具更难填充。
碳纤维
碳纤维填料可以改善塑料材料的力学性能。碳填充塑料零件与玻璃填充塑料有相似的机械性能，但导致更坚固和更轻的零件。碳纤维具有导电性，因此充碳部件具有更好的电磁屏蔽性能。甚至比玻璃纤维，碳纤维改善结构性能，如强度和刚度，并减少收缩的部分。
碳填充件的主要缺点是价格昂贵，并且像玻璃纤维一样，碳纤维会使件脆性降低冲击强度;降低模具寿命，对成型机筒体和喷嘴造成磨损。碳纤维也会提高材料的粘度，使模具更难填充。记住，对于碳填充材料，部分颜色将仅限于黑色。有些树脂还需要有非常高的模具温度，这可能需要昂贵的辅助设备。
纤维填充件的工装设计
当玻璃或碳纤维与树脂复合时，塑料的弹性模量和抗拉强度将显著提高，因此塑料部分感觉刚性。这意味着，如果重物重重地落在塑料部件上，它不会轻易变形。
然而，冲击强度会降低，塑料会感到脆。流动性较低，流动方向的收缩小于垂直于流动方向的收缩。
在模具设计中，很难根据浇口处的塑料流动方向来设定收缩率。CAD软件只允许用户按X、Y、Z方向设置收缩。这意味着如果零件尺寸大，公差紧，可能会有一些尺寸超出公差。
解决办法是留下比所需更多的模具钢，使模具钢安全。一旦零件被测量，很容易从模具上移除模具钢通过数控或beplay sports ，但很难在模具上加钢。要做到这一点，你需要焊接模具，然后去除钢，使用数控或电火花。此外，焊接会导致模具变形，这对模具寿命或零件质量不利。
对于模具的进一步修改，如果塑料零件尺寸超差，需要从模具上移除或添加一些模具钢来改变模具的形状或尺寸。为了避免这一步，数控铝测试模具提供了一种快速、廉价的方法来制作模具，获取塑料零件样品，并将塑料零件的关键尺寸与打印件进行比较。如果有任何关键尺寸超差，你需要在生产模具上做相应的更改(生产模具在测试模具后再做)。测试模具的目的是找出哪些尺寸会超出公差，以及哪些关键功能按照设计工作。一旦你弄清楚不同流动方向的不同收缩如何影响尺寸，你就可以在制作硬模具时调整3D模型。
填充材料会比未填充的塑料更快地磨损模具，所以当使用这些材料时，你必须使用淬硬钢来制作模具的芯腔和镶件。HDT(热变形温度)也会更高，所以材料可以在更高的温度环境中使用。这增加了超声波焊接的难度。
在某些情况下，纤维会浮在可以看得见的塑料件表面，所以大部分填充的塑料件都是用在内部零件上。为了避免这种情况，模具的型腔可以有纹理。
如何实现柔性零件:聚氨酯(PU)还是硅酮
聚氨酯(PU)和硅酮材料提供了不同的方法来实现柔软的部分。PU使用压缩成型和RTV模具，而硅酮和TPU使用注射成型。硅胶的主要缺点是有闪光，当闪光被切割或修整时，总会有残留。此外，当硅注塑成型时，模具必须加热，而不是传统的加热材料的过程。注塑成型的TPU更容易加工，同时提供类似硅的性能。
聚氨酯(PU)
聚氨酯(PU)分为热固性PU (PU)和热塑性PU (TPE)两大类。两者的主要区别是热固性材料在加工时会交联，不能再次使用。热塑性聚氨酯，另一方面，可以回收和再利用。您可以了解更多关于热固性和热塑性材料在这里．
热固性PU主要用于制作原型，通过一种叫做聚氨酯浇注或室温硫化(RTV)。聚氨酯铸件使用了一个主部件，它被液态硅弹性材料覆盖，在室温下会变硬。一旦硅变硬，母版就被移除，结果就是一个柔软、灵活的模具，可以生产母版的副本。
用这种工艺制作的零件可以在30A-85D之间。在聚氨酯铸造过程中，毛边是不可避免的。通常情况下，如果零件是硬塑料，可以手工修整毛边，而疤痕可以用砂纸打磨，所以不太明显。但是当零件像PU一样柔软时，闪光就不那么容易去除了。PU具有比热塑性弹性体(TPE)和聚氯乙烯(PVC)更好的耐磨性，所以它可以用来制作脚轮和鞋底。
热塑性PU零件可注塑成型，分型线非常精确(无毛边)。热塑性PU的硬度范围为65A ~ 85D，因此树脂可以软如橡胶，硬如塑料。热塑性聚氨酯通常用于过度成型，例如制造电子线路的插孔。用热塑性PU材料制成的电线比用PVC或TPE制成的电线有更好的弹性和弯曲试验结果。
硅胶
硅树脂为热固性树脂，具有良好的耐热性和耐候性。硅酮部件有三种制造方法:室温铸造、压缩成型或液体硅酮注射。硅树脂不能再加工或回收。
制造灵活的部分
如上所述，聚氨酯铸造是使用软材料制作原型最常用的方法。硬度在Shore A 40-50左右。然而，只有有限数量的样品可以从聚氨酯铸造模具。
压缩成型通常用于批量生产普通硅酮部件。毛边不可避免，必须手工修剪。客户仍然可以看到一个疤痕，其厚度从大多数热压缩超过0.2毫米。很少有工厂能做到0.1毫米厚。
通常，压缩成型的周期次数是几分钟。模具材料通常是钢，并有许多腔，以提高生产效率。在设计硅胶零件时，不需要遵循肋条与公称壁厚之比小于等于0.6的规则。在大多数情况下，即使有削边，你也不会在工具中使用侧边动作——它可以从工具中手动挑选出来。
液体硅酮注射过程与注射成型非常相似，但不同之处在于模具被加热到高温。通常，交货时间比注射成型要长，而且零件可以像注射成型零件一样详细，这意味着要么没有闪光，要么闪光很薄。
下图为不同硬度的典型样品:
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注射成型的其他材料考虑
流动性(粘度)
在选择材料时，必须考虑材料的流动性。对于非常薄壁的零件或大的零件，流动性是很重要的。
不同类型的树脂流动性不同。一种树脂会有许多不同的等级;例如ABS具有通用级、高流量级和高冲击级。
有许多不同种类的腹肌材料，都具有不同的机械性能和价格。一些类型的ABS是完美的制造零件与高光泽完成;有些类型是制作电镀零件的理想选择;有些具有良好的流动性，可用于制作薄壁零件或大尺寸零件。
一般情况下，对于同一种树脂，不同牌号的流动性越高，其力学性能越低。熔体指数(MI)代表树脂的流动性，可以在可信材料和成分全球搜索引擎上找到，探勘者．流动性好的树脂可以用来制作薄壁塑料件，比如手机的电池壳，或者大的塑料件，比如婴儿浴缸。
流动性好的树脂:LCP, PA, PE, PS, PP。
中等流动性树脂: ABS、AS、PMMA、POM。
流动性差的树脂: PC、PSF、PPO。
机械设计
工程性能的考虑决定了你应该使用什么类型的材料。玻璃填充树脂最适合用于需要耐磨和强度的坚固部件，如电脑外壳、玩具和其他消费品。相反，未填充的材料，如ABS或聚碳酸酯最适合不需要特别强度的化妆部位。聚丙烯或聚乙烯是理想的设计，将用于集装箱或有活动铰链的部件。
尺寸稳定性
在设计一个塑料零件时，你需要考虑一个零件与其他零件匹配的精确程度。为了精确匹配，选择尺寸稳定性好的塑料是很重要的，如PC、ABS或POM。在这种情况下，无论是PA还是PP都不是一个强有力的选择，因为收缩比、强度和灵活性将不利于零件设计，这需要与其他组件的配合。然而，在必须使用PA或PP的情况下，可以在树脂中加入成核剂来提高尺寸稳定性。
冲击强度
冲击强度代表材料的韧性，当冲击强度较低时，材料呈脆性。冲击强度可以在材料的数据表上找到探勘者．
一般情况下，再生塑料的抗冲击强度低于原始树脂。玻璃和碳纤维与树脂复合时，冲击强度较低，载荷强度和磨损强度较高。
当一个新的塑料零件在设计过程中，重要的是要考虑将会有什么样的力加载到零件上，力的大小，力的频率。例如，一个手持电子产品可能会掉下来，所以产品的外壳材料应该是PC或PC/ABS。PC塑料几乎是普通工程塑料中抗冲击强度最高的。
耐气候及紫外线
塑料在户外使用时，塑料部分应具有良好的耐候性和抗紫外线性。ASA是一种耐候性和抗紫外线性好的树脂。其力学性能与ABS相似。
当你必须使用其他类型的树脂时，可以在树脂中加入紫外线稳定剂和耐候剂。然而，任何塑料树脂在使用前都应该进行彻底的测试，以确保它符合产品要求。
温度因素
在选择树脂时，考虑温度也很重要。发动机工作时，发动机壳内的温度在70-90摄氏度左右，所以发动机壳内的所有材料都应该能够承受这个温度。探勘者包括各种树脂的UL黄卡信息，包括长期使用温度。
主要收获
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