Tổng hợp các loại nhựa hay dùng trong gia công cơ khí chính xác CNC

Giới thiệu

Gia công cơ khí chính xác CNC (Computer Numerical Control) là một phương pháp sản xuất tiên tiến, sử dụng máy móc điều khiển bằng máy tính để loại bỏ vật liệu từ một khối phôi, tạo ra các bộ phận có độ chính xác và phức tạp cao. Trong lĩnh vực này, nhựa ngày càng đóng vai trò quan trọng, trở thành một lựa chọn vật liệu phổ biến bên cạnh kim loại truyền thống. Sự gia tăng này là nhờ vào các đặc tính ưu việt mà nhựa mang lại, bao gồm tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao, khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và tính linh hoạt vượt trội trong thiết kế. Gia công CNC nhựa cho phép các nhà sản xuất tạo ra các bộ phận với dung sai chặt chẽ, tính đồng nhất cao và độ chính xác lặp lại, đáp ứng nhu cầu khắt khe của nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Sự chấp nhận ngày càng tăng của nhựa trong gia công CNC cho thấy một sự thay đổi trong xu hướng lựa chọn vật liệu, hướng tới các vật liệu mang lại lợi ích vượt trội so với kim loại truyền thống, đặc biệt trong các ứng dụng mà trọng lượng và khả năng chống ăn mòn là yếu tố then chốt. Xu hướng này được thúc đẩy bởi những tiến bộ trong công thức nhựa và công nghệ CNC.

Bài viết này cung cấp một cái nhìn tổng quan toàn diện về các loại nhựa thường được sử dụng trong gia công CNC chính xác. Phạm vi của bài viết bao gồm mô tả chi tiết về các đặc tính, ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng của từng loại nhựa, cũng như những lưu ý quan trọng cần thiết khi tiến hành gia công chúng.

Các yếu tố cần xem xét khi lựa chọn nhựa cho gia công CNC chính xác

Việc lựa chọn loại nhựa phù hợp cho gia công CNC chính xác đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng đến nhiều yếu tố khác nhau, đảm bảo rằng vật liệu cuối cùng đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật và hiệu suất của bộ phận được sản xuất. Dưới đây là một số yếu tố chính cần được xem xét:

Tính chất cơ học

Các tính chất cơ học của nhựa đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất và độ bền của các bộ phận được gia công CNC. Các tính chất quan trọng bao gồm độ bền kéo, độ bền uốn, độ bền va đập và độ cứng. Độ bền kéo là thước đo khả năng của vật liệu chịu lực kéo mà không bị đứt. Độ bền uốn, mặt khác, đo lường khả năng của vật liệu chống lại sự uốn cong khi chịu tải. Độ bền va đập là khả năng của vật liệu hấp thụ năng lượng và chống lại sự gãy vỡ khi bị tác động đột ngột. Cuối cùng, độ cứng là khả năng của vật liệu chống lại sự xâm nhập hoặc trầy xước.Các yêu cầu cơ học cụ thể của bộ phận cuối cùng sẽ quyết định các tính chất cần thiết của nhựa. Ví dụ, các bộ phận chịu ứng suất cao sẽ đòi hỏi độ bền kéo cao, trong khi các bộ phận cần chịu được va đập sẽ cần độ bền va đập cao.

Tính chất nhiệt

Tính chất nhiệt của nhựa, chẳng hạn như khả năng chịu nhiệt và nhiệt độ nóng chảy, là những yếu tố quan trọng khác cần xem xét. Khả năng chịu nhiệt là khả năng của vật liệu duy trì các tính chất của nó ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ nóng chảy là nhiệt độ mà tại đó vật liệu chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng. Nhiệt độ hoạt động của ứng dụng là một yếu tố then chốt. Các vật liệu có khả năng chịu nhiệt thấp có thể bị biến dạng hoặc xuống cấp dưới nhiệt độ cao phát sinh trong quá trình gia công hoặc trong ứng dụng cuối cùng.

Khả năng kháng hóa chất

Khả năng kháng hóa chất của nhựa là khả năng của vật liệu chống lại sự ăn mòn hoặc suy giảm khi tiếp xúc với các hóa chất khác nhau. Nếu bộ phận được gia công sẽ tiếp xúc với hóa chất, việc lựa chọn loại nhựa có khả năng kháng hóa chất phù hợp là điều cần thiết để đảm bảo tuổi thọ và chức năng của nó.

Khả năng gia công

Khả năng gia công của nhựa đề cập đến mức độ dễ dàng cắt, phay, tiện hoặc khoan vật liệu. Yêu cầu về dụng cụ cắt và tốc độ cắt khác nhau tùy thuộc vào loại nhựa. Khả năng gia công của nhựa ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả và chi phí của quá trình gia công CNC. Một số loại nhựa dễ gia công hơn, đòi hỏi ít dụng cụ chuyên dụng hơn và cho phép thời gian gia công nhanh hơn.

Chi phí vật liệu

Chi phí của các loại nhựa khác nhau có thể thay đổi đáng kể. Chi phí vật liệu luôn là một yếu tố cần cân nhắc trong sản xuất. Việc cân bằng các tính chất cần thiết với ngân sách thường là điều cần thiết.

Yêu cầu ứng dụng cụ thể

Các yêu cầu cụ thể của ứng dụng cuối cùng cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc lựa chọn nhựa. Các yêu cầu như độ trong suốt, khả năng cách điện hoặc khả năng tương thích sinh học có thể giới hạn sự lựa chọn vật liệu. Mục đích sử dụng của bộ phận cuối cùng thường quyết định các tính chất vật liệu cụ thể phải đáp ứng, thu hẹp các lựa chọn có thể. Ví dụ, cấy ghép y tế đòi hỏi vật liệu tương thích sinh học.

Tổng hợp các loại nhựa hay dùng trong gia công cơ khí chính xác CNC

Nhiều loại nhựa khác nhau có sẵn và phù hợp cho gia công cơ khí chính xác CNC, mỗi loại đều có bộ đặc tính, ưu điểm và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn loại nhựa phù hợp phụ thuộc vào các yêu cầu cụ thể của ứng dụng, bao gồm các yếu tố như tính chất cơ học, khả năng chịu nhiệt, khả năng kháng hóa chất, khả năng gia công và chi phí. Dưới đây là tổng quan về một số loại nhựa phổ biến nhất được sử dụng trong gia công CNC chính xác:

Nhựa ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

ABS là một loại nhựa nhiệt dẻo nhẹ, được biết đến rộng rãi nhờ khả năng chống va đập, độ bền và khả năng gia công cao.Nó là một vật liệu phổ biến để tạo mẫu nhanh do khả năng gia công tuyệt vời.

Đặc tính nổi bật: ABS thể hiện độ bền kéo cao , độ cứng tốt  và khả năng chống va đập ấn tượng. Giá trị độ bền kéo của ABS có thể dao động từ 41 đến 79 MPa , và độ bền uốn nằm trong khoảng từ dưới 50 đến 150 MPa. Độ bền va đập Izod của nó có thể từ 0,712 đến 19,3 ft-lb/in. Về khả năng chịu nhiệt, ABS có độ ổn định nhiệt thấp và sẽ cháy ngay cả sau khi tắt ngọn lửa. Nó thường được sử dụng trong môi trường có nhiệt độ từ -20°C đến 80°C , với nhiệt độ nóng chảy khoảng 105°C. ABS có khả năng kháng tốt với hầu hết các axit và kiềm, hydrocarbon, dầu và chất béo, nhưng nó không kháng được acetone, ether, ethyl benzene, ethyl chloride và ethylene chloride. Nó cũng nhạy cảm với dầu mỡ, rượu và các dung môi hóa học khác.

Ưu điểm khi gia công CNC: ABS có khả năng gia công CNC cao, khiến nó trở thành một vật liệu tạo mẫu nhanh rất phổ biến. Nó dễ dàng được cắt, khoan, gõ và dán.

Nhược điểm khi gia công CNC: ABS có thể bị biến dạng do nhiệt tạo ra từ máy CNC. Nó giải phóng khói nhựa nóng khi chịu nhiệt, do đó cần có hệ thống thông gió thích hợp. Các chuyên gia khuyên dùng chất làm mát không chứa aromatic và tan trong nước khi gia công ABS.

Ứng dụng: Nhờ các đặc tính tuyệt vời và giá cả phải chăng, ABS được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Nó thường được sử dụng để chế tạo các bộ phận như nắp bàn phím, vỏ điện tử và các bộ phận trên bảng điều khiển ô tô. Nó cũng được sử dụng trong sản xuất đồ chơi  và thiết bị gia dụng. ABS là một loại nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật rất phổ biến, được áp dụng trong ngành công nghiệp ô tô, hàng hải và sản xuất.

Ưu điểm: ABS nhẹ, có độ bền cơ học tốt, khả năng gia công cao và giá cả phải chăng. Nó cũng dễ sơn, dán hoặc hàn.

Nhược điểm: Bên cạnh việc giải phóng khói độc khi chịu nhiệt và dễ bị biến dạng do điểm nóng chảy thấp, ABS không bền với hóa chất hoặc mài mòn. Nó cũng không ổn định dưới tác động của tia cực tím.

Sự phổ biến của ABS xuất phát từ sự cân bằng giữa các tính chất cơ học và độ dễ gia công của nó, khiến nó trở thành một vật liệu phù hợp cho việc tạo mẫu và các ứng dụng nhạy cảm về chi phí. Tuy nhiên, những hạn chế của nó về khả năng chịu nhiệt và hóa chất cần được xem xét đối với các môi trường đòi hỏi khắt khe hơn. Phạm vi giá trị độ bền uốn được báo cáo rộng rãi  cho thấy rằng loại và thành phần cụ thể của ABS có thể ảnh hưởng đáng kể đến tính chất này.

Nhựa Nylon (Polyamide)

Nylon, còn được gọi là polyamide, là một loại nhựa polymer có độ ma sát thấp, có khả năng chống va đập, hóa chất và mài mòn cao. Các loại nylon thông thường được sử dụng trong gia công bao gồm PA6, PA66 và PA12.

Đặc tính nổi bật: Nylon thể hiện các đặc tính cơ học tuyệt vời, bao gồm độ bền cao (76mPa – ), độ bền kéo cao (12.400 psi – , 11.200 PSI cho Nylon 6/6 – , 100 MPa cho Nylon 6 – ) và độ cứng tốt (116R – ). Nó cũng có độ bền uốn cao (80 MPa cho PA6/66 – , 91 MPa cho Nylon 6 – , 15.500 psi cho Nylon 6/6 ép đùn – ) và độ bền va đập tốt (1.1 ft-lb/in cho Nylon 6/6 ép đùn – ). Nylon có khả năng chịu nhiệt và hóa chất tốt. Điểm nóng chảy của nó khoảng 450°F (232°C). Nhiệt độ làm việc tối đa dưới tải là khoảng 250°F (121°C). Về khả năng kháng hóa chất, nylon kháng tốt với nhiều loại hóa chất , bao gồm hydrocarbon, dầu, dung dịch tẩy rửa và kiềm. Tuy nhiên, nó dễ bị ảnh hưởng bởi axit khoáng mạnh.

Ưu điểm khi gia công CNC: Nylon rất phù hợp cho gia công CNC  và được coi là dễ gia công. Việc sử dụng dụng cụ sắc bén với góc cắt dương lớn được khuyến nghị.

Nhược điểm khi gia công CNC: Nylon có thể hút ẩm và nở ra, dẫn đến mất độ chính xác về kích thước. Cần có các biện pháp tiền xử lý để đảm bảo chất lượng của các bộ phận được gia công. Nó cũng có thể bị biến dạng nếu loại bỏ vật liệu không đối xứng trong quá trình gia công.

Ứng dụng: Nylon được sử dụng rộng rãi để sản xuất các bộ phận như vòng bi, vòng đệm và ống. Nó cũng thường được sử dụng trong ngành sản xuất linh kiện ô tô và y tế , cũng như cho phần cứng gắn bảng mạch và vật liệu cách điện. Các ứng dụng khác bao gồm bánh răng, ống lót và băng tải. Trong một số ứng dụng, nylon là một chất thay thế hiệu quả về chi phí cho kim loại.

Ưu điểm: Nylon mang lại các tính chất cơ học tuyệt vời, bao gồm độ bền kéo cao. Nó cũng tiết kiệm chi phí, nhẹ và có khả năng chịu nhiệt và hóa chất tốt. Ngoài ra, nó có khả năng chống mài mòn tuyệt vời.

Nhược điểm: Nhược điểm chính của nylon bao gồm độ ổn định chiều thấp và xu hướng dễ hút ẩm, cũng như độ nhạy cảm của nó với axit khoáng mạnh.

Độ bền cao và khả năng chống mài mòn của nylon làm cho nó lý tưởng cho các bộ phận chức năng và thay thế kim loại. Tuy nhiên, tính chất hút ẩm của nó đòi hỏi sự cân nhắc cẩn thận trong môi trường ẩm ướt hoặc các ứng dụng có dung sai chặt chẽ. Các loại nylon khác nhau (6, 6/6, 66, 12) cung cấp các đặc tính khác nhau, cho thấy rằng ứng dụng cụ thể nên hướng dẫn việc lựa chọn loại nylon.

Nhựa Acrylic (PMMA – Poly Methyl Methacrylate)

Acrylic, còn được gọi là PMMA hoặc dưới các tên thương mại như Plexiglass hoặc Lucite, nổi tiếng trong gia công CNC nhựa nhờ các đặc tính quang học và độ trong suốt của nó.

Đặc tính nổi bật: Acrylic thể hiện độ bền kéo từ 8.000 đến 11.000 psi  và độ bền uốn từ 12.000 đến 17.000 psi , với các giá trị khác được báo cáo là 84 MPa và 101,18 – 144,45 Mpa (gia cường). Tuy nhiên, nó có độ bền va đập tương đối thấp, được đo ở mức 0,3 ft-lb/in (khía)  và 0,4 ft-lb/in. Về khả năng chịu nhiệt, acrylic không có khả năng chịu nhiệt cao , với nhiệt độ nóng chảy từ 265 đến 285 °F (130-140 °C)  và nhiệt độ làm việc tối đa từ 150 đến 200 °F (65-93 °C). Nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg) của acrylic nằm trong khoảng từ 85 đến 165 °C. Acrylic có khả năng kháng hóa chất và tia cực tím cao , mặc dù nó không kháng lại các chất hữu cơ clo hóa/thơm  và bị tấn công bởi hydrocarbon clo hóa, ketone, ester, ether, alcohol và các hợp chất thơm.

Ưu điểm khi gia công CNC: Acrylic thường được sử dụng trong gia công CNC nhựa  và được coi là dễ gia công và đánh bóng. Nó có thể được cắt bằng máy CNC hoặc máy cắt cầm tay  và dễ dàng tạo khuôn thành nhiều hình dạng khác nhau.

Nhược điểm khi gia công CNC: Cần chọn dao cắt sắc bén khi gia công acrylic để tránh bị nóng chảy.

Ứng dụng: Acrylic được ứng dụng để thay thế polycarbonate và thủy tinh. Nó được sử dụng để chế tạo ống đèn và vỏ đèn báo ô tô , cũng như tấm pin mặt trời và mái che nhà kính. Các ứng dụng khác bao gồm bảng hiệu, màn hình, ống kính, thiết bị chiếu sáng và vật dụng trang trí , cũng như thấu kính, cấy ghép nội nhãn và răng giả.

Ưu điểm: Acrylic nhẹ, có khả năng chống hóa chất và tia cực tím cao, khả năng gia công cao và độ trong suốt tuyệt vời. Nó cũng dễ tạo hình.

Nhược điểm: Nhược điểm của acrylic bao gồm khả năng chịu nhiệt, va đập và mài mòn thấp, cũng như khả năng bị nứt dưới tải nặng và không kháng lại các chất hữu cơ clo hóa/thơm. Nó cũng dễ bị trầy xước.

Acrylic là vật liệu được lựa chọn khi độ trong suốt quang học và tính thẩm mỹ là tối quan trọng. Độ dễ gia công của nó làm cho nó phù hợp với các thiết kế phức tạp, nhưng khả năng chịu va đập và nhiệt độ thấp hơn của nó hạn chế việc sử dụng nó trong các ứng dụng kết cấu hoặc nhiệt độ cao. Phạm vi giá trị độ bền uốn được báo cáo rộng rãi  cho thấy rằng các loại hoặc chất gia cường khác nhau của acrylic có thể mang lại các mức độ bền khác nhau.

Nhựa POM (Polyoxymethylene) / Delrin

POM, còn được gọi là Delrin (tên thương mại), là một vật liệu nhựa CNC có khả năng gia công cao, độ bền cao và khả năng chịu nhiệt, hóa chất và mài mòn.

Đặc tính nổi bật: POM thể hiện độ bền cao , độ bền kéo cao (11.000 psi – ) và độ cứng cao. Nó cũng có độ bền uốn cao (12.000 – 13.000 psi – , 183,3 Mpa – ) và độ bền va đập tốt (1,0 ft-lb/in (khía) – , 15 kJ/m2 – ). POM có khả năng chịu nhiệt tốt , với nhiệt độ nóng chảy từ 335 đến 347 °F (168-175 °C)  và nhiệt độ làm việc từ -40°C đến 90°C , lên đến 120°C  hoặc 180°F (82°C) trong không khí. Nó có khả năng kháng hóa chất tuyệt vời , mặc dù nó có sức đề kháng kém với axit mạnh.Nó kháng tốt với hydrocarbon và dung môi.

Ưu điểm khi gia công CNC: POM được coi là một trong những vật liệu nhựa CNC dễ gia công nhất. Nó giữ dung sai tốt  và không yêu cầu máy đặc biệt để gia công.

Nhược điểm khi gia công CNC: Nhược điểm chính của POM là sức đề kháng kém với axit mạnh. Chi phí của nó cũng có thể cao hơn so với một số loại nhựa khác.

Ứng dụng: POM được sử dụng rộng rãi để sản xuất bánh răng, vòng bi, vòng đệm và phụ kiện. Nó cũng được sử dụng trong các bộ phận dây an toàn ô tô , bút insulin , thuốc lá điện tử và đồng hồ nước. Các ứng dụng khác bao gồm đồ gá kẹp cho linh kiện điện tử. POM thường được sử dụng thay thế cho kim loại trong nhiều ứng dụng.

Ưu điểm: POM mang lại khả năng gia công tuyệt vời, độ ổn định kích thước cao, độ bền cơ học tốt, hệ số ma sát thấp, khả năng chịu mài mòn và kháng ẩm, kháng hóa chất.

Nhược điểm: Nhược điểm chính của POM là sức đề kháng kém với axit mạnh.

POM/Delrin là lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao, ma sát thấp và khả năng chống mài mòn tuyệt vời. Độ dễ gia công và độ ổn định kích thước của nó làm cho nó lý tưởng cho các bộ phận phức tạp với dung sai chặt chẽ. Sự sẵn có của các loại khác nhau (ví dụ: Delrin 150, 570, AF) cho phép điều chỉnh các tính chất vật liệu cho các nhu cầu cụ thể.

Nhựa HDPE (High-Density Polyethylene)

HDPE là một loại nhựa nhiệt dẻo nhẹ, bền, cứng và linh hoạt, được biết đến với khả năng chống va đập và hóa chất tốt.

Đặc tính nổi bật: HDPE thể hiện độ bền kéo cao (4000PSI – ) và độ cứng tốt (R65 – ). Nó cũng có khả năng chịu va đập tốt  và tỷ lệ cường độ trên mật độ lớn. Về khả năng chịu nhiệt, HDPE có thể chịu được nhiệt độ từ -50°C đến 80°C liên tục  và lên đến 120°C trong thời gian ngắn. Nhiệt độ nóng chảy của nó nằm trong khoảng từ 125°C đến 135°C. HDPE có khả năng kháng hóa chất cao  và có thể chịu được axit và kiềm , mặc dù nó dễ bị ăn mòn bởi một số hóa chất.

Ưu điểm khi gia công CNC: HDPE có thể được gia công linh hoạt  và được coi là dễ chế tạo. Nó thường được sử dụng cho việc tạo mẫu và làm vỏ bọc.

Nhược điểm khi gia công CNC: Nhược điểm chính của HDPE là độ bền kéo và uốn cong kém. Nó cũng có khả năng chống tia cực tím kém  và độ cứng thấp hơn polypropylene. Ngoài ra, nó có hệ số giãn nở nhiệt cao.

Ứng dụng: HDPE được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm hệ thống chất lỏng, ống nước, bình nhiên liệu, chai nhựa và vật liệu đóng gói. Nó cũng là một vật liệu tốt cho bánh răng và vòng bi do hệ số ma sát thấp và khả năng tự bôi trơn. Các ứng dụng khác bao gồm thớt, thùng rác và đồ chơi. Nó cũng thường được sử dụng cho ống dẫn nước và hệ thống thoát nước.

Ưu điểm: HDPE nhẹ, có độ bền cơ học tốt, khả năng chống va đập, cứng và linh hoạt. Nó cũng có khả năng hấp thụ độ ẩm thấp, không nhuộm màu, không độc hại và chịu được axit và kiềm. Chi phí của nó tương đối thấp  và nó dễ tái chế.

Nhược điểm: Nhược điểm chính của HDPE là độ bền kéo và uốn cong kém, khả năng chống tia cực tím kém, độ cứng thấp hơn polypropylene và hệ số giãn nở nhiệt cao.

HDPE là một vật liệu đa năng và hiệu quả về chi phí, phù hợp cho nhiều ứng dụng, đặc biệt là những ứng dụng liên quan đến chất lỏng và đòi hỏi khả năng kháng hóa chất tốt. Độ dễ gia công và khả năng tái chế của nó càng làm tăng thêm sự hấp dẫn của nó. Tuy nhiên, độ bền thấp hơn so với một số loại nhựa kỹ thuật khác và khả năng chống tia cực tím kém cần được xem xét đối với các ứng dụng kết cấu hoặc ngoài trời đòi hỏi khắt khe. Khả năng chịu nhiệt khác nhau được báo cáo cho thấy rằng các loại hoặc công thức cụ thể có thể mang lại hiệu suất nhiệt khác nhau.

Nhựa PTFE (Polytetrafluoroethylene) / Teflon

PTFE, thường được gọi là Teflon, là một loại nhựa gia công CNC hiệu suất cao với các đặc tính cơ học và hóa học tuyệt vời, hệ số ma sát cực kỳ thấp và khả năng chống dính.

Đặc tính nổi bật: PTFE thể hiện độ bền kéo từ 1500 đến 3000 psi  hoặc 140 – 350 kgf/cm² , với độ giãn dài từ 100 đến 200%  hoặc 200 – 400%. Độ bền nén của nó là 50 – 60 kgf/cm²  hoặc 24Mpa. Một trong những đặc tính nổi bật nhất của PTFE là hệ số ma sát cực kỳ thấp (0,04). Về khả năng chịu nhiệt, PTFE có thể chịu được nhiệt độ cao lên đến 260°C , với nhiệt độ nóng chảy khoảng 327°C. Nó có thể được sử dụng liên tục từ -70 đến 260 ℃. PTFE có khả năng kháng hóa chất, tia cực tím và độ mỏi tuyệt vời. Nó trơ với hầu hết các hóa chất và dung môi và có thể chịu được axit và kiềm mạnh. Trên thực tế, nó không phản ứng với bất kỳ chất nào.

Ưu điểm khi gia công CNC: PTFE được coi là dễ gia công.

Nhược điểm khi gia công CNC: Tuy nhiên, nó có thể giải phóng khói độc trong quá trình gia công do nhiệt độ cao, do đó cần có hệ thống thông gió thích hợp. Nó có sẵn ở dạng thanh và tấm dày tối đa 2 inch, điều này có thể hạn chế độ dày của các bộ phận có thể sản xuất. Nó cũng có độ ổn định nhiệt kém  và kích thước của nó có thể thay đổi theo nhiệt độ phòng.

Ứng dụng: PTFE được sử dụng để tráng chảo chống dính  và trong sản xuất piston, bộ phận động cơ máy bay và ống tiêm nha khoa. Các ứng dụng khác bao gồm bánh răng, ống lót, tấm trượt và vòng piston , cũng như gioăng, phớt, vòng đệm, van và ống dẫn hóa chất. Nó cũng được sử dụng trong các linh kiện cho ngành y tế và hàng không.

Ưu điểm: Ưu điểm chính của PTFE bao gồm hệ số ma sát thấp, khả năng chống hóa chất và ánh sáng tuyệt vời, đặc tính chống dính và khả năng chịu nhiệt độ cao. Nó cũng là một chất cách điện tốt.

Nhược điểm: Mặc dù có nhiều ưu điểm, PTFE có tính chất cơ học kém hơn so với các vật liệu khác, có thể giải phóng khói độc trong quá trình gia công và có giới hạn về độ dày bộ phận. Nó cũng có độ ổn định nhiệt kém.

PTFE/Teflon là vật liệu được lựa chọn khi cần độ ma sát cực thấp và khả năng kháng hóa chất cao. Phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng của nó cũng làm cho nó phù hợp với các môi trường nhiệt đòi hỏi khắt khe. Tuy nhiên, độ bền cơ học thấp hơn so với các loại nhựa kỹ thuật khác và khả năng tạo ra khói độc trong quá trình gia công đòi hỏi phải xử lý và lựa chọn ứng dụng cẩn thận. Việc liên tục đề cập đến đặc tính không dính của nó  làm nổi bật một đặc điểm độc đáo thúc đẩy nhiều ứng dụng của nó.

Nhựa PEEK (Polyether Ether Ketone)

PEEK là một loại nhựa polymer hiệu suất cao với các đặc tính cơ học, hóa học và nhiệt độc đáo, khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.

Đặc tính nổi bật: PEEK thể hiện độ bền cao, độ cứng và độ bền kéo (90-100 Mpa – , 170 Mpa – , 87-100 MPa – ). Nó cũng có độ bền uốn cao (142 Mpa – ) và khả năng chịu mỏi cao. Mô đun đàn hồi cao (3,6 Gpa – ) góp phần vào độ cứng và độ bền của nó. Về khả năng chịu nhiệt, PEEK có thể chịu được nhiệt độ cao (260°C liên tục, 300°C ngắn hạn – ) với nhiệt độ nóng chảy khoảng 343°C. PEEK có khả năng kháng hóa chất tuyệt vời, chống mài mòn và có thể hoạt động trong các môi trường khắc nghiệt. Nó gần như không phản ứng với hóa chất, ngoại trừ axit sulfuric đậm đặc.

Ưu điểm khi gia công CNC: PEEK có thể được gia công bằng dụng cụ cắt carbide silicon hoặc kim cương, đặc biệt đối với loại gia cường hoặc khi cần dung sai chặt chẽ.

Nhược điểm khi gia công CNC: Cần xử lý đặc biệt để giảm thiểu ứng suất bên trong và nứt, và thường yêu cầu ủ. PEEK không tản nhiệt tốt, do đó cần làm mát trong quá trình gia công bằng chất lỏng hoặc khí nén.

Ứng dụng: PEEK được sử dụng trong nhiều ứng dụng đòi hỏi khắt khe, bao gồm piston, bộ phận động cơ máy bay và ống tiêm nha khoa. Nó cũng được sử dụng cho con lăn, bánh xe, vòng bi, vòng đệm, con dấu và cáp cách điện trong các ứng dụng cấp công nghiệp. Trong lĩnh vực y tế, PEEK được sử dụng cho cấy ghép, thiết bị hợp nhất cột sống và dụng cụ chỉnh hình. Nó cũng được sử dụng trong các linh kiện hàng không vũ trụ và ô tô.

Ưu điểm: PEEK mang lại các tính chất cơ học tuyệt vời, có thể tái chế, tương thích sinh học, nhẹ và có thể chịu được các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Nó cũng có khả năng kháng hóa chất và mài mòn cao và chịu được nhiệt độ cao.

Nhược điểm: Nhược điểm của PEEK bao gồm khả năng chống tia UV kém, không thích hợp cho các ứng dụng hàng hải và chi phí rất cao. Nó cũng có thể khó gia công.

PEEK là lựa chọn hàng đầu cho các môi trường khắc nghiệt đòi hỏi độ bền cao, khả năng chịu nhiệt và trơ hóa học. Khả năng tương thích sinh học của nó cũng làm cho nó rất quan trọng đối với các ứng dụng y tế. Chi phí cao và các yêu cầu gia công chuyên biệt phản ánh các đặc tính hiệu suất vượt trội của nó. Khả năng tăng cường các tính chất của nó bằng các chất độn như sợi carbon và thủy tinh  cho thấy tính linh hoạt của nó cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.

Nhựa PC (Polycarbonate)

PC là một loại polyme dẻo dai nhưng nhẹ, trong suốt tự nhiên, có khả năng cách nhiệt và cách điện tốt. Nó được biết đến với khả năng chống va đập, chống vỡ, chịu nhiệt và độ bền, độ cứng đặc biệt.

Đặc tính nổi bật: PC thể hiện độ bền kéo khoảng 8.000 psi  hoặc 64,1 MPa , với các giá trị khác được báo cáo là 55-75 MPa. Độ bền uốn của nó là khoảng 340.000 psi  hoặc 71,8 Mpa , 109 MPa  hoặc 87 N/mm2. PC có độ bền va đập cao và chống vỡ , cũng như độ cứng đặc biệt. Về khả năng chịu nhiệt, PC có khả năng chịu nhiệt tốt , với nhiệt độ nóng chảy khoảng 155 °C  hoặc 230-260°C. Nhiệt độ làm việc tối đa của nó là 115–130 °C  hoặc 110°C (dài hạn) và 130°C (thoáng qua). PC có khả năng kháng hóa chất đáng kể, chống lại axit và dầu mỡ loãng. Tuy nhiên, nó nhạy cảm với một số hóa chất, dung môi và chất kiềm  và dễ bị tấn công bởi hydrocarbon và bazơ.

Ưu điểm khi gia công CNC: PC thường dễ gia công và có thể được cắt bằng máy CNC.

Nhược điểm khi gia công CNC: PC có thể bị phân hủy sau khi tiếp xúc lâu với nước ở nhiệt độ trên 60°C và dễ bị mài mòn hydrocarbon. Nó cũng có thể bị ố vàng theo thời gian khi tiếp xúc với tia UV và có độ bền mỏi thấp. Nó cũng dễ bị trầy xước.

Ứng dụng: PC được sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm bao bì thực phẩm và đồ uống, thiết bị y tế, kính mắt, điện tử và vật liệu xây dựng. Nó cũng phù hợp để chế tạo dụng cụ phẫu thuật và bộ phận ngắt mạch. Các ứng dụng khác bao gồm kính chắn gió, mặt kính cửa sổ, bộ phận máy móc, đồ chơi và ốp lưng điện thoại , cũng như đèn LED, thiết bị điện, bảng mạch điện tử, vỏ máy tính, vỏ điện thoại, đĩa CD/DVD/Blu-ray và linh kiện ô tô và máy bay.

Ưu điểm: PC dẻo dai, nhẹ, có đặc tính cách nhiệt và cách điện tốt, trong suốt tự nhiên và có khả năng chống va đập, chống vỡ, chịu nhiệt, độ bền và độ cứng tốt. Nó cũng dễ làm việc và có thể tái chế.

Nhược điểm: Nhược điểm của PC bao gồm khả năng bị phân hủy khi tiếp xúc lâu với nước nóng, dễ bị mài mòn hydrocarbon, có thể bị ố vàng khi tiếp xúc với tia UV, độ bền mỏi thấp và dễ trầy xước.

Polycarbonate là một vật liệu đa năng được đánh giá cao nhờ khả năng chống va đập đặc biệt và độ trong suốt quang học, khiến nó trở thành một sự thay thế phổ biến cho thủy tinh trong nhiều ứng dụng. Các đặc tính nhiệt và điện tốt của nó càng mở rộng tiện ích của nó. Tuy nhiên, khả năng nhạy cảm của nó với một số hóa chất và sự suy thoái do tia UV nên được xem xét cho việc sử dụng lâu dài trong môi trường khắc nghiệt. Việc liên tục nhấn mạnh vào độ bền va đập của nó  làm nổi bật ưu điểm chính của nó so với acrylic.

Các loại nhựa khác

Ngoài các loại nhựa đã đề cập, một số loại nhựa khác cũng được sử dụng trong gia công CNC cho các ứng dụng cụ thể:

• LDPE (Low-Density Polyethylene): Dai chắc, kháng hóa chất tốt, chịu nhiệt độ lạnh, được sử dụng trong sản xuất bộ phận y tế (chân tay giả, dụng cụ chỉnh hình), bao bì, túi và ống. Nó có khả năng hấp thụ ẩm thấp  nhưng độ bền kéo thấp hơn HDPE.
• PVC (Polyvinyl Chloride): Bền, linh hoạt, kháng ẩm, hóa chất và mài mòn. Nó dễ gia công (cắt, khoan, phay, tiện)  và chi phí thấp. PVC dẻo được sử dụng làm dây cách điện và ván sàn, trong khi PVC cứng thích hợp cho các bộ phận chịu lực như vòng, con lăn, miếng đệm, ống và van. Nó có khả năng chống axit tốt , nhưng độ ổn định nhiệt kém và có thể thải khói độc khi nóng chảy.
• UHMW PE (Ultra-High Molecular Weight Polyethylene): Cung cấp tỷ lệ cường độ trên trọng lượng tương đương Kevlar. Nó rất dai, có độ bền va đập cao nhất trong số các loại nhựa nhiệt dẻo, kháng mài mòn cao và hệ số ma sát rất thấp. Nó cũng kháng hóa chất, không mùi và không độc hại, thường được sử dụng trong ngành thực phẩm và đồ uống. Tuy nhiên, nó có thể khó gia công và có xu hướng tạo ra các sợi dài.
• PP (Polypropylene): Mềm, đàn hồi, chịu được nhiệt độ cao và kháng hóa chất tốt. Nó có độ bền cao và thường được sử dụng làm hộp đựng, bao bì, bộ phận máy móc và sản phẩm y tế. Nó có trọng lượng riêng nhẹ nhất trong các loại nhựa thông dụng  và thể hiện độ bền kéo cao và độ bền uốn tốt.
• PET (Polyethylene Terephthalate): Một loại nhựa nhiệt dẻo không màu, bán tinh thể có thể cứng hoặc bán cứng và rất nhẹ. Nó có độ bền và độ cứng tốt, ít nhạy cảm với độ ẩm và hoàn toàn có thể tái chế. Các ứng dụng bao gồm chai nước ngọt, pin mặt trời, khay đựng thực phẩm đông lạnh và băng từ. Tuy nhiên, nó nhạy cảm với nhiệt.
• PS (Polystyrene): Thể hiện tính chảy loãng rất tốt, độ co ngót thấp và không hút ẩm. Nó có độ bền nhiệt tốt, là một chất cách điện tốt và có độ bền hóa học cao.
• TPU (Thermoplastic Polyurethane) & TPE (Thermoplastic Elastomer): Đây là các loại nhựa khác được đề cập là có thể sử dụng trong gia công CNC.
• PEI (Polyetherimide) / Ultem: Có độ bền kéo cao (15.200 psi – ) và khả năng chịu nhiệt tốt. Nó cũng là một chất cách điện tốt và là một sự thay thế rẻ hơn cho PEEK.
• PBT (Polybutylene Terephthalate): Được đề cập là một loại nhựa có thể được sử dụng trong gia công CNC.
• PPSU (Polyphenylsulfone): Có khả năng chống va đập cao và chịu được nhiệt độ cao. Nó cũng là một vật liệu vô trùng, kháng hóa chất và có thể được sử dụng trong ngành thực phẩm. Nó cũng dễ gia công.
• PPS (Polyphenylene sulfide): Chịu được nhiệt độ cao và có khả năng chảy tốt. Nó cũng kháng hóa chất, ổn định kích thước và là một chất cách điện tốt.
• Kevlar (Poly Paraphenylene Terephthalamide): Cung cấp tỷ lệ cường độ trên trọng lượng tương đương UHMWPE. Nó cực kỳ bền và có độ bền va đập cao.
• Celcon (Acetal Copolymer): Kháng ẩm và kháng nhiên liệu.

Bảng so sánh các loại nhựa phổ biến dùng trong gia công CNC chính xác

Để dễ dàng so sánh các loại nhựa phổ biến được sử dụng trong gia công CNC chính xác, một bảng tổng hợp các tính chất quan trọng nhất được cung cấp dưới đây. Bảng này bao gồm độ bền kéo, khả năng chịu nhiệt tối đa, khả năng kháng hóa chất, khả năng gia công CNC và chi phí tương đối của từng loại nhựa. Thông tin này sẽ hỗ trợ các chuyên gia sản xuất và kỹ sư trong việc đánh giá và so sánh các vật liệu khác nhau dựa trên các yêu cầu quan trọng của các ứng dụng cụ thể của họ. Thay vì phải xem xét các mô tả chi tiết, họ có thể sử dụng bảng này để rút ngắn danh sách các ứng viên tiềm năng dựa trên các thông số như độ bền, phạm vi nhiệt độ, khả năng kháng hóa chất và khả năng gia công. Việc bao gồm chỉ số chi phí tương đối cũng sẽ hỗ trợ trong việc cân nhắc ngân sách. Bảng này được đặt sau phần đánh giá chi tiết về từng loại nhựa trong phần “Tổng hợp các loại nhựa hay dùng trong gia công cơ khí chính xác CNC”.

Lưu ý và khuyến nghị khi gia công CNC nhựa

Gia công CNC nhựa có những cân nhắc và khuyến nghị riêng biệt so với gia công kim loại. Do tính chất vật lý và nhiệt khác nhau của nhựa, việc tuân thủ các phương pháp hay nhất cụ thể là rất quan trọng để đạt được kết quả gia công tối ưu và tránh các vấn đề như nóng chảy, ba via hoặc nứt.

Lựa chọn dụng cụ cắt phù hợp

Nhựa thường mềm hơn kim loại, do đó đòi hỏi các dụng cụ cắt sắc bén để giảm thiểu nhiệt lượng sinh ra, tránh nóng chảy và ba via. Dao cắt một me thường được khuyến nghị cho các loại nhựa có điểm nóng chảy thấp hơn, trong khi dao nhiều me có thể phù hợp hơn cho các loại nhựa chịu nhiệt cao hơn. Đối với các loại nhựa đặc biệt như PEEK, dụng cụ carbide silicon có thể được sử dụng, nhưng dụng cụ kim cương có thể cần thiết cho PEEK gia cường hoặc khi yêu cầu dung sai đặc biệt chặt chẽ.

Đề xuất các thông số cắt

Tốc độ cắt và bước tiến phải được điều chỉnh cẩn thận cho từng loại nhựa để tránh quá nhiệt và biến dạng. Ví dụ, PEEK có nhiệt độ nóng chảy và độ nhớt cao, đòi hỏi tốc độ in chậm hơn nhiều so với các loại nhựa nhiệt dẻo khác. Đối với ABS, tốc độ nạp 0,015 IPR được đề xuất cho các vết cắt thô và 0,005 IPR cho các vết cắt cuối cùng chính xác hơn.

Tầm quan trọng của việc kiểm soát nhiệt độ và sử dụng chất làm mát phù hợp

Nhiều loại nhựa có độ dẫn nhiệt thấp, khiến chúng dễ bị nóng chảy và biến dạng trong quá trình gia công CNC. Do đó, việc kiểm soát nhiệt độ hiệu quả là rất quan trọng. Việc sử dụng chất làm mát có thể giúp tản nhiệt và ngăn ngừa các vấn đề này, trừ khi gia công PEEK cho các ứng dụng y tế, trong trường hợp đó, nên làm mát bằng khí nén để duy trì khả năng tương thích sinh học. Đối với ABS, chất làm mát không chứa aromatic và tan trong nước được khuyên dùng để tránh ô nhiễm.

Các vấn đề thường gặp và cách khắc phục

Một số vấn đề thường gặp có thể phát sinh trong quá trình gia công CNC nhựa, bao gồm ba via, chảy nhựa và nứt. Ba via có thể xảy ra nếu dụng cụ cắt không đủ sắc bén hoặc nếu các thông số cắt không được tối ưu hóa. Chảy nhựa thường là kết quả của nhiệt độ quá cao tại vùng cắt, có thể được giảm thiểu bằng cách điều chỉnh tốc độ cắt và sử dụng chất làm mát hiệu quả hơn. Nứt có thể là một mối lo ngại đối với các loại nhựa giòn hoặc khi thực hiện các lỗ khoan sâu, chẳng hạn như với PEEK. Ủ PEEK trước khi gia công có thể giúp giảm ứng suất và ngăn ngừa nứt. Đối với các vật liệu như UHMW PE, có xu hướng tạo ra các sợi dài có thể quấn quanh dao cắt, đòi hỏi các chiến lược gia công cụ thể.

Kết luận

Tóm lại, một loạt các loại nhựa có sẵn và thường được sử dụng trong gia công CNC chính xác, mỗi loại đều có các đặc tính, ưu điểm và nhược điểm riêng. Các loại nhựa phổ biến bao gồm ABS, Nylon, Acrylic, POM/Delrin, HDPE, PTFE, PEEK và Polycarbonate, mỗi loại đều tìm thấy các ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau dựa trên các tính chất độc đáo của chúng. ABS được ưa chuộng nhờ khả năng gia công và chống va đập, trong khi Nylon nổi bật về độ bền và khả năng chống mài mòn. Acrylic là lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng quang học, và POM/Delrin được đánh giá cao nhờ độ chính xác và ma sát thấp. HDPE cung cấp khả năng kháng hóa chất và hiệu quả chi phí tốt, PTFE/Teflon vượt trội về hệ số ma sát thấp và khả năng kháng hóa chất, PEEK được lựa chọn cho các ứng dụng hiệu suất cao và chịu nhiệt, và Polycarbonate được biết đến với độ bền va đập và độ trong suốt.

Việc lựa chọn loại nhựa phù hợp cho một ứng dụng gia công CNC cụ thể đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng đến nhiều yếu tố, bao gồm tính chất cơ học, tính chất nhiệt, khả năng kháng hóa chất, khả năng gia công, chi phí và các yêu cầu ứng dụng cụ thể. Bằng cách hiểu các đặc tính và khả năng của từng loại nhựa, các nhà sản xuất có thể đưa ra quyết định sáng suốt và tối ưu hóa quy trình gia công của họ để đạt được kết quả tốt nhất. Việc tuân thủ các phương pháp hay nhất trong gia công CNC nhựa, chẳng hạn như lựa chọn dụng cụ phù hợp, tối ưu hóa các thông số cắt và kiểm soát nhiệt độ, cũng rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và hiệu quả của các bộ phận được sản xuất.