Silikon je oblíbený materiál pro měkké koncové díly pro širokou škálu aplikací, včetně vlastních sluchadel, filmových a televizních rekvizit, protetiky, rukojetí a rukojetí pro spotřební výrobky a dalších.
Tento článek poskytuje přehled tištěných nástrojů pro výrobu silikonových dílů, včetně dvoudílných vstřikovacích forem, vícedílných forem a vstřikovacích forem. Tyto techniky lze použít k prototypování produktů z měkkého silikonu, výrobě malých beta produktů pro zákazníky nebo k výrobě zakázkových produktů pro konečné použití.
Silikonové vstřikování pomocí tištěných nástrojů
Tradiční formy pro výrobu silikonových dílů jsou CNC obráběny z bloků hliníku nebo oceli. Patří mezi ně dvousložkové nebo vícesložkové vstřikovací formy pro tekutý silikonový kaučuk (LSR) nebo jednodutinové lisovací formy používané se silikonovou fólií z termosetové pryže (HCR), která vytvrzuje pod tlakem a vysokou teplotou.
Tyto typy kovových forem se obvykle používají v hromadné výrobě, ale při použití pro prototypování jsou dodací lhůty několik týdnů a počáteční náklady na nástroje – stovky až tisíce dolarů – omezují schopnost konstruktéra implementovat a testovat malé změny v designu formy. .
3D tisk je výkonné řešení pro rychlou a levnou výrobu nástrojů. Vyžaduje velmi omezené vybavení, což umožňuje kvalifikovaným operátorům soustředit se na jiné důležité úkoly. Díky nativnímu 3D tisku mohou výrobci a vývojáři produktů začlenit rychlé nástroje do procesu vývoje produktu k ověření návrhů a výběru materiálů před přechodem na sériovou výrobu. Mohou rychle opakovat, urychlit vývoj produktů a přinést na trh lepší produkty.
Silikonové díly vyrobené pomocí 3D tištěných forem Formlabs SLA.
Technologie 3D tisku SLA je vynikající volbou pro výrobu nástrojů pro silikonové formy. Modely SLA se vyznačují hladkým povrchem a vysokou přesností. Silikonové pryže RTV zachycují jemné povrchové detaily včetně defektů, takže kvalita povrchu nástroje se přímo odráží v kvalitě povrchu finálního dílu. Například forma vytištěná pomocí FDM tiskáren zanechá na silikonové části viditelné čáry vrstvy.
Formlabs Clear Resin (nebo jiné čiré pryskyřice, jako je Biomed Clear Resin) vám umožňuje vizualizovat proces vstřikování silikonu, což umožňuje návrhářům vyhodnotit tvorbu bublin a dutin a identifikovat oblasti, kde je třeba přidat rohové zaoblení nebo další průduchy.
Dvousložková forma potištěná Clear Resin pro vstřikování silikonu a výrobu moderní protetiky od PSYONIC.
SLA 3D tisk má také výhodu ve zvýšení složitosti návrhu. Tištěný tvar umožňuje návrhářům využít výhod podříznutí a dalších složitých geometrií, které je nemožné nebo neúměrně drahé vyrobit pomocí CNC.
Formlabs Clear Resin je také velmi univerzální ve svých mechanických vlastnostech. Ze stejného materiálu lze vyrobit extrémně tenkou skořepinu, která se snadno odlomí od zakázkové silikonové části, nebo odolnou lisovací formu, která se opakovaně používá k výrobě těsnění. A konečně, použití cenově dostupné výroby zkracuje dobu výroby; konstruktér si může vytisknout geometrii formy a druhý den začít vstřikovat silikon.
Při použití s potištěnými deskami poskytuje silikonová pryž RTV jemné povrchové detaily, včetně vyvýšeného textu. Většina silikonů pro vstřikování navíc nemá chemickou přilnavost a po vytvrzení se odlepí od povrchu formy. Mechanické adheze lze dosáhnout odléváním na vysoce porézní povrchy, jako je tkanina, a v některých případech lze chemické adheze dosáhnout pomocí speciálních lepidel.
V tomto videu Mac More, vedoucí produktový inženýr společnosti OXO, vysvětluje, jak společnost používá 3D tisk k rychlé výrobě skutečných silikonových dílů, a poskytuje rychlou ukázku silikonového lisování.
Techniky výroby silikonových forem
Vzhledem k tomu, že zpracování silikonu RTV nevyžaduje vysoké teplo ani tlak, lze jej snadno tvarovat s omezeným vybavením v prototypové laboratoři, což snižuje počáteční náklady potřebné k zavedení měkkých dílů do portfolia návrhů jakékoli společnosti.
Pro dosažení různých výsledků existují různé varianty metod výroby silikonových dílů. Tyto zahrnují:
- Lisování lisováním
Při lisování je rychle tuhnoucí silikonový tmel na obou stranách vtlačen do vytištěné formy, která je držena pohromadě se svěrákem. Tato metoda se často používá k výrobě prototypů těsnění a úzce napodobuje nástroje používané v hromadné výrobě.
OXO používá lisování k prototypování měkkých součástí, jako jsou vodotěsná těsnění.
Vstřikování je nejběžnější metodou používanou k vytvoření jednoho kontinuálního silikonového prototypu pomocí dvoudílné nebo vícedílné formy. V mnoha případech je forma konfigurována tak, aby umožnila gravitaci usnadnit proces plnění silikonem. Silikon se vstřikuje do kanálu v horní části formy a dutina formy se postupně plní zespodu. Nakonec kapalný silikon vystupuje přes výstup a vzduchové kanály v horní části formy.
Glassboard používá gravitačně plněné silikonové vstřikovací formy pro velmi širokou škálu prototypů – od silikonových menstruačních kalíšek po zakázkové tvarovky, formy, těsnění, těsnění a O-kroužky.
Povrchové tvarování je ideální pro úplné nebo částečné utěsnění zařízení silikonem. Hardwarová součást je zavěšena ve dvoudílné nebo vícedílné formě a poté je do dutiny formy vstřikován tekutý silikon, aby byl hardware zcela nebo částečně uzavřen.
Dame Products využívá tištěný silikonový výlisek k výrobě beta prototypů pro zákazníky.
- Formování vaječných skořápek
Tým Cosm se změnil na konformní formy vaječných skořápek, které jsou naplněny lékařským silikonem a poté rozpraskané, aby se vytvořily silikonové implantáty specifické pro pacienta.
Přestože výsledek každého procesu odlévání může vypadat stejně, existuje několik kritérií, která se doporučují při výběru typu formy. Patří mezi ně geometrie cílového dílu a schopnost umístit podříznutí a otvory do návrhu, rozsah výroby a materiály, které hodláte odlévat. Níže uvedená tabulka poskytuje několik doporučení.
Výroba silikonových forem pro odlévání: postup krok za krokem
Chcete-li rychle a levně vyrobit malé množství silikonových dílů vlastními silami pomocí 3D tisku, podívejte se na následující postup výroby silikonových forem krok za krokem.
V tomto příkladu vytvoříme formu pro výrobu přívěsku na klíče s vestavěným zařízením Apple AirTag.
Potřebné materiály a vybavení
materiály :
- Formlabs Clear Resin
- Dragon Skin 20 (Pt-cure) od Smooth-On
- Barevný pigment Silc-Pig
- Krylon lesklý akrylový sprej
- Snadné vydání 200
- Zapouzdřený hardware, v tomto případě Apple Airtag
Zařízení :
- SLA 3D tiskárna Formlabs
- Patrona z epoxidové pryskyřice (50:50)
- Epoxidová pistole
- Mixovací nástavec
- Pružinová svorka
- Vakuová komora a čerpadlo *
- Tlaková nádoba*
Nejprve budete potřebovat CAD model konečného dílu. Toho lze dosáhnout navržením modelu pomocí softwaru CAD nebo dokonce reverzním inženýrstvím existující fyzické součásti pomocí 3D skenování.
V tomto příkladu je forma pro výrobu přívěsku na klíče s vestavěným zařízením Apple AirTag, takže byla použita digitální kopie zařízení Apple AirTag.
Bílá kniha Formlabs poskytuje krok za krokem průvodce pro návrh tištěných nástrojů pro tento projekt. Tyto základní konstrukční kroky a osvědčené postupy platí pro jakoukoli vstřikovací formu nebo gravitační vstřikovací formu:
- Navrhněte základní objem, včetně případného zapouzdřeného vybavení.
- Určete dělicí čáru a rozdělte formu
- Vyjměte základní objem z formy
- Designové silikonové těsnění
- Identifikujte ventilační otvory
- Přidejte zarovnávací prvky pro zabezpečení zapouzdřeného hardwaru
- Přidejte registrační prvky a spárujte dva bloky forem
- Navrhněte silikonové dno
- Upravte zátku tak, aby vyhovovala injekční stříkačce
- Na vnější straně formy vytvořte slzné body
Základní 3D model se zapouzdřeným hardwarem.
Konečný tvar je navržen v CAD.
V závislosti na velikosti, kterou potřebujete, můžete k tisku použít jednu z 3D tiskáren Formlabs: Formulář 3+ pro malé formuláře nebo Formulář 3L pro velké modely.
Pokud jde o výběr pryskyřice, mnoho dostupných je vhodných, ale Clear Resin nebo Biomed Clear Resin jsou vynikající možnosti pro vizualizaci toku silikonu při odlévání součásti.
Pomocí softwaru PreForm můžete automaticky připravit svůj model k tisku a odeslat jej na tiskárnu. Pro dosažení dobré rovnováhy mezi hladkou strukturou povrchu a rychlým tiskem se doporučuje tisk ve výšce vrstvy 50 mikronů.
Příprava formy pro odlévání silikonu pro 3D tisk s automatickým generováním podpor na PreForm.
Vzhledem k tomu, že silikon zachytí jemné povrchové detaily, včetně linií vrstev, mohou některé estetické aplikace vyžadovat výšku vrstvy 25 mikronů. Nasměrujte díly na platformě tak, aby kritické vnitřní povrchy byly bez podpěr. V některých případech může pomoci umístění formy naplocho na tiskovou podložku.
Jakmile je forma vytištěna, umyjte ji ve Form Wash a před odstraněním podložek ji osvětlete pomocí Form Cure UV Light Camera.
Připravte formu pro odlévání nanesením ochranných nátěrů a uvolněním formy. Když se dva různé materiály dostanou do vzájemného kontaktu, použijte uvolnění formy. To platí také pro vestavěné vybavení, které plánujete vložit a vyjmout ze silikonového pouzdra.
Postupujte podle pokynů na obalu produktu a počkejte, dokud nátěr zcela nevytvrdne nebo uschne, než přejdete k dalšímu kroku.
Jemně upněte formu, začněte ve směru kreslení a ujistěte se, že hmota formy a všechny zapouzdřené předměty zůstanou v jedné linii.
Upínací a plnicí silikonová forma na odlévání
Poté vytvarujte a ořízněte silikonovou část. Je normální, že se v dělicí linii a kolem ní tvoří přebytečný silikon. Nejprve je třeba odstranit přebytečný silikon z vnější strany formy. Otevřete formu vložením plochého šroubováku nebo jiného plochého nástroje do oblasti odtržení a jemným otočením, aby se porušilo těsnění. Odstraňte silikonovou část a mějte na paměti, že část silikonu může být potřeba opatrně odstřihnout od větracích otvorů.
Odformováním a odříznutím přebytečného silikonu vytvoříte finální klíčenku s integrovaným zařízením Apple AirTag, vyrobeným pomocí 3D tisku a silikonového lisování.
Po vyjmutí silikonové části z formy použijte ostrou žiletku nebo nůžky na drát, abyste odřízli přebytečný silikon. Případné zbývající nerovnosti lze opatrně odstranit vlhkým jemnozrnným brusným papírem. Nakonec můžete kus omýt mýdlem a vodou, abyste odstranili zbytky brusného papíru a zbytky po uvolnění formy.
V závislosti na typu lze formulář použít vícekrát. Možná budete muset vyčistit větrací otvory ostrým nástrojem a / nebo znovu použít uvolnění formy před naplněním silikonem.
Je normální, že poté, co vyzkoušíte úplný end-to-end pracovní postup, projdete několika iteracemi návrhu formuláře. Některé změny designu, které možná budete muset zvážit, zahrnují zvětšení vzdálenosti odsazení mezi protilehlými členy, posunutí vyrovnávacích kolíků, aby bylo zajištěno úplné zadržení zapouzdřených objektů, nebo přidání větracích otvorů v oblastech, které mají tendenci zachycovat vzduchové bubliny během plnění.
Začněte vyrábět silikonové díly pomocí 3D tiskáren Bednění
Ať už vyrábíte silikonové díly pomocí tištěných forem, vytváříte formy z jiných materiálů nebo přímo tisknete měkké materiály, jako je řada pružných a elastických polymerů společnosti Formlabs, 3D tisk vám může pomoci s procesem.
Snadno použitelný ekosystém Formlabs usnadňuje zahájení práce se silikonovými formami.
