Vakuumstøbning (polyurethan støbning) er den perfekte løsning til hurtig prototyping og lavpris lavvolumen fremstilling af plastdele. Mesterformen er billig at lave og så fint udformet, at de resulterende plastdele kræver lidt eller ingen efterproduktion. Hver masterform kan producere omkring 25-30 eksemplarer, som hurtigt kan fremstilles på kort tid. Til lavvolumenfremstilling af plastdele er polyurethanstøbning mere økonomisk end sprøjtestøbning. Vakuumstøbning står i kontrast til de hårde forme, der kræves til sprøjtestøbning. Mens sprøjtestøbning kræver dyrt, besværligt værktøj, bruger polyurethanstøbning fleksible silikone-masterforme, som giver producenterne mulighed for at producere højkvalitets slutbrugsplastikdele med kortere gennemløbstider og lavere omkostninger. Dette er grunden til, at vakuumstøbning almindeligvis bruges til brostøbeforme, lavvolumenfremstilling, hurtig prototyping, fremstilling af samlinger og fremstilling af plastdele med fine detaljer.
Bemærk: Vakuumstøbning kaldes også polyurethanstøbning eller urethanstøbning. Denne artikel vil bruge disse udtryk i flæng.
Processen med polyurethanstøbning involverer først at skabe en mastermodel - i det væsentlige en kopi af den sidste del (normalt 3D-printet eller CNC-bearbejdet). Vakuumstøbning er en fremstillingsproces, der ligner sprøjtestøbning, hvor polyurethanharpiks støbes ind i et hulrum mellem to silikoneformhalvdele. I en meget dygtig procedure kopieres mastermodellen ved at hælde en silikoneform rundt om den. Hovedformen skæres i to, og efter at hovedformen er fjernet, tilføjes hælde- og ventilationssystemerne. Den hurtige fabrikant hælder derefter en polyurethanbaseret harpiks i det resulterende hulrum og hærder det under vakuum for at forhindre indtrængen af luftbobler.
Resultatet: en meget nøjagtig gengivelse af det originale produkt.
At lave en polyurethan vakuumstøbt prototype involverer 3 vigtige trin: oprettelse af mastermodellen, skabelse af formen og støbning af delen:
Trin 1. Hovedmodel eller hovedmønster
Mastermønsteret er den fysiske enhed i CAD-designet. De skal kunne modstå temperaturer op til 40°C. De er typisk fremstillet vha CNC bearbejdning or 3D udskrivning teknologier som SLA/SLS. Fordi disse teknologier skaber højopløselige og naturligt glatte produkter.
Trin 2. Lav formen
Flydende silikone bruges til at lave støbeforme. Hæld denne silikone i støbeboksen omkring hovedmodellen. Silikone indkapsler alle hovedmodellens funktioner og hærder i ovnen i 16 timer. Når formen er hærdet, skæres den op, og masterformen fjernes, hvilket efterlader et negativformet hulrum, der er nøjagtigt det samme som originalen.
Trin 3. Cast kopi
I den sidste fase af processen hældes flydende polyurethan i silikoneformen. Formen placeres derefter i kammeret for at fjerne luftbobler i den flydende masse. For uigennemsigtige dele er kammeret normalt under tryk. For klare dele evakueres kammeret ofte for at reducere luftbobler og forbedre gennemsigtigheden. Silikonehalvdelene adskilles og den nyoprettede sektion fjernes efter hærdning. Fortsæt denne proces, indtil du når den ønskede mængde. Silikoneforme kan typisk producere cirka 25 replikaer af mastermodellen.
Anvendelser til vakuumstøbning
Vakuumstøbning er en ideel proces til fremstilling af plastdele til lavvolumenprodukter, der kræver næsten produktionskvalitet. Denne proces skaber meget detaljerede mastermodeller, der praktisk talt ikke kan skelnes fra det endelige produkt. Dette gør polyurethan-støbte modeller ideelle til investorpitch-præsentationer, messer og kommerciel fotografering. Da en silikoneform kan producere cirka 25 støbegods, giver vakuumstøbning virksomheden også mulighed for at lancere en første serie af produkter til tidlig markedstest.
Hvis et projekt kræver en større mængde plastdele, er der et par forskellige muligheder:
- Den samme masterform kan genbruges til at skabe yderligere silikoneforme.
- Flere mastermodeller kan bruges til at skabe forme med flere hulrum.
- Formmagere kan bruge højtemperaturvulkanisering (HTV) silikone eller gummi i stedet for rumtemperaturvulkanisering (RTV) silikone. Dette gør formene mere holdbare, hvilket forlænger hver forms levetid til op til 300-500 støbegods.
Med en leveringstid på kun omkring 10 dage fra fremstillingen af mastermodellen til modtagelse af det støbte plastprodukt er vakuumstøbning ikke kun velegnet til hurtig prototyping, men også til broproduktion uden den store forudgående investering, der følger med industriel kvalitet fremstillingsprocesser såsom sprøjtestøbning. , termoformning og rotationsstøbning.
Fordi vakuumstøbning kan skabe ekstremt detaljerede plastdele med en perfekt overfladefinish ved hjælp af en række materialer med en bred vifte af mekaniske egenskaber, er den velegnet til slutbrugsprodukter med lavt volumen såsom:
- Tilpasset medicinsk udstyr såsom proteser, orthotics og høreapparater
- Bildele: Dashboards, knopper, målere, badges, emhættepynt, belysningslinser, indsugningsmanifolder
- Forbrugerelektronik: kabinetter, controllere, brugergrænsefladepaneler, sensorintegration
- Kritiske komponenter og reservedele til robotter og industrimaskiner
- Forbrugerprodukter: solbriller i begrænset oplag, kuglepenne, telefonetuier
- Kunstværker, statuer, skalamodeller, rekvisitter
Design til fremstillingsevne til vakuumstøbning
Polyurethanstøbematerialer er i stand til at levere ydeevneegenskaber, der kan sammenlignes med termoplasterne, der anvendes til sprøjtestøbning. Men ligesom andre produktionsmetoder kræver processen med vakuumstøbning af højkvalitetsdele, der opfylder alle ydeevnekrav, også designteams til at følge designet med henblik på fremstillingsevne (DFM) bedste praksis. Her er nogle af de vigtigste retningslinjer at huske på:
Urethanstøbetolerancer
Under vakuumstøbeprocessen til fremstilling af plastdele er en vis grad af variation uundgåelig. Typiske tolerancer for støbte polyurethandele er typisk ca. ± 0.015 tommer pr. tomme eller ± 0.003, alt efter hvad der er størst. AN-prototype kan give snævrere tolerancer fra sag til sag.
Generelt er et svind på +0.15 % typisk. Dette skyldes den termiske udvidelse af polyurethanstøbematerialet og den tilsvarende opvarmning af den fleksible silikoneform.
Derudover er det vigtigt at bemærke, at selvom polyurethan-støbte dele kan efterbehandles godt (selvom yderligere processer som polering eller tilpasset efterbehandling hurtigt kan øge produktionsomkostningerne), kan visse designfunktioner, såsom skarpe hjørner eller bogstaver, muligvis være en lille afrunding. . Afkølingsprocessen påvirker definitionen af finere detaljer. Det vil sige, at en finish, der efterligner en SPI-finish eller tekstur, kan tilføjes til hovedmønsteret. Du kan også male polyurethanstøbegods, så de matcher Pantone-farver, og visse farver og pigmenter kan også tilføjes direkte til støbematerialet.
| Beskrivelse | Beskrivelse |
|---|---|
| Afstandsdimensioner | Typiske tolerancer er +/- 0.010" eller +/- 0.003" pr. tomme, alt efter hvad der er størst. Uregelmæssige eller alt for tykke geometrier kan inducere krympningsafvigelser eller afbøjning. |
| Shrink Mitigation | På grund af termisk udvidelse af væsken og reaktionen fra den fleksible form vil der være en krympningshastighed på +0.15%. |
| Overfladekvalitet | Overfladefinishen er udvendig glattet for at give et satin eller mat udseende. Voksende linjer kan forekomme på indvendige eller svært tilgængelige træk. |
| Funktionsdefinition | Tekst og skarpe hjørner kan se noget afrundede ud. |
| Størrelsesanbefaling | Vi kan levere urethanstøbte stykker op til 1900 mm i længden. |
vægtykkelse
Plastdele, der er fremstillet ved hjælp af polyurethanstøbning, skal have en minimumsvægtykkelse på 0.040 in. (1 mm), selvom nogle små dele kan have en vægtykkelse så tynd som 0.020 in. (0.5 mm). Større dele kræver normalt tykkere vægge for at sikre delens strukturelle integritet.
Polyurethanstøbning tillader dele at have forskellige vægtykkelser eller uregelmæssige geometrier, men sådanne deledesigner bør kun udføres, når det er absolut nødvendigt. Vedligeholdelse af en ensartet tykkelse hjælper med at minimere muligheden for unødig krympning og deformation under hærdningsprocessen.
Underskæring og udkast
Mens underskæringer kan komplicere sprøjtestøbningsdesign, tillader den fleksible karakter af silikoneforme, der bruges til polyurethanstøbning, ofte dele, der nemt og uden skader kan fjernes.
Det samme gælder for trækvinkler: de er nødvendige for at skubbe et emne ud af en metalform, men er mindre vigtige for polyurethanstøbte dele. Når det er sagt, kan inkorporering af en trækvinkel på 3-5 grader i delens design reducere belastningen på formen betydeligt og forlænge dens livscyklus.
Ribben
Ribber tilføjer stabilitet og styrke, men det er vigtigt at sikre, at de er orienteret for at maksimere bøjningsstivheden af den væg, de understøtter. Som en generel tommelfingerregel bør højden af en ribbe ikke være mere end tre gange dens bredde, og bredden, hvor ribben møder delvæggen, bør være mellem 40-60 % af vægtykkelsen. Endelig, for at maksimere ribbens styrke, skal filetradius af alle indvendige hjørner være mindst 25 % af delens vægtykkelse.
Bosses
Bosser gør det muligt at forbinde sikre parringskomponenter ved hjælp af skruer, stifter og andre fastgørelseselementer. Som med ribberne skal basisradius være omkring 25 % af delens vægtykkelse, hvilket i dette tilfælde har den ekstra fordel, at det hjælper med at forhindre fastgørelseselementet i at brænde, når det monteres i navet.
Der skal bruges en filetradius på 0.060 in. (1.5 mm) til indvendige knasthjørner for at minimere tykkelsen og reducere risikoen for buler. At sikre, at fremspringet ikke overstiger 60 % af den nominelle vægtykkelse, vil også hjælpe med at minimere krympning.
Udnyt nutidens fordele ved polyurethanstøbning
Fordelene ved polyurethanstøbning – korte leveringstider, lave omkostninger, design og materialefleksibilitet og mere – kan kun virkelig betale sig, hvis du følger bedste praksis inden for design og fremstilling. Det betyder, at man skal være opmærksom på variabler som polyurethanstøbematerialeegenskaber, generelle tolerancer for gummidele og alt derimellem, der hurtigt kan blive kompliceret uden hjælp fra en erfaren produktionspartner.