Colata sotto vuoto (colata di poliuretano) è la soluzione perfetta per la prototipazione rapida e la produzione a basso costo di parti in plastica a basso volume. Lo stampo principale è economico da realizzare e realizzato con tale precisione che le parti in plastica risultanti richiedono una post-produzione minima o nulla. Ogni stampo principale può produrre circa 25-30 copie, che possono essere prodotte rapidamente in breve tempo. Per la produzione in piccoli volumi di parti in plastica, la fusione del poliuretano è più economica dello stampaggio a iniezione. La fusione sotto vuoto contrasta con gli stampi rigidi necessari per lo stampaggio a iniezione. Mentre lo stampaggio a iniezione richiede attrezzature costose e laboriose, la fusione del poliuretano utilizza stampi master in silicone flessibile, che consentono ai produttori di produrre parti in plastica di alta qualità con tempi di consegna più brevi e costi inferiori. Questo è il motivo per cui la fusione sotto vuoto viene comunemente utilizzata per stampi a ponte, produzione in piccoli volumi, prototipazione rapida, realizzazione di giunti e realizzazione di parti in plastica con dettagli fini.
Nota: La colata sotto vuoto è anche chiamata colata di poliuretano o colata di uretano. Questo articolo utilizzerà questi termini in modo intercambiabile.
Il processo di fusione del poliuretano prevede innanzitutto la creazione di un modello principale, essenzialmente una replica della parte finale (solitamente stampata in 3D o lavorata a CNC). La fusione sotto vuoto è un processo di produzione simile allo stampaggio a iniezione in cui la resina poliuretanica viene colata in una cavità tra due metà dello stampo in silicone. Con una procedura altamente specializzata, il modello master viene replicato versandovi attorno uno stampo in silicone. Lo stampo principale viene tagliato a metà e dopo aver rimosso la forma principale vengono aggiunti i sistemi di colata e ventilazione. Il produttore rapido versa quindi una resina a base di poliuretano nella cavità risultante e la polimerizza sotto vuoto per impedire l'intrusione di bolle d'aria.
Il risultato: una riproduzione estremamente accurata del prodotto originale.
Realizzare un prototipo di poliuretano colato sotto vuoto implica Passi chiave 3: creazione del modello principale, creazione dello stampo e fusione della parte:
Passaggio 1. Modello principale o modello principale
Il modello principale è l'entità fisica del progetto CAD. Devono poter resistere a temperature fino a 40°C. Sono generalmente prodotti utilizzando Lavorazione CNC or stampa 3D tecnologie come SLA/SLS. Perché queste tecnologie creano prodotti ad alta risoluzione e naturalmente lisci.
Passaggio 2. Realizza lo stampo
Il silicone liquido viene utilizzato per realizzare stampi per colata. Versare questo silicone nella scatola di fusione attorno al modello principale. Il silicone incapsula tutte le caratteristiche del modello master e polimerizza in forno per 16 ore. Quando lo stampo si è indurito, viene aperto e lo stampo principale viene rimosso, lasciando una cavità a forma negativa esattamente identica all'originale.
Passaggio 3. Trasmetti copia
Nella fase finale del processo, il poliuretano liquido viene colato nello stampo in silicone. Lo stampo viene quindi inserito nella camera per eliminare le bolle d'aria nella massa liquida. Per le parti opache, la camera è solitamente pressurizzata. Per le parti trasparenti, la camera viene spesso evacuata per ridurre le bolle d'aria e migliorare la trasparenza. Le metà in silicone vengono separate e la sezione appena creata viene rimossa dopo l'indurimento. Continua questo processo fino a raggiungere l'importo desiderato. Gli stampi in silicone possono in genere produrre circa 25 repliche del modello principale.
Applicazioni di colata sotto vuoto
La fusione sotto vuoto è un processo ideale per la produzione di parti in plastica per prodotti in volumi ridotti che richiedono una qualità prossima a quella di produzione. Questo processo crea modelli principali altamente dettagliati che sono praticamente indistinguibili dal prodotto finale. Ciò rende i modelli fusi in poliuretano ideali per presentazioni di investitori, fiere e fotografie commerciali. Poiché uno stampo in silicone può produrre circa 25 colate, la fusione sotto vuoto consente inoltre all'azienda di lanciare una prima serie di prodotti per i primi test sul mercato.
Se un progetto richiede una quantità maggiore di parti in plastica, sono disponibili diverse opzioni:
- Lo stesso stampo master può essere riutilizzato per creare ulteriori stampi in silicone.
- È possibile utilizzare più modelli principali per creare stampi multi-cavità.
- I produttori di stampi possono utilizzare silicone o gomma per vulcanizzazione ad alta temperatura (HTV) invece del silicone per vulcanizzazione a temperatura ambiente (RTV). Ciò rende gli stampi più durevoli, prolungando la durata di ciascuno stampo fino a 300-500 colate.
Con un tempo di consegna di soli 10 giorni circa dalla realizzazione del modello master alla ricezione del prodotto in plastica colata, la fusione sottovuoto non è adatta solo per la prototipazione rapida ma anche per la produzione di ponti senza il grande investimento iniziale derivante dalla produzione di tipo industriale. processi di produzione come lo stampaggio a iniezione. , termoformatura e colata in rotazione.
Poiché la fusione sottovuoto può creare parti in plastica estremamente dettagliate con una finitura superficiale perfetta utilizzando una varietà di materiali con un'ampia gamma di proprietà meccaniche, è adatta per prodotti di uso finale a basso volume come:
- Dispositivi medici personalizzati come protesi, ortesi e apparecchi acustici
- Ricambi auto: cruscotti, manopole, indicatori, badge, ornamenti per cofano, lenti di illuminazione, collettori di aspirazione
- Elettronica di consumo: involucri, controller, pannelli di interfaccia utente, integrazione di sensori
- Componenti critici e pezzi di ricambio per robot e macchinari industriali
- Prodotti di consumo: occhiali da sole in edizione limitata, penne, custodie per telefoni
- Opere d'arte, statue, modelli in scala, oggetti di scena
Progettazione per la producibilità per la fusione sotto vuoto
I materiali di fusione del poliuretano sono in grado di fornire caratteristiche prestazionali paragonabili ai materiali termoplastici utilizzati nello stampaggio a iniezione. Tuttavia, come altri metodi di produzione, il processo di fusione sotto vuoto di parti di alta qualità che soddisfano tutti i requisiti prestazionali richiede anche che i team di progettazione seguano la progettazione per la producibilità (DFM) migliori pratiche. Ecco alcune delle linee guida più importanti da tenere a mente:
Tolleranze di colata dell'uretano
Durante il processo di fusione sotto vuoto per la produzione di parti in plastica, un certo grado di variazione è inevitabile. Le tolleranze tipiche per le parti in poliuretano colato sono in genere circa ± 0.015 pollici per pollice o ± 0.003, a seconda di quale sia maggiore. AN-Prototype può fornire tolleranze più strette caso per caso.
In generale è tipica una contrazione del +0.15%. Ciò è causato dalla dilatazione termica del materiale di colata in poliuretano e dal corrispondente riscaldamento dello stampo in silicone flessibile.
Inoltre, è importante notare che mentre le parti fuse in poliuretano possono essere post-lavorate bene (sebbene processi aggiuntivi come la lucidatura o la finitura personalizzata possano aumentare rapidamente i costi di produzione), alcune caratteristiche del design, come angoli acuti o scritte, potrebbero presentare un leggero arrotondamento . Il processo di raffreddamento influisce sulla definizione dei dettagli più fini. Cioè, una finitura che imita una finitura o una trama SPI può essere aggiunta al modello principale. È inoltre possibile verniciare le fusioni in poliuretano per abbinarle ai colori Pantone e alcuni colori e pigmenti possono anche essere aggiunti direttamente al materiale della colata.
| Descrizione | Descrizione |
|---|---|
| Dimensioni distanza | Le tolleranze tipiche sono +/- 0.010" o +/- 0.003" per pollice, a seconda di quale sia maggiore. Geometrie irregolari o eccessivamente spesse possono indurre deviazioni o deflessioni da ritiro. |
| Mitigazione delle riduzioni | A causa dell'espansione termica del liquido e della risposta dello stampo flessibile, si avrà un tasso di ritiro pari a +0.15%. |
| Qualità della superficie | La finitura superficiale è levigata esternamente per fornire un aspetto satinato o opaco. Le linee di crescita possono apparire su caratteristiche interne o difficili da raggiungere. |
| Definizione delle caratteristiche | Il testo e gli angoli acuti potrebbero apparire leggermente arrotondati. |
| Raccomandazione sulle dimensioni | Possiamo fornire pezzi fusi in uretano fino a 1900 mm di lunghezza. |
spessore parete
Le parti in plastica prodotte utilizzando la fusione di poliuretano devono avere uno spessore di parete minimo di 0.040 pollici (1 mm), sebbene alcune parti piccole possano avere spessori di parete fino a 0.020 pollici (0.5 mm). Le parti più grandi solitamente richiedono pareti più spesse per garantire l'integrità strutturale della parte.
La fusione del poliuretano consente alle parti di avere spessori di parete diversi o geometrie irregolari, ma tali progettazioni di parti dovrebbero essere eseguite solo quando assolutamente necessario. Mantenere uno spessore costante aiuta a ridurre al minimo la possibilità di ritiro e deformazione eccessivi durante il processo di polimerizzazione.
Sottoquotazione e redazione
Sebbene i sottosquadri possano complicare i progetti di stampaggio a iniezione, la natura flessibile degli stampi in silicone utilizzati nella fusione del poliuretano spesso consente di rimuovere le parti facilmente e senza danni.
Lo stesso vale per gli angoli di sformo: sono necessari per espellere un pezzo da uno stampo metallico, ma sono meno importanti per le parti colate in poliuretano. Detto questo, incorporando un angolo di sformo di 3-5 gradi nella progettazione del pezzo è possibile ridurre significativamente la sollecitazione sullo stampo e prolungarne il ciclo di vita.
Gabbia toracica
Le nervature aggiungono stabilità e resistenza, ma è importante assicurarsi che siano orientate in modo da massimizzare la rigidità alla flessione del muro che supportano. Come regola generale, l'altezza di una nervatura non deve essere superiore a tre volte la sua larghezza e la larghezza nel punto in cui la nervatura incontra la parete della parte deve essere compresa tra il 40 e il 60% dello spessore della parete. Infine, per massimizzare la resistenza della nervatura, il raggio di raccordo di tutti gli angoli interni deve essere almeno il 25% dello spessore della parete della parte.
Bosses
Le borchie consentono il collegamento sicuro di componenti di accoppiamento tramite l'uso di viti, perni e altri elementi di fissaggio. Come per le nervature, il raggio della base dovrebbe essere circa il 25% dello spessore della parete della parte, che in questo caso ha l'ulteriore vantaggio di aiutare a prevenire la bruciatura dell'elemento di fissaggio una volta installato nella borchia.
Per gli angoli interni della sporgenza è necessario utilizzare un raggio di raccordo di 0.060 mm (1.5 pollici) per ridurre al minimo lo spessore e ridurre il rischio di ammaccature. Anche garantire che la borchia non superi il 60% dello spessore nominale della parete contribuirà a ridurre al minimo il ritiro.
Approfitta degli odierni vantaggi della fusione del poliuretano
I vantaggi della fusione del poliuretano (tempi di consegna brevi, costi bassi, flessibilità di progettazione e materiale e altro ancora) possono essere veramente ripagati solo se si seguono le migliori pratiche di progettazione e produzione. Ciò significa prestare attenzione a variabili come le proprietà del materiale di fusione del poliuretano, le tolleranze generali delle parti in gomma e tutto il resto che può diventare rapidamente complicato senza l'aiuto di un partner di produzione esperto.