Odlewanie próżniowe (odlew poliuretanowy) to idealne rozwiązanie do szybkiego prototypowania i taniej, niskoseryjnej produkcji części z tworzyw sztucznych. Forma wzorcowa jest tania w wykonaniu i tak precyzyjnie wykonana, że powstałe części z tworzyw sztucznych wymagają niewielkiej lub żadnej postprodukcji. Każda forma wzorcowa może wyprodukować około 25-30 kopii, które można szybko wyprodukować w krótkim czasie. W przypadku małoseryjnej produkcji części z tworzyw sztucznych odlewanie poliuretanu jest bardziej ekonomiczne niż formowanie wtryskowe. Odlewanie próżniowe kontrastuje z twardymi formami wymaganymi do formowania wtryskowego. Podczas gdy formowanie wtryskowe wymaga drogich i pracochłonnych narzędzi, odlewanie poliuretanu wykorzystuje elastyczne formy silikonowe, co pozwala producentom wytwarzać wysokiej jakości części z tworzyw sztucznych do końcowego zastosowania przy krótszym czasie realizacji i niższych kosztach. Z tego powodu odlewanie próżniowe jest powszechnie stosowane w formach mostowych, produkcji na małą skalę, szybkim prototypowaniu, wykonywaniu połączeń i wytwarzaniu części z tworzyw sztucznych z drobnymi szczegółami.
Uwaga: Odlewanie próżniowe nazywane jest również odlewaniem poliuretanowym lub odlewaniem uretanowym. W tym artykule te terminy będą używane zamiennie.
Proces odlewania poliuretanu polega najpierw na stworzeniu modelu głównego – zasadniczo repliki końcowej części (zwykle drukowanej w 3D lub obrabianej CNC). Odlewanie próżniowe to proces produkcyjny podobny do formowania wtryskowego, podczas którego żywica poliuretanowa jest wlewana do wnęki pomiędzy dwiema połówkami formy silikonowej. W ramach wymagającej wysokich kwalifikacji procedury model główny jest replikowany poprzez wylanie wokół niego silikonowej formy. Główną formę przecina się na pół i po usunięciu głównej formy dodaje się systemy zalewania i wentylacji. Następnie szybki wykonawca wlewa żywicę na bazie poliuretanu do powstałej wnęki i utwardza ją w próżni, aby zapobiec przedostawaniu się pęcherzyków powietrza.
Wynik: bardzo dokładne odwzorowanie oryginalnego produktu.
Wykonanie prototypu poliuretanowego odlewu próżniowego obejmuje 3 kluczowych kroków: tworzenie modelu głównego, tworzenie formy i odlewanie części:
Krok 1. Model główny lub wzór główny
Wzór główny to fizyczna jednostka projektu CAD. Muszą wytrzymywać temperatury do 40°C. Zwykle są produkowane przy użyciu Obróbka CNC or 3D drukowanie technologie takie jak SLA/SLS. Ponieważ te technologie tworzą produkty o wysokiej rozdzielczości i naturalnie gładkie.
Krok 2. Zrób formę
Do wykonywania form odlewniczych stosuje się płynny silikon. Wlej ten silikon do pudełka odlewniczego wokół głównego modelu. Silikon zawiera wszystkie cechy modelu głównego i utwardza się w piekarniku przez 16 godzin. Po stwardnieniu forma jest rozcinana i usuwana jest forma wzorcowa, pozostawiając wnękę o negatywowym kształcie, dokładnie taką samą jak oryginał.
Krok 3. Oddaj kopię
W końcowym etapie procesu do formy silikonowej wlewa się płynny poliuretan. Następnie formę umieszcza się w komorze, aby wyeliminować pęcherzyki powietrza z płynnej masy. W przypadku części nieprzezroczystych komora jest zwykle pod ciśnieniem. W przypadku przezroczystych części komorę często opróżnia się, aby zredukować pęcherzyki powietrza i poprawić przezroczystość. Połówki silikonu oddziela się, a nowo powstały odcinek usuwa się po stwardnieniu. Kontynuuj ten proces, aż osiągniesz żądaną ilość. Formy silikonowe mogą zazwyczaj wyprodukować około 25 replik modelu głównego.
Zastosowania odlewania próżniowego
Odlewanie próżniowe to idealny proces wytwarzania części z tworzyw sztucznych do produktów o małej objętości, które wymagają jakości zbliżonej do produkcyjnej. W procesie tym powstają bardzo szczegółowe modele wzorcowe, które są praktycznie nie do odróżnienia od produktu końcowego. Dzięki temu modele odlewane z poliuretanu idealnie nadają się do prezentacji ofert dla inwestorów, targów i fotografii komercyjnej. Ponieważ z jednej formy silikonowej można wyprodukować około 25 odlewów, odlewanie próżniowe umożliwia także firmie wprowadzenie na rynek pierwszej serii produktów do wczesnych testów rynkowych.
Jeśli projekt wymaga większej ilości części z tworzywa sztucznego, istnieje kilka różnych opcji:
- Tę samą formę główną można ponownie wykorzystać do stworzenia dodatkowych form silikonowych.
- Do tworzenia form wielogniazdowych można używać wielu modeli głównych.
- Twórcy form mogą używać silikonu lub gumy do wulkanizacji w wysokiej temperaturze (HTV) zamiast silikonu do wulkanizacji w temperaturze pokojowej (RTV). Dzięki temu formy są trwalsze, wydłużając żywotność każdej formy nawet do 300-500 odlewów.
Przy czasie realizacji wynoszącym zaledwie około 10 dni od wykonania modelu głównego do otrzymania odlanego produktu z tworzywa sztucznego, odlewanie próżniowe nadaje się nie tylko do szybkiego prototypowania, ale także do produkcji mostów bez dużych inwestycji początkowych, jakie wiążą się z produkcją klasy przemysłowej procesów produkcyjnych, takich jak formowanie wtryskowe. , termoformowanie i odlewanie rotacyjne.
Ponieważ odlewanie próżniowe umożliwia tworzenie niezwykle szczegółowych części z tworzyw sztucznych o doskonałym wykończeniu powierzchni przy użyciu różnych materiałów o szerokim zakresie właściwości mechanicznych, nadaje się do produktów końcowych o małej objętości, takich jak:
- Indywidualne wyroby medyczne, takie jak protezy, ortezy i aparaty słuchowe
- Części samochodowe: deski rozdzielcze, gałki, wskaźniki, plakietki, ozdoby na maskę, soczewki oświetleniowe, kolektory dolotowe
- Elektronika użytkowa: obudowy, sterowniki, panele interfejsu użytkownika, integracja czujników
- Kluczowe komponenty i części zamienne do robotów i maszyn przemysłowych
- Produkty konsumenckie: limitowane edycje okularów przeciwsłonecznych, długopisów, etui na telefony
- Prace plastyczne, posągi, modele w zmniejszonej skali, rekwizyty
Projekt pod kątem możliwości produkcyjnych do odlewania próżniowego
Poliuretanowe materiały odlewnicze są w stanie zapewnić właściwości użytkowe porównywalne z tworzywami termoplastycznymi stosowanymi w procesie formowania wtryskowego. Jednakże, podobnie jak inne metody produkcji, proces odlewania próżniowego wysokiej jakości części, które spełniają wszystkie wymagania eksploatacyjne, również wymaga od zespołów projektowych przestrzegania projektu pod kątem wykonalności (DFM) najlepsze praktyki. Oto kilka najważniejszych wskazówek, o których warto pamiętać:
Tolerancje odlewania uretanu
Podczas procesu odlewania próżniowego części z tworzyw sztucznych pewien stopień zróżnicowania jest nieunikniony. Typowe tolerancje dla odlewanych części poliuretanowych wynoszą zazwyczaj około ± 0.015 cala na cal lub ± 0.003, w zależności od tego, która wartość jest większa. AN-Prototype może zapewnić węższe tolerancje w indywidualnych przypadkach.
Ogólnie rzecz biorąc, typowy jest skurcz wynoszący +0.15%. Jest to spowodowane rozszerzalnością cieplną poliuretanowego materiału odlewniczego i odpowiednim nagrzewaniem elastycznej formy silikonowej.
Ponadto należy pamiętać, że chociaż części odlewane z poliuretanu można dobrze poddać obróbce końcowej (chociaż dodatkowe procesy, takie jak polerowanie lub niestandardowe wykończenie mogą szybko zwiększyć koszty produkcji), pewne cechy konstrukcyjne, takie jak ostre rogi lub napisy, mogą wystąpić lekkie zaokrąglenia . Proces chłodzenia wpływa na definicję drobniejszych szczegółów. Oznacza to, że do głównego wzoru można dodać wykończenie imitujące wykończenie lub teksturę SPI. Można także malować odlewy poliuretanowe w kolorze Pantone, a niektóre kolory i pigmenty można także dodawać bezpośrednio do materiału odlewniczego.
| Opis Projektu | Opis Projektu |
|---|---|
| Wymiary odległości | Typowe tolerancje wynoszą +/- 0.010” lub +/- 0.003” na cal, w zależności od tego, która wartość jest większa. Nieregularne lub zbyt grube geometrie mogą powodować odchylenia lub odkształcenia skurczu. |
| Łagodzenie skurczu | Ze względu na rozszerzalność cieplną cieczy i reakcję elastycznej formy, współczynnik skurczu wyniesie +0.15%. |
| Jakość powierzchni | Wykończenie powierzchni jest zewnętrznie wygładzone, aby zapewnić satynowy lub matowy wygląd. Linie wzrostu mogą pojawić się na elementach wewnętrznych lub trudno dostępnych. |
| Definicja funkcji | Tekst i ostre rogi mogą wyglądać na nieco zaokrąglone. |
| Zalecenia dotyczące rozmiaru | Możemy dostarczyć odlewy uretanowe o długości do 1900 mm. |
grubość ściany
Części z tworzyw sztucznych wyprodukowane przy użyciu odlewu poliuretanowego powinny mieć minimalną grubość ścianki 0.040 cala (1 mm), chociaż niektóre małe części mogą mieć grubość ścianki nawet 0.020 cala (0.5 mm). Większe części zwykle wymagają grubszych ścian, aby zapewnić integralność strukturalną części.
Odlewanie poliuretanu umożliwia części o różnej grubości ścianek lub nieregularnej geometrii, ale takie projekty części należy wykonywać tylko wtedy, gdy jest to absolutnie konieczne. Utrzymanie stałej grubości pomaga zminimalizować możliwość nadmiernego skurczu i odkształcenia podczas procesu utwardzania.
Podcięcie i przeciąganie
Chociaż podcięcia mogą komplikować projekty formowania wtryskowego, elastyczny charakter form silikonowych stosowanych w odlewach poliuretanowych często umożliwia łatwe i bez uszkodzeń usuwanie części.
To samo dotyczy kątów pochylenia: są one niezbędne do wyrzucenia przedmiotu z formy metalowej, ale są mniej istotne w przypadku odlewów poliuretanowych. To powiedziawszy, uwzględnienie w projekcie części kąta pochylenia 3–5 stopni może znacznie zmniejszyć obciążenie formy i wydłużyć jej cykl życia.
Klatka piersiowa
Żebra zwiększają stabilność i wytrzymałość, ale ważne jest, aby upewnić się, że są zorientowane tak, aby zmaksymalizować sztywność zginania ściany, którą wspierają. Ogólną zasadą jest, że wysokość żebra nie powinna być większa niż trzykrotność jego szerokości, a szerokość w miejscu, w którym żebro styka się ze ścianą części, powinna wynosić od 40 do 60% grubości ścianki. Wreszcie, aby zmaksymalizować wytrzymałość żebra, promień zaokrąglenia wszystkich narożników wewnętrznych powinien wynosić co najmniej 25% grubości ścianki części.
Bossowie
Występy umożliwiają bezpieczne łączenie elementów współpracujących za pomocą śrub, kołków i innych elementów złącznych. Podobnie jak w przypadku żeber, promień podstawy powinien wynosić około 25% grubości ścianki części, co w tym przypadku ma dodatkową zaletę, ponieważ pomaga zapobiegać spaleniu łącznika po zainstalowaniu w piastie.
W przypadku wewnętrznych narożników występów należy zastosować promień zaokrąglenia wynoszący 0.060 cala (1.5 mm), aby zminimalizować grubość i zmniejszyć ryzyko wgnieceń. Upewnienie się, że występ nie przekracza 60% nominalnej grubości ścianki, pomoże również zminimalizować skurcz.
Skorzystaj z zalet współczesnych odlewów poliuretanowych
Zalety odlewów poliuretanowych — krótkie terminy realizacji, niskie koszty, elastyczność projektowania i materiałów i inne — mogą naprawdę się opłacić tylko wtedy, gdy będziesz postępować zgodnie z najlepszymi praktykami projektowania i produkcji. Oznacza to zwracanie uwagi na zmienne, takie jak właściwości poliuretanowego materiału odlewniczego, ogólne tolerancje części gumowych i wszystko pomiędzy, co może szybko stać się skomplikowane bez pomocy doświadczonego partnera produkcyjnego.