Въведение
Имате дизайн, който изисква прототипиране на няколко десетки части. Цената на масово произвежданите форми е твърде висока; 3D печатът е твърде бавен, а свойствата на материалите са неподходящи. Бързото прототипиране със силикон запълва тази празнина.
Създаването на силиконови прототипи отговаря на специфични нужди. То може да произвежда множество части, които са много близки до масово произвежданите части, както по външен вид, така и по производителност. Тези части могат да се използват за тестване, валидиране и дори за производство на малки партиди. Този метод запълва разликата между създаването на единични прототипи и мащабното производство. Това е неговата цел и затова производителите го възприемат.
Защо силиконът се използва в бързото прототипиране?
Силиконът не е единственият материал за форми. Но е най-подходящ за определени задачи. Свойствата му отговарят на процеса.
Отлично възпроизвеждане на детайли
Силиконът прецизно улавя дори най-фините детайли, възпроизвеждайки вярно характеристиките на повърхността. Сложните геометрии могат да бъдат възпроизведени без загуба на детайли. Независимо дали основната матрица има остри ръбове, фин текст или сложни шарки, получените части ще им съответстват перфектно.
Свойства на гъвкавата форма
Гъвкавостта на силикона е ключово предимство. Частите с фаски могат лесно да се демонтират от форми. Извитите компоненти се отстраняват без повреди. Сложни елементи, които биха се заклещили в твърди форми, могат да бъдат чисто демонтирани в силиконови форми.
Формата е гъвкава, което позволява на частите да се освобождават естествено, без да е необходима сила или риск от разкъсване. Това прави създаването на силиконови прототипи осъществимо за дизайни, които е невъзможно да се формоват в твърди материали.
Ниска цена на инструментална екипировка и бързо производство
Металните форми могат да струват десетки хиляди долари и производството им отнема месеци. За разлика от тях, силиконовите форми струват само част от това и могат да бъдат произведени само за няколко дни. Формите могат да бъдат изрязани от мастер-форма или отливка. Времето за изпълнение е кратко. За прототипиране и производство на малки партиди тази структура на разходите предлага значително предимство.
Широка съвместимост на материалите
Силиконовите форми са съвместими с голямо разнообразие от материали. Полиуретановите смоли обикновено се използват за производство както на твърди, така и на гъвкави части. Материалите на основата на каучук осигуряват еластомерни свойства, докато инженерните пластмаси предлагат структурни характеристики. Отливането на силиконови еластомери в силиконови форми произвежда меки части, подходящи за контакт с кожата. Този процес може да бъде пригоден за специфични приложения.
Тези четири предимства правят силикона стандартния материал за бързо прототипиране на силикон. Той е бърз, рентабилен, способен да възпроизвежда фини детайли и подходящ за сложни форми. Никой друг материал за форми не предлага всичките четири предимства. Ето защо той доминира в тази област.
Как работи бързото прототипиране на силикон?
Създаване на главен модел
Главният калъп определя детайла. Има три метода за създаване на главен калъп.
| CNC обработка | Включва рязане от плътен материал, което води до висока прецизност и изключително гладка повърхност. |
| 3D печат SLA | Използването на течна смола позволява получаването на гладки повърхности и фини детайли. |
| SLS печат | Използването на прахообразен материал води до по-висока якост в сравнение с SLA процеса. |
Въпреки че съществуват и други технологии за бързо прототипиране, тези три обхващат повечето сценарии на приложение.
Главната матрица определя горната граница на прецизността и качеството на повърхността на крайния прототип.
Грубата мастер-форма ще произведе груби отливки; полирана мастер-форма ще произведе полирани отливки. Повърхностното покритие на мастер-формата се пренася директно върху детайла. Всяка драскотина, всяка линия на слоя и всяка следа от инструмента ще бъдат възпроизведени точно.
Преди производството на матрицата, главната матрица трябва да бъде обработена по необходимите стандарти.
Изработка на силиконови форми
Инженерът поставя главната матрица в кутията за матрици, след което смесва течния силиконов каучук и го дегазира, за да отстрани въздушните мехурчета. Накрая силиконът се излива около главната матрица. След като силиконът се втвърди, главната матрица се отстранява и матрицата е завършена.
Предимствата са очевидни: може точно да възпроизведе детайлите на повърхността; повърхността на матрицата е гладка и може да бъде напълно пренесена върху детайла; и може да възпроизвежда сложни форми, включително подрязвания и извити повърхности.
Силиконовите форми за прототипиране обикновено издържат от 20 до 50 отливки. Точният брой зависи от материала на отливката, геометрията на детайла и вниманието, което се полага по време на изваждането от формата. Това е достатъчно за производство на малки партиди. За производство на големи обеми могат да се направят множество форми, използвайки една и съща главна форма.
Леене на прототипи
Работниците изливат материала за отливане (смола или силикон) във формата. Вакуумното леене на силикон премахва въздушните мехурчета преди и по време на изливането. Вакуумната среда гарантира, че формата е напълно запълнена, което води до детайл без пори. След като детайлът се втвърди, той се изважда от формата и се подлага на последваща обработка: подрязване на отвора и почистване на повърхността. Силиконовите прототипи са готови за проверка и тестване.
Частите, произведени по този процес, са идентични с мастер матрицата по отношение на геометрия и повърхностна обработка. Свойствата на материалите им са сравними с тези на масово произвежданите части. Въпреки че единичната цена е по-висока от тази на шприцването, цената на матрицата е само малка част от последната. За производствени серии от 20 до 50 броя това е най-рентабилното решение. Това е ценното предложение на бързото прототипиране на силикон.
Често срещани процеси за бързо прототипиране на силикон
Силиконова вакуумна отливка
Първо, създайте главен модел, който след това се използва за изработка на силиконова матрица. Поставете матрицата във вакуумна камера, изсипете смола или силикон в нея под вакуум, за да отстраните въздушните мехурчета, и след като детайлът се втвърди, отворете матрицата и извадете готовия продукт.
Предимства
Формата директно придава висококачествено повърхностно покритие на детайла, гарантирайки, че външният му вид съответства на очаквания краен продукт. Освен това, тъй като формата е изработена от силикон, а не от стомана, цената на производството на малки партиди е по-ниска.
Вакуумното леене на силикон произвежда силиконови прототипи, които изглеждат и се усещат като производствени компоненти. Те се отличават с висококачествено повърхностно покритие с ясни и остри детайли. Свойствата на материала са близки до тези на пластмасите и еластомерите за масово производство. Ето защо този процес е най-разпространеният при бързото прототипиране на силикон.
Приложения
Приложенията включват корпуси и бутони за потребителска електроника, компоненти и уплътнения за автомобилен интериор, както и прототипи за медицински устройства, изискващи биосъвместими материали и гладки повърхности. Този процес е подходящ за всяко приложение, където външният вид, усещането и функционалността трябва да бъдат валидирани, преди да се включат в масово производство.
Силиконова пресована формовка
Силиконовият материал се поставя в загрятата кухина на матрицата. Формата се затваря. Топлината и налягането карат материала да се влее в кухината, където след това се втвърдява. Формата се отваря и детайлът се изважда.
Създаването на прототипи от силикон, използващ процеса на компресионно формоване, е идеално за гумени части. Уплътнения, гарнитури и гъвкави компоненти са често срещани приложения. Тъй като този процес е идентичен с масовото производство, макар и в по-малък мащаб, свойствата на материала отговарят на стандартите за масово производство.
За малки обеми, компресионното формоване е по-бавно от вакуумното леене. Въпреки това, то може да обработва материали с лоши свойства на течливост. Високовискозен силикон, флуоросиликон и пълнители са по-лесни за формоване чрез компресионно формоване, отколкото вакуумно леене. Произведените по този начин силиконови прототипи са функционално идентични с производствените части.
Компромисът е във времето. Изработването на матриците отнема няколко седмици, а настройката изисква няколко часа. За малки серии бързо прототипиране на силикон, вакуумното леене обикновено е по-бързо. Въпреки това, за части, които трябва да използват абсолютно същите материали и процеси като масовото производство, компресионното леене е най-добрият избор. Конкретният избор зависи от приложението.
Инжекционно формоване с течен силиконов каучук (LSR).
Смесват се двата течни компонента. Машината инжектира сместа в загрята форма, където силиконът се втвърдява вътре в кухината. След това работниците изваждат готовите части от формата.
Предимства
Последователност и скорост. Вариациите между инжекциите са минимални, а времената за цикъл са кратки. Това е производственият процес за силиконови части с голям обем. Използва се и за производство на силикон с малък обем, когато геометрията на детайла оправдава инвестицията в инструментална екипировка.
Създаването на прототипи от силикон с шприцване чрез LSR е рядкост. Цената на матриците е висока, а процесът на отстраняване на грешки е сложен. За производство на малки партиди, вакуумното леене обикновено е по-икономично; за производство на големи обеми, шприцването чрез LSR е единственият икономичен вариант. Точката на рентабилност между двете зависи от размера, геометрията и материала на детайла.
Силиконово покритие
Силиконът може да се формова директно върху други материали, като например пластмасови вложки и метални компоненти. По време на процеса на втвърдяване силиконът образува химически връзки, елиминирайки необходимостта от лепила.
Приложения
Меки дръжки за инструменти и електронни устройства; носими устройства с повърхности, които влизат в контакт с кожата; и дръжки на медицински изделия, които изискват неплъзгащи се повърхности и са лесни за почистване.
За бързото прототипиране на силикон, формоването чрез преформоване е предизвикателство. Първо трябва да се произведат вложки, а матрицата трябва да може да ги побере. Процесът на настройка е по-сложен от простото леене. Въпреки това, за функционално тестване на сглобени компоненти, това понякога е единствената опция. Прототипът се представя последователно с крайния продукт, което позволява проверка на неговото усещане, прилягане и производителност преди производството на производствени матрици.
Услуги за бързо прототипиране на силиконови изделия в NOBLE
NOBLE е водеща производствена компания. Основните ѝ бизнес области включват металообработка, производство на пластмаси, бързо прототипиране, производство на малки партиди и производство на части по поръчка. Ние подкрепяме нашите клиенти през целия цикъл на разработване на продукта.
NOBLE помага на компаниите да превърнат концепциите във функционални прототипи и готови за производство части. За разлика от доставчиците, които предлагат само услуги за създаване на прототипи, NOBLE предоставя цялостни производствени решения, вариращи от съдействие при проектирането до окончателното сглобяване.
Възможностите на NOBLE за бързо прототипиране на силиконови изделия
Бързото прототипиране на силикон в NOBLE е интегрирано с други услуги. Поддръжката на дизайна е директно включена в производствения процес. CNC обработката произвежда мастер-форми. Шприцването отговаря на нуждите на масовото производство. Сглобяването и повърхностната обработка довеждат продукта до крайната му форма. Целият процес се управлява от един доставчик.
Стандарти за качество и сертификати
Системата за качество е сертифицирана и е добре документирана.
ISO 9001:2015 обхваща общото управление на качеството. Контролът на производствения процес осигурява повторяемост на резултатите; процедурите за инспекция проверяват размерите и качеството на повърхността.
ISO 13485:2016 добавя строгите изисквания, необходими за производството на медицински изделия – по-строга проследимост и по-строго валидиране на процесите.
Често задавани въпроси за бързото прототипиране на силикон
Силиконът използва ли се като материал за прототипа или като материал за матрицата?
И двете. Силиконът може да служи и за двете цели. В повечето приложения за бързо прототипиране на силикон, силиконът се използва за създаване на гъвкави форми. Тези форми се използват за производство на прототипи чрез изливане на смола, полиуретан или силиконови материали в тях.
Колко части може да произведе една силиконова форма?
Типична силиконова матрица може да произведе приблизително от 20 до 50 части. Действителният експлоатационен живот зависи от геометрията на детайла, материала за отливане, дизайна на матрицата и условията на работа. По-голям брой части могат да бъдат произведени, когато геометрията е проста и се използват нисковискозни смоли; обратно, по-малко части могат да бъдат произведени, когато геометрията е сложна и се използват пълнители. Формата се износва. Това е очаквано.
Колко точни са силиконовите прототипи?
Вакуумното леене на силикон постига отлично възпроизвеждане на детайлите. Нивото на прецизност зависи от качеството на матрицата, избора на силиконов материал, размерите и геометрията на детайлите, както и от контрола на процеса на леене. Полирана матрица, комбинирана със стабилна силиконова матрица, може да произведе части, които отговарят на проектните изисквания и строги допуски; обратно, груба матрица, съчетана с лошо изработена матрица, ще доведе до дефектни части.
Как се сравнява бързото прототипиране на силикон с шприцването?
Силиконовите форми за прототипиране са по-евтини и изискват по-малко време за подготовка, което ги прави подходящи за производство на малки партиди. Инструментите за шприцване са по-скъпи и изискват повече време за подготовка, но водят до по-ниска цена на единица при производство с голям обем, което ги прави по-подходящи за мащабно производство и дългосрочно производство.
Кога трябва да избера бързо прототипиране на силикон?
Когато имате нужда от 10 до 100 или повече прототипа на части, гъвкави или гумени компоненти, бързо валидиране на дизайна или нискобюджетно преходно производство, изберете бързо прототипиране със силикон. Този процес произвежда части с качество, сравнимо с масово произвежданите части, без да са необходими производствени форми.
Може ли NOBLE да предостави услуги за бързо прототипиране на силиконови материали от проектирането до производството?
Разбира се! NOBLE предоставя цялостна поддръжка.
Прегледът на дизайна помага за ранното идентифициране на проблеми. Създаването на прототипи се използва за валидиране на дизайна. Шприцването на силикон се използва за създаване на матрици. Машинната обработка на пластмаси и метал се използва за обработка на други компоненти. Повърхностната обработка нанася финалните щрихи на частите. Сглобяването обединява всички компоненти. Производствената поддръжка може да се регулира гъвкаво с увеличаване на обема на производство.
