Úvod
Máte návrh, který vyžaduje prototypování několika desítek dílů. Náklady na hromadnou výrobu forem jsou příliš vysoké, 3D tisk je příliš pomalý a vlastnosti materiálu jsou nevhodné. Rychlé prototypování silikonu tuto mezeru vyplňuje.
Prototypování silikonu splňuje specifické potřeby. Dokáže vyrobit více dílů, které se vzhledem i výkonem velmi podobají sériově vyráběným dílům. Tyto díly lze použít pro testování, validaci a dokonce i pro malosériovou výrobu. Tato metoda překlenuje mezeru mezi prototypováním jednotlivých kusů a velkovýrobou. To je její účel a důvod, proč ji výrobci přijímají.
Proč se silikon používá v rychlém prototypování?
Silikon není jediným materiálem pro formy. Ale pro určité úkoly je nejlepší. Jeho vlastnosti odpovídají danému procesu.
Vynikající replikace detailů
Silikon přesně zachycuje i ty nejjemnější detaily a věrně reprodukuje povrchové prvky. Složité geometrie lze reprodukovat bez ztráty detailů. Ať už má hlavní forma ostré hrany, jemný text nebo složité vzory, výsledné díly s ní budou dokonale odpovídat.
Vlastnosti flexibilní formy
Flexibilita silikonu je klíčovou výhodou. Díly se zkoseními lze snadno vyjmout z formy. Zakřivené součásti lze odstranit bez poškození. Složité prvky, které by se v tuhých formách zasekávaly, lze v silikonových formách čistě vyjmout z formy.
Forma je ohebná, což umožňuje přirozené uvolňování dílů bez nutnosti použití síly nebo rizika roztržení. Díky tomu je možné vytvářet prototypy ze silikonu i pro návrhy, které nelze formovat z pevných materiálů.
Nízké náklady na nástroje a rychlá výroba
Kovové formy mohou stát desítky tisíc dolarů a jejich výroba trvá měsíce. Naproti tomu silikonové formy stojí jen zlomek této ceny a lze je vyrobit během několika dní. Formy lze vyřezat z hlavní formy nebo odlitku. Dodací lhůty jsou krátké. Pro prototypování a malosériovou výrobu nabízí tato cenová struktura značnou výhodu.
Široká materiálová kompatibilita
Silikonové formy jsou kompatibilní s širokou škálou materiálů. Polyuretanové pryskyřice se běžně používají k výrobě tuhých i pružných dílů. Materiály na bázi pryže poskytují elastomerní vlastnosti, zatímco technické plasty nabízejí konstrukční vlastnosti. Odlévání silikonových elastomerů do silikonových forem vytváří měkké díly vhodné pro kontakt s kůží. Tento proces lze přizpůsobit specifickým aplikacím.
Díky těmto čtyřem výhodám je silikon standardním materiálem pro rychlé prototypování silikonu. Je rychlý, cenově dostupný, schopný reprodukovat jemné detaily a vhodný pro složité tvary. Žádný jiný materiál pro formy nenabízí všechny tyto čtyři výhody. Proto v této oblasti dominuje.
Jak funguje rychlé prototypování silikonu?
Vytvořte hlavní model
Hlavní forma definuje součást. Existují tři metody pro vytvoření hlavní formy.
| CNC obrábění | Zahrnuje řezání z plného materiálu, což vede k vysoké přesnosti a výjimečně hladkému povrchu. |
| 3D tisk SLA | Použití tekuté pryskyřice umožňuje hladké povrchy a jemné detaily. |
| SLS tisk | Použití práškového materiálu má za následek vyšší pevnost než proces SLA. |
Ačkoli existují i jiné technologie rychlého prototypování, tyto tři pokrývají většinu aplikačních scénářů.
Hlavní forma určuje horní hranici přesnosti a kvality povrchu finálního prototypu.
Hrubá hlavní forma vytvoří hrubé odlitky; leštěná hlavní forma vytvoří leštěné odlitky. Povrchová úprava hlavní formy se přímo přenáší na díl. Každý škrábanec, každá vrstva a každá stopa po nástroji budou přesně replikovány.
Před výrobou formy musí být hlavní forma opracována podle požadovaných norem.
Výroba silikonových forem
Technik umístí hlavní formu do boxu formy, poté smíchá tekutý silikonový kaučuk a odplyní ho, aby se odstranily vzduchové bubliny. Nakonec se silikon nalije kolem hlavní formy. Jakmile silikon vytvrdne, hlavní forma se vyjme a forma je hotová.
Výhody jsou zřejmé: dokáže přesně reprodukovat detaily povrchu; povrch formy je hladký a lze jej plně přenést na díl; a dokáže reprodukovat složité tvary, včetně podřezání a zakřivených ploch.
Silikonové prototypové formy obvykle vydrží 20 až 50 odlitků. Přesný počet závisí na materiálu odlitku, geometrii dílu a opatrnosti věnované vyjímání z formy. To je dostatečné pro malosériovou výrobu. Pro velkosériovou výrobu lze vyrobit více forem s použitím stejné hlavní formy.
Odlévání prototypů
Dělníci nalévají odlévací materiál (pryskyřici nebo silikon) do formy. Vakuové lití silikonu odstraňuje vzduchové bubliny před a během odlévání. Vakuové prostředí zajišťuje, že forma je zcela naplněna, což vede k dílu bez pórů. Po vytvrzení se díl vyjme z formy a podrobí se následnému zpracování: oříznutí otvoru a čištění povrchu. Silikonové prototypy dílů jsou připraveny ke kontrole a testování.
Díly vyrobené tímto procesem jsou z hlediska geometrie a povrchové úpravy identické s hlavní formou. Jejich materiálové vlastnosti jsou srovnatelné s vlastnostmi sériově vyráběných dílů. Přestože jednotkové náklady jsou vyšší než u vstřikování plastů, náklady na formu jsou jen zlomkem těchto nákladů. Pro výrobní série 20 až 50 kusů se jedná o cenově nejvýhodnější řešení. To je výhoda rychlého prototypování silikonu.
Běžné procesy rychlého prototypování silikonu
Silikonové vakuové lití
Nejprve vytvořte hlavní model, který se poté použije k výrobě silikonové formy. Formu umístěte do vakuové komory, nalijte do ní pryskyřici nebo silikon pod vakuem, abyste odstranili vzduchové bubliny, a jakmile díl vytvrdne, formu otevřete a vyjměte hotový výrobek.
Výhody
Forma přímo dodává dílu vysoce kvalitní povrchovou úpravu, která zajišťuje, že jeho vzhled odpovídá očekávanému konečnému produktu. Navíc, protože je forma vyrobena ze silikonu namísto oceli, jsou náklady na malosériovou výrobu nižší.
Vakuové lití silikonu vytváří prototypové díly ze silikonu, které vypadají a působí jako sériově vyráběné komponenty. Vyznačují se vysokou povrchovou úpravou s jasnými a ostrými detaily. Vlastnosti materiálu se blíží vlastnostem plastů a elastomeru používaných v hromadné výrobě. Proto je tento proces nejběžnějším v rychlém prototypování silikonu.
Aplikace
Mezi aplikace patří pouzdra a tlačítka pro spotřební elektroniku, interiérové komponenty a těsnění automobilů, stejně jako prototypy pro zdravotnické prostředky vyžadující biokompatibilní materiály a hladké povrchy. Tento proces je vhodný pro jakoukoli aplikaci, kde je třeba před zahájením hromadné výroby ověřit vzhled, pocit a funkčnost.
Silikonové lisování
Silikonový materiál se umístí do vyhřáté dutiny formy. Forma se uzavře. Teplo a tlak způsobí, že materiál proudí do dutiny, kde poté vytvrzuje. Forma se otevře a díl se vyjme.
Prototypování silikonu pomocí procesu lisování je ideální pro pryžové díly. Běžnými aplikacemi jsou těsnění, těsnicí vložky a flexibilní komponenty. Vzhledem k tomu, že tento proces je identický s hromadnou výrobou – i když v menším měřítku – vlastnosti materiálu splňují standardy hromadné výroby.
Pro malé objemy je kompresní vstřikování pomalejší než vakuové lití. Dokáže však zpracovat materiály se špatnými tekutými vlastnostmi. Vysoce viskózní silikon, fluorosilikon a plněné směsi se snáze tvářejí kompresním vstřikováním než vakuovým litím. Silikonové prototypové díly vyrobené tímto způsobem jsou funkčně identické s díly vyrobenými ve výrobě.
Nevýhodou je čas. Výroba forem trvá několik týdnů a nastavení vyžaduje několik hodin. Pro malé série silikonových rychlých prototypů je vakuové lití obvykle rychlejší. Pro díly, které musí používat přesně stejné materiály a procesy jako hromadná výroba, je však nejlepší volbou kompresní vstřikování. Konkrétní volba závisí na aplikaci.
Liquid Silicon Rubber (LSR) vstřikování
Smíchejte obě tekuté složky. Stroj vstřikuje směs do vyhřáté formy, kde silikon uvnitř dutiny vytvrzuje. Pracovníci poté vyjmou hotové díly z formy.
Výhody
Konzistence a rychlost. Rozdíly mezi vstřiky jsou minimální a doby cyklů jsou krátké. Toto je výrobní proces pro velkoobjemovou výrobu silikonových dílů. Používá se také pro maloobjemovou výrobu silikonu, pokud geometrie dílu odůvodňuje investici do nástrojů.
Prototypování silikonu vstřikováním LSR je vzácné. Náklady na formy jsou vysoké a proces ladění je složitý. Pro malosériovou výrobu je vakuové lití obvykle ekonomičtější; pro velkosériovou výrobu je vstřikování LSR jedinou ekonomickou možností. Bod zlomu mezi těmito dvěma možnostmi závisí na velikosti, geometrii a materiálu dílu.
Silikonové přelití
Silikon lze přímo nanášet na jiné materiály, jako jsou plastové vložky a kovové součásti. Během procesu vytvrzování silikon vytváří chemické vazby, čímž eliminuje potřebu lepidel.
Aplikace
Měkké rukojeti pro nářadí a elektronická zařízení; nositelná zařízení s povrchy, které přicházejí do kontaktu s kůží; a rukojeti zdravotnických prostředků, které vyžadují protiskluzový povrch a snadno se čistí.
Pro rychlé prototypování silikonu je zalévání náročné. Nejprve je nutné vyrobit vložky a forma je musí být schopna pojmout. Proces nastavení je složitější než jednoduché odlévání. Pro funkční testování sestavených součástí je to však někdy jediná možnost. Prototyp funguje konzistentně s konečným výrobkem, což umožňuje ověřit jeho pocit, usazení a výkon před výrobou forem pro výrobu.
Služby rychlého prototypování silikonu ve společnosti NOBLE
NOBLE je přední výrobní společnost. Mezi její hlavní oblasti podnikání patří kovovýroba, výroba plastů, rychlé prototypování, malosériová výroba a výroba zakázkových dílů. Naše klienty podporujeme v celém cyklu vývoje produktu.
NOBLE pomáhá firmám proměnit koncepty ve funkční prototypy a díly připravené k výrobě. Na rozdíl od dodavatelů, kteří nabízejí pouze prototypovací služby, NOBLE poskytuje komplexní výrobní řešení od pomoci s návrhem až po finální montáž.
Schopnosti NOBLE pro rychlé prototypování silikonu
Rychlé prototypování silikonu ve společnosti NOBLE je integrováno s dalšími službami. Podpora návrhu je přímo začleněna do výrobního procesu. CNC obrábění produkuje hlavní formy. Vstřikování plastů splňuje potřeby hromadné výroby. Montáž a povrchová úprava dovádějí produkt do finální podoby. Celý proces je řízen jedním dodavatelem.
Standardy kvality a certifikace
Systém jakosti je certifikovaný a je dobře zdokumentovaný.
Norma ISO 9001:2015 se zabývá obecným řízením kvality. Kontroly výrobního procesu zajišťují opakovatelnost výsledků; inspekční postupy ověřují rozměry a kvalitu povrchu.
Norma ISO 13485:2016 přidává přísné požadavky nezbytné pro výrobu zdravotnických prostředků – důslednější sledovatelnost a přísnější validaci procesů.
Nejčastější dotazy k rychlému prototypování silikonu
Používá se silikon jako materiál prototypu nebo jako materiál formy?
Obojí. Silikon může sloužit oběma účelům. Ve většině aplikací rychlého prototypování silikonu se silikon používá k vytváření flexibilních forem. Tyto formy se používají k výrobě prototypových dílů litím pryskyřičných, polyuretanových nebo silikonových materiálů do nich.
Kolik dílů lze vyrobit ze silikonové formy?
Typická silikonová forma dokáže vyrobit přibližně 20 až 50 dílů. Skutečná životnost závisí na geometrii dílu, materiálu odlitku, konstrukci formy a provozních podmínkách. Větší počet dílů lze vyrobit, pokud je geometrie jednoduchá a používají se pryskyřice s nízkou viskozitou; naopak méně dílů lze vyrobit, pokud je geometrie složitá a používají se plněné materiály. Forma se opotřebovává. To se očekává.
Jak přesné jsou silikonové prototypové díly?
Vakuové lití silikonu dosahuje vynikající reprodukce detailů. Úroveň přesnosti závisí na kvalitě hlavní formy, volbě silikonového materiálu, rozměrech a geometrii dílu a na řízení procesu odlévání. Leštěná hlavní forma v kombinaci se stabilní silikonovou formou může produkovat díly, které splňují konstrukční požadavky a přísné tolerance; naopak hrubá hlavní forma v kombinaci se špatně vyrobenou formou povede k vadným dílům.
Jak si rychlé prototypování silikonu vede v porovnání se vstřikováním plastů?
Silikonové prototypové formy jsou levnější a vyžadují kratší dobu přípravy, takže jsou vhodné pro malosériovou výrobu. Vstřikovací nástroje jsou dražší a vyžadují delší dobu přípravy, ale při velkosériové výrobě mají za následek nižší náklady na jednotku, takže jsou vhodnější pro velkovýrobu a dlouhodobou výrobu.
Kdy bych si měl/a zvolit rychlé prototypování silikonu?
Pokud potřebujete 10 až 100 a více prototypových dílů, flexibilních nebo pryžových komponentů, rychlé ověření návrhu nebo nízkonákladovou přechodnou výrobu, zvolte rychlé prototypování silikonu. Tento proces produkuje díly srovnatelné s kvalitou sériově vyráběných dílů bez nutnosti použití výrobních forem.
Může NOBLE poskytovat služby rychlého prototypování silikonu od návrhu až po výrobu?
Samozřejmě! NOBLE poskytuje komplexní podporu.
Kontrola návrhu pomáhá včas identifikovat problémy. Prototypování se používá k ověření návrhu. Vstřikování silikonu se používá k výrobě forem. Obrábění plastů a kovů se zabývá dalšími součástmi. Povrchová úprava dodává dílům finální vzhled. Montáž spojuje všechny součásti dohromady. Podporu výroby lze flexibilně upravovat s rostoucími objemy výroby.
