Introduktion
Du har et design, der kræver prototyping af flere dusin dele. Omkostningerne ved masseproduktionsforme er for høje; 3D-printning er for langsom, og materialeegenskaberne er uegnede. Silikone rapid prototyping dækker dette hul.
Silikoneprototyping opfylder specifikke behov. Det kan producere flere dele, der både i udseende og ydeevne ligner masseproducerede dele. Disse dele kan bruges til test, validering og endda produktion i små serier. Denne metode bygger bro mellem prototyping af enkeltstående dele og storskalaproduktion. Det er dens formål, og det er derfor, producenterne anvender den.
Hvorfor bruges silikone i hurtig prototyping?
Silikone er ikke det eneste formmateriale. Men det er bedst til bestemte opgaver. Egenskaberne passer til processen.
Fremragende detaljereplikation
Silikone indfanger præcist selv de fineste detaljer og gengiver overfladeegenskaber trofast. Komplekse geometrier kan reproduceres uden tab af detaljer. Uanset om masterformen har skarpe kanter, fin tekst eller indviklede mønstre, vil de resulterende dele matche den perfekt.
Egenskaber for fleksibel form
Silikonens fleksibilitet er en vigtig fordel. Dele med affasninger kan nemt tages ud af formen. Buede komponenter fjernes uden at beskadiges. Komplekse elementer, der ville sætte sig fast i stive forme, kan nemt tages ud af formen i silikoneforme.
Formen er bøjelig, hvilket gør det muligt for dele at frigøre sig naturligt uden behov for kraft eller risiko for at rive i stykker. Dette gør silikoneprototyping mulig til designs, der er umulige at støbe i stive materialer.
Lave værktøjsomkostninger og hurtig produktion
Metalforme kan koste titusindvis af dollars og tage måneder at producere. Silikoneforme koster derimod kun en brøkdel af det og kan produceres på blot et par dage. Forme kan skæres ud fra en masterform eller støbeform. Leveringstiderne er korte. Til prototypefremstilling og produktion i små serier giver denne omkostningsstruktur en betydelig fordel.
Bred materialekompatibilitet
Silikoneforme er kompatible med en bred vifte af materialer. Polyurethanharpikser bruges almindeligvis til at fremstille både stive og fleksible dele. Gummibaserede materialer giver elastomere egenskaber, mens tekniske plasttyper tilbyder strukturel ydeevne. Støbning af silikoneelastomerer i silikoneforme producerer bløde dele, der er egnede til hudkontakt. Denne proces kan skræddersys til specifikke anvendelser.
Disse fire fordele gør silikone til standardmaterialet til hurtig prototyping af silikone. Det er hurtigt, omkostningseffektivt, i stand til at reproducere fine detaljer og egnet til komplekse former. Intet andet formmateriale tilbyder alle fire disse fordele. Derfor dominerer det dette felt.
Hvordan fungerer hurtig prototyping af silikone?
Opret mastermodellen
Masterformen definerer emnet. Der er tre metoder til at oprette en masterform.
| CNC Machining | Indebærer skæring i massivt materiale, hvilket resulterer i høj præcision og en usædvanlig glat overfladefinish. |
| SLA 3D -udskrivning | Brugen af flydende harpiks muliggør glatte overflader og fine detaljer. |
| SLS-udskrivning | Brugen af pulvermateriale resulterer i højere styrke end SLA-processen. |
Selvom der findes andre rapid prototyping-teknologier, dækker disse tre de fleste anvendelsesscenarier.
Masterformen bestemmer den øvre grænse for den endelige prototypes præcision og overfladekvalitet.
En rå masterform producerer rå støbegods; en poleret masterform producerer polerede støbegods. Masterformens overfladefinish overføres direkte til emnet. Hver ridse, hver laglinje og hvert værktøjsmærke vil blive replikeret nøjagtigt.
Før formen fremstilles, skal masterformen bearbejdes i henhold til de krævede standarder.
Silikoneformfremstilling
Ingeniøren placerer masterformen i formkassen, blander derefter den flydende silikonegummi og afgasser den for at fjerne luftbobler. Til sidst hældes silikonen rundt om masterformen. Når silikonen er hærdet, fjernes masterformen, og formen er færdig.
Fordelene er åbenlyse: den kan nøjagtigt gengive overfladedetaljer; formoverfladen er glat og kan overføres fuldt ud til emnet; og den kan gengive komplekse former, herunder underskæringer og buede overflader.
Silikoneprototypeforme overlever typisk 20 til 50 støbninger. Det nøjagtige antal afhænger af støbematerialet, delens geometri og den omhu, der udvises under afformningen. Dette er tilstrækkeligt til produktion i små serier. Til produktion i store mængder kan flere forme fremstilles ved hjælp af den samme masterform.
Prototypestøbning
Arbejderne hælder støbematerialet (harpiks eller silikone) i formen. Silikonevakuumstøbning fjerner luftbobler før og under støbningen. Vakuummiljøet sikrer, at formen er helt fyldt, hvilket resulterer i en porefri del. Efter at delen er hærdet, fjernes den fra formen og gennemgår efterbehandling: trimning af porten og rengøring af overfladen. Silikoneprototypedelene er klar til inspektion og testning.
Dele produceret ved hjælp af denne proces er identiske med masterformen med hensyn til geometri og overfladefinish. Deres materialeegenskaber er sammenlignelige med masseproducerede dele. Selvom enhedsomkostningerne er højere end ved sprøjtestøbning, er formomkostningerne kun en brøkdel af sidstnævnte. For produktionsserier på 20 til 50 stk. er dette den mest omkostningseffektive løsning. Det er værdiforslaget ved silikone rapid prototyping.
Almindelige hurtige prototypeprocesser til silikone
Silikone vakuumstøbning
Først skal du lave en mastermodel, som derefter bruges til at lave en silikoneform. Placer formen i et vakuumkammer, hæld harpiks eller silikone i den under vakuum for at fjerne luftbobler, og når delen er hærdet, åbnes formen, og det færdige produkt tages ud.
Fordele
Formen giver direkte emnet en overfladefinish af høj kvalitet, hvilket sikrer, at dets udseende matcher det forventede slutprodukt. Da formen er lavet af silikone i stedet for stål, er omkostningerne ved produktion i små serier desuden lavere.
Silikonevakuumstøbning producerer silikoneprototypedele, der ligner og føles som produktionskomponenter. De har en høj overfladefinish med klare, skarpe detaljer. Materialeegenskaberne er tæt på dem for masseproduktionsplast og elastomerer. Derfor er denne proces den mest almindelige inden for hurtig prototyping af silikone.
Applikationer
Anvendelserne omfatter huse og knapper til forbrugerelektronik, bilindvendige komponenter og tætninger samt prototyper til medicinsk udstyr, der kræver biokompatible materialer og glatte overflader. Denne proces er velegnet til enhver anvendelse, hvor udseende, følelse og funktionalitet skal valideres, før man går i gang med masseproduktion af en støbeform.
Silikone kompressionsstøbning
Silikonematerialet placeres i det opvarmede formhulrum. Formen lukker. Varme og tryk får materialet til at strømme ind i hulrummet, hvor det derefter hærder. Formen åbner sig, og delen fjernes.
Silikoneprototyping ved hjælp af kompressionsstøbningsprocessen er ideel til gummidele. Tætninger, pakninger og fleksible komponenter er almindelige anvendelser. Da denne proces er identisk med masseproduktion – omend i mindre skala – opfylder materialeegenskaberne standarderne for masseproduktion.
For lave volumener er kompressionsstøbning langsommere end vakuumstøbning. Den kan dog håndtere materialer med dårlige flydeegenskaber. Højviskositetssilikone, fluorsilikone og fyldte forbindelser er lettere at støbe ved hjælp af kompressionsstøbning end vakuumstøbning. De silikoneprototypedele, der produceres på denne måde, er funktionelt identiske med produktionsdelene.
Afvejningen ligger i tid. Formfremstilling tager flere uger, og opsætning kræver flere timer. For en lille serie af silikone-rapid prototyping er vakuumstøbning normalt hurtigere. For dele, der skal bruge præcis de samme materialer og processer som masseproduktion, er kompressionsstøbning dog det bedste valg. Det specifikke valg afhænger af anvendelsen.
Sprøjtestøbning af flydende silikonegummi (LSR).
Bland de to flydende komponenter. Maskinen sprøjter blandingen ind i en opvarmet form, hvor silikonen hærder inde i hulrummet. Arbejderne fjerner derefter de færdige dele fra formen.
Fordele
Konsistens og hastighed. Variationerne mellem injektionerne er minimale, og cyklustiderne er korte. Dette er produktionsprocessen for silikonedele i store mængder. Den bruges også til silikoneproduktion i små mængder, når delens geometri berettiger værktøjsinvesteringen.
Silikoneprototyping med LSR-sprøjtestøbning er sjælden. Støbeomkostningerne er høje, og fejlfindingsprocessen er kompleks. Til produktion i små serier er vakuumstøbning typisk mere økonomisk; til produktion i store mængder er LSR-sprøjtestøbning den eneste økonomiske mulighed. Nulpunktspunktet mellem de to afhænger af delens størrelse, geometri og materiale.
Silikoneoverstøbning
Silikone kan støbes direkte på andre materialer, såsom plastikindsatser og metalkomponenter. Under hærdningsprocessen danner silikone kemiske bindinger, hvilket eliminerer behovet for klæbemidler.
Applikationer
Bløde greb til værktøj og elektroniske apparater; bærbare enheder med overflader, der kommer i kontakt med huden; og håndtag til medicinsk udstyr, der kræver skridsikre overflader og er nemme at rengøre.
Til hurtig prototyping af silikone er overstøbning en udfordring. Indsatser skal først fremstilles, og formen skal kunne rumme dem. Opsætningsprocessen er mere kompleks end simpel støbning. Men til funktionstest af samlede komponenter er dette nogle gange den eneste mulighed. Prototypen fungerer i overensstemmelse med det endelige produkt, hvilket muliggør verifikation af dens følelse, pasform og ydeevne, før produktionsforme fremstilles.
Silikone Rapid Prototyping Services hos NOBLE
NOBLE er en førende produktionsvirksomhed. Dens kerneforretningsområder omfatter metalfremstilling, plastfremstilling, hurtig prototyping, produktion i små serier og fremstilling af specialfremstillede dele. Vi støtter vores kunder gennem hele produktudviklingscyklussen.
NOBLE hjælper virksomheder med at omdanne koncepter til funktionelle prototyper og produktionsklare dele. I modsætning til leverandører, der kun tilbyder prototypefremstilling, leverer NOBLE komplette produktionsløsninger, lige fra designassistance til endelig montering.
NOBLEs muligheder for hurtig prototyping af silikone
Rapid prototyping af silikone hos NOBLE er integreret med andre tjenester. Designsupport er direkte indarbejdet i fremstillingsprocessen. CNC-bearbejdning producerer masterforme. Sprøjtestøbning opfylder masseproduktionsbehov. Montering og overfladebehandling bringer produktet til sin endelige form. Hele processen styres af én leverandør.
Kvalitetsstandarder og certificeringer
Kvalitetssystemet er certificeret og veldokumenteret.
ISO 9001:2015 dækker generel kvalitetsstyring. Produktionsproceskontroller sikrer resultaternes repeterbarhed; inspektionsprocedurer verificerer dimensioner og overfladekvalitet.
ISO 13485:2016 tilføjer de strenge krav, der er nødvendige for fremstilling af medicinsk udstyr – mere stringent sporbarhed og strengere procesvalidering.
Ofte stillede spørgsmål om hurtig prototyping af silikone
Bruges silikone som prototypemateriale eller støbemateriale?
Begge. Silikone kan tjene begge formål. I de fleste rapid prototyping-applikationer med silikone bruges silikone til at skabe fleksible forme. Disse forme bruges til at producere prototypedele ved at hælde harpiks, polyurethan eller silikonematerialer i dem.
Hvor mange dele kan en silikoneform producere?
En typisk silikoneform kan producere cirka 20 til 50 dele. Den faktiske levetid afhænger af delens geometri, støbematerialet, formens design og driftsforholdene. Et større antal dele kan produceres, når geometrien er enkel, og der anvendes lavviskøse harpikser; omvendt kan der produceres færre dele, når geometrien er kompleks, og der anvendes fyldte materialer. Formen slides. Det er forventeligt.
Hvor nøjagtige er silikone prototypedele?
Silikonevakuumstøbning opnår fremragende detaljeregengivelse. Præcisionsniveauet afhænger af kvaliteten af masterformen, valget af silikonemateriale, delens dimensioner og geometri samt kontrollen af støbeprocessen. En poleret masterform kombineret med en stabil silikoneform kan producere dele, der opfylder designkrav og strenge tolerancer; omvendt vil en ru masterform parret med en dårligt fremstillet form resultere i defekte dele.
Hvordan er silikone rapid prototyping sammenlignet med sprøjtestøbning?
Silikoneprototypeforme er billigere og kræver mindre opsætningstid, hvilket gør dem velegnede til produktion i små serier. Sprøjtestøbeværktøjer er dyrere og kræver mere opsætningstid, men de resulterer i en lavere pris pr. enhed for produktion i store mængder, hvilket gør dem mere velegnede til storskalaproduktion og langsigtet produktion.
Hvornår skal jeg vælge silikone rapid prototyping?
Når du har brug for 10 til 100 eller flere prototypedele, fleksible komponenter eller gummikomponenter, hurtig designvalidering eller billig overgangsproduktion, skal du vælge silikone rapid prototyping. Denne proces producerer dele af en kvalitet, der kan sammenlignes med masseproducerede dele, uden behov for produktionsforme.
Kan NOBLE tilbyde hurtig prototyping af silikone fra design til produktion?
Selvfølgelig! NOBLE tilbyder support fra start til slut.
Designgennemgange hjælper med at identificere problemer tidligt. Prototyping bruges til at validere designet. Silikone sprøjtestøbning bruges til at fremstille forme. Plast- og metalbearbejdning håndterer andre komponenter. Overfladebehandling sætter sidste hånd på delene. Montering samler alle komponenterne. Produktionsstøtte kan fleksibelt justeres i takt med at produktionsvolumenerne stiger.
