Introductie
Je hebt een ontwerp waarvoor je tientallen onderdelen moet prototypen. De kosten voor massaproductie van mallen zijn te hoog, 3D-printen is te traag en de materiaaleigenschappen zijn ongeschikt. Snelle prototyping met siliconen biedt hiervoor de oplossing.
Prototypen met siliconen voldoen aan specifieke behoeften. Het maakt het mogelijk om meerdere onderdelen te produceren die qua uiterlijk en prestaties sterk lijken op massaproductieonderdelen. Deze onderdelen kunnen worden gebruikt voor testen, validatie en zelfs kleine series. Deze methode overbrugt de kloof tussen prototyping van individuele exemplaren en grootschalige productie. Dat is het doel ervan, en daarom kiezen fabrikanten ervoor.
Waarom wordt siliconen gebruikt bij rapid prototyping?
Siliconen zijn niet het enige materiaal dat voor mallen gebruikt kan worden. Maar voor bepaalde toepassingen is het wel het meest geschikt. De eigenschappen sluiten perfect aan op het proces.
Uitstekende detailweergave
Silicone legt zelfs de fijnste details nauwkeurig vast en reproduceert oppervlaktekenmerken natuurgetrouw. Complexe geometrieën kunnen worden gereproduceerd zonder verlies van detail. Of de mal nu scherpe randen, fijne tekst of ingewikkelde patronen bevat, de resulterende onderdelen zullen er perfect mee overeenkomen.
Eigenschappen van flexibele mallen
De flexibiliteit van siliconen is een belangrijk voordeel. Onderdelen met afgeschuinde randen kunnen gemakkelijk uit de mal worden gehaald. Gebogen componenten worden zonder beschadiging verwijderd. Complexe vormen die in stijve mallen vast zouden komen te zitten, kunnen in siliconen mallen probleemloos worden ontvormd.
De mal is buigzaam, waardoor onderdelen er vanzelf uitkomen zonder dat er kracht nodig is of dat ze scheuren. Dit maakt siliconenprototypering mogelijk voor ontwerpen die onmogelijk in stijve materialen te gieten zijn.
Lage gereedschapskosten en snelle productie
Metalen mallen kunnen tienduizenden dollars kosten en de productie ervan kan maanden in beslag nemen. Siliconen mallen daarentegen kosten slechts een fractie daarvan en kunnen in een paar dagen worden geproduceerd. Mallen kunnen worden gesneden uit een mastermal of gegoten. De doorlooptijden zijn kort. Voor prototyping en kleine series biedt deze kostenstructuur een aanzienlijk voordeel.
Brede materiële compatibiliteit
Siliconen mallen zijn compatibel met een breed scala aan materialen. Polyurethaanharsen worden veel gebruikt voor de productie van zowel stijve als flexibele onderdelen. Materialen op rubberbasis bieden elastische eigenschappen, terwijl technische kunststoffen structurele prestaties leveren. Door siliconenelastomeren in siliconen mallen te gieten, ontstaan zachte onderdelen die geschikt zijn voor huidcontact. Dit proces kan worden aangepast aan specifieke toepassingen.
Deze vier voordelen maken siliconen tot het standaardmateriaal voor snelle prototyping met siliconen. Het is snel, kosteneffectief, in staat om fijne details te reproduceren en geschikt voor complexe vormen. Geen enkel ander matrijsmateriaal biedt al deze vier voordelen. Daarom domineert het deze markt.
Hoe werkt snelle siliconenprototyping?
Maak het hoofdmodel aan.
De mastermal definieert het onderdeel. Er zijn drie methoden om een mastermal te maken.
| CNC Machining | Het proces omvat het snijden uit massief materiaal, wat resulteert in hoge precisie en een uitzonderlijk glad oppervlak. |
| SLA 3D-printen | Het gebruik van vloeibare hars maakt gladde oppervlakken en fijne details mogelijk. |
| SLS-afdrukken | Het gebruik van poedermateriaal resulteert in een hogere sterkte dan het SLA-proces. |
Hoewel er andere snelle prototypingtechnologieën bestaan, dekken deze drie de meeste toepassingsscenario's af.
De hoofdmal bepaalt de bovengrens van de precisie en oppervlaktekwaliteit van het uiteindelijke prototype.
Een ruwe matrijs produceert ruwe gietstukken; een gepolijste matrijs produceert gepolijste gietstukken. De oppervlakteafwerking van de matrijs wordt direct op het onderdeel overgebracht. Elke kras, elke laaglijn en elk gereedschapspoor wordt exact gerepliceerd.
Voordat de matrijs wordt vervaardigd, moet de mastermatrijs volgens de vereiste normen worden bewerkt.
Siliconen mallen maken
De ingenieur plaatst de hoofdmal in de vormbak, mengt vervolgens de vloeibare siliconenrubber en ontlucht deze om luchtbellen te verwijderen. Ten slotte wordt de siliconen rond de hoofdmal gegoten. Zodra de siliconen zijn uitgehard, wordt de hoofdmal verwijderd en is de mal klaar.
De voordelen zijn duidelijk: het kan oppervlaktedetails nauwkeurig reproduceren; het matrijsoppervlak is glad en kan volledig op het onderdeel worden overgebracht; en het kan complexe vormen reproduceren, inclusief ondersnijdingen en gebogen oppervlakken.
Siliconen prototypevormen gaan doorgaans 20 tot 50 gietsels mee. Het exacte aantal hangt af van het gietmateriaal, de geometrie van het onderdeel en de zorgvuldigheid waarmee het onderdeel uit de mal wordt gehaald. Dit is voldoende voor kleine series. Voor grote productievolumes kunnen meerdere mallen worden gemaakt met dezelfde mastermal.
Prototypegieten
De arbeiders gieten het gietmateriaal (hars of siliconen) in de mal. Bij vacuümgieten met siliconen worden luchtbellen vóór en tijdens het gieten verwijderd. De vacuümomgeving zorgt ervoor dat de mal volledig gevuld is, wat resulteert in een poriënvrij onderdeel. Nadat het onderdeel is uitgehard, wordt het uit de mal gehaald en ondergaat het een nabewerking: het bijwerken van de aanspuitopening en het reinigen van het oppervlak. De siliconen prototypeonderdelen zijn klaar voor inspectie en testen.
Onderdelen die met dit proces worden geproduceerd, zijn qua geometrie en oppervlakteafwerking identiek aan de matrijs. Hun materiaaleigenschappen zijn vergelijkbaar met die van in massa geproduceerde onderdelen. Hoewel de kostprijs per stuk hoger ligt dan bij spuitgieten, zijn de matrijskosten slechts een fractie daarvan. Voor productieseries van 20 tot 50 stuks is dit de meest kosteneffectieve oplossing. Dat is de meerwaarde van snelle siliconenprototyping.
Gangbare snelle prototypingprocessen voor siliconen
Siliconen vacuümgieten
Maak eerst een mastermodel, dat vervolgens wordt gebruikt om een siliconenmal te maken. Plaats de mal in een vacuümkamer, giet er hars of siliconen in onder vacuüm om luchtbellen te verwijderen, en zodra het onderdeel is uitgehard, open je de mal en verwijder je het eindproduct.
Voordelen
De mal zorgt direct voor een hoogwaardige oppervlakteafwerking van het onderdeel, waardoor het uiterlijk overeenkomt met dat van het beoogde eindproduct. Bovendien zijn de productiekosten voor kleine series lager, omdat de mal van siliconen in plaats van staal is gemaakt.
Door middel van vacuümgieten van siliconen worden prototypeonderdelen van siliconen geproduceerd die eruitzien en aanvoelen als productieonderdelen. Ze hebben een hoogwaardige afwerking met heldere, scherpe details. De materiaaleigenschappen liggen dicht bij die van kunststoffen en elastomeren die voor massaproductie geschikt zijn. Daarom is dit proces het meest gangbaar bij snelle prototyping met siliconen.
Toepassingen
Toepassingen zijn onder andere behuizingen en knoppen voor consumentenelektronica, interieuronderdelen en afdichtingen voor auto's, en prototypes voor medische apparaten die biocompatibele materialen en gladde oppervlakken vereisen. Dit proces is geschikt voor elke toepassing waarbij uiterlijk, gevoel en functionaliteit gevalideerd moeten worden voordat er een mal voor massaproductie wordt gemaakt.
Siliconen persgieten
Het siliconenmateriaal wordt in de verwarmde mal geplaatst. De mal sluit. Door de hitte en druk vloeit het materiaal in de mal, waar het vervolgens uithardt. De mal opent en het onderdeel wordt verwijderd.
Prototypen met siliconen via het compressievormproces is ideaal voor rubberen onderdelen. Afdichtingen, pakkingen en flexibele componenten zijn veelvoorkomende toepassingen. Omdat dit proces identiek is aan massaproductie – zij het op kleinere schaal – voldoen de materiaaleigenschappen aan de normen voor massaproductie.
Bij kleine volumes is compressievormen langzamer dan vacuümgieten. Het kan echter wel materialen met slechte vloei-eigenschappen verwerken. Hoogviskeuze siliconen, fluorsiliconen en gevulde compounds zijn gemakkelijker te vormen met compressievormen dan met vacuümgieten. De op deze manier geproduceerde siliconen prototypeonderdelen zijn functioneel identiek aan de productieonderdelen.
Het nadeel is de tijd die het kost. Het maken van mallen duurt meerdere weken en de voorbereiding vergt enkele uren. Voor kleine series snelle prototypes van siliconen is vacuümgieten meestal sneller. Voor onderdelen die echter met exact dezelfde materialen en processen moeten worden vervaardigd als bij massaproductie, is compressiegieten de beste keuze. De specifieke keuze hangt af van de toepassing.
Vloeibaar siliconenrubber (LSR) spuitgieten
Meng de twee vloeibare componenten. De machine injecteert het mengsel in een verwarmde mal, waar de siliconen in de holte uitharden. Vervolgens halen medewerkers de afgewerkte onderdelen uit de mal.
Voordelen
Consistentie en snelheid. Variaties tussen injecties zijn minimaal en de cyclustijden zijn kort. Dit is het productieproces voor siliconenonderdelen in grote volumes. Het wordt ook gebruikt voor siliconenproductie in kleinere volumes wanneer de geometrie van het onderdeel de investering in gereedschap rechtvaardigt.
Prototypen in siliconen met LSR-spuitgieten komen zelden voor. De matrijskosten zijn hoog en het debugproces is complex. Voor kleine series is vacuümgieten doorgaans voordeliger; voor grote volumes is LSR-spuitgieten de enige economische optie. Het omslagpunt tussen de twee hangt af van de grootte, geometrie en het materiaal van het onderdeel.
Siliconen overgieten
Silicone kan direct op andere materialen worden gegoten, zoals plastic inzetstukken en metalen onderdelen. Tijdens het uithardingsproces vormt silicone chemische bindingen, waardoor lijm overbodig is.
Toepassingen
Zachte handgrepen voor gereedschap en elektronische apparaten; draagbare apparaten met oppervlakken die in contact komen met de huid; en handgrepen voor medische apparaten die een antislipoppervlak vereisen en gemakkelijk schoon te maken zijn.
Bij rapid prototyping met siliconen is overmolding een uitdaging. Er moeten eerst inzetstukken worden gemaakt en de mal moet deze kunnen bevatten. Het voorbereidingsproces is complexer dan bij eenvoudig gieten. Voor functionele tests van geassembleerde componenten is dit echter soms de enige optie. Het prototype presteert consistent met het uiteindelijke product, waardoor de pasvorm, het gevoel en de prestaties kunnen worden geverifieerd voordat de productiemallen worden gemaakt.
Diensten voor snelle siliconenprototyping bij NOBLE
NOBLE is een toonaangevend productiebedrijf. De kernactiviteiten omvatten metaalbewerking, kunststofproductie, rapid prototyping, kleinschalige productie en de fabricage van maatwerkonderdelen. Wij ondersteunen onze klanten gedurende de gehele productontwikkelingscyclus.
NOBLE helpt bedrijven concepten om te zetten in functionele prototypes en productiegereed onderdelen. In tegenstelling tot leveranciers die alleen prototypingdiensten aanbieden, levert NOBLE totaaloplossingen voor de productie, van ontwerpbegeleiding tot eindmontage.
NOBLE's mogelijkheden voor snelle prototyping met siliconen
Bij NOBLE is het snel prototypen van siliconen geïntegreerd met andere diensten. Ontwerpbegeleiding is direct opgenomen in het productieproces. CNC-bewerking produceert mastermatrijzen. Spuitgieten voldoet aan de eisen voor massaproductie. Assemblage en oppervlakteafwerking geven het product zijn uiteindelijke vorm. Het gehele proces wordt beheerd door één leverancier.
Kwaliteitsnormen en certificeringen
Het kwaliteitssysteem is gecertificeerd en goed gedocumenteerd.
ISO 9001:2015 omvat algemeen kwaliteitsmanagement. Procesbeheersing in de productie zorgt voor de herhaalbaarheid van de resultaten; inspectieprocedures verifiëren de afmetingen en de oppervlaktekwaliteit.
ISO 13485:2016 voegt de strenge eisen toe die nodig zijn voor de productie van medische hulpmiddelen, zoals een nauwkeurigere traceerbaarheid en een strengere procesvalidatie.
Veelgestelde vragen over snel prototypen met siliconen
Wordt siliconen gebruikt als prototypemateriaal of als malmateriaal?
Beide. Siliconen kunnen voor beide doeleinden worden gebruikt. Bij de meeste toepassingen voor snelle prototyping met siliconen wordt siliconen gebruikt om flexibele mallen te maken. Deze mallen worden gebruikt om prototypeonderdelen te produceren door er hars, polyurethaan of siliconenmateriaal in te gieten.
Hoeveel onderdelen kan een siliconen mal produceren?
Met een typische siliconenmal kunnen ongeveer 20 tot 50 onderdelen worden geproduceerd. De werkelijke levensduur hangt af van de geometrie van het onderdeel, het gietmateriaal, het ontwerp van de mal en de bedrijfsomstandigheden. Er kunnen meer onderdelen worden geproduceerd bij een eenvoudige geometrie en het gebruik van harsen met een lage viscositeit; omgekeerd kunnen er minder onderdelen worden geproduceerd bij een complexe geometrie en het gebruik van vulmaterialen. De mal slijt. Dat is te verwachten.
Hoe nauwkeurig zijn prototypeonderdelen van siliconen?
Siliconen vacuümgieten zorgt voor een uitstekende detailweergave. De mate van precisie hangt af van de kwaliteit van de matrijs, de keuze van het siliconenmateriaal, de afmetingen en geometrie van het onderdeel en de beheersing van het gietproces. Een gepolijste matrijs in combinatie met een stabiele siliconenmal kan onderdelen produceren die voldoen aan de ontwerpvereisten en strikte toleranties; omgekeerd zal een ruwe matrijs in combinatie met een slecht gemaakte mal resulteren in defecte onderdelen.
Hoe verhoudt snelle siliconenprototyping zich tot spuitgieten?
Siliconen prototypevormen zijn goedkoper en vereisen minder insteltijd, waardoor ze geschikt zijn voor kleine series. Spuitgietmatrijzen zijn duurder en vereisen meer insteltijd, maar ze resulteren in lagere kosten per eenheid bij grote productievolumes, waardoor ze geschikter zijn voor grootschalige productie en langdurige productie.
Wanneer moet ik kiezen voor snelle siliconenprototyping?
Wanneer u 10 tot 100 of meer prototypeonderdelen, flexibele of rubberen componenten, snelle ontwerpvalidatie of goedkope overgangsproductie nodig heeft, kies dan voor siliconen rapid prototyping. Dit proces produceert onderdelen van een kwaliteit die vergelijkbaar is met massaproductieonderdelen, zonder dat er productiemallen nodig zijn.
Kan NOBLE snelle prototypingdiensten met siliconen aanbieden, van ontwerp tot productie?
Natuurlijk! NOBLE biedt complete ondersteuning.
Ontwerpbeoordelingen helpen om problemen vroegtijdig te signaleren. Prototyping wordt gebruikt om het ontwerp te valideren. Siliconenspuitgieten wordt gebruikt om mallen te maken. Kunststof- en metaalbewerking wordt gebruikt voor de overige componenten. Oppervlaktebehandeling geeft de onderdelen de finishing touch. Assemblage brengt alle componenten samen. De productieondersteuning kan flexibel worden aangepast naarmate de productievolumes toenemen.
