Introduksjon
Du har et design som krever prototyping av flere dusin deler. Kostnaden for masseproduksjonsformer er for høy; 3D-printing er for treg, og materialegenskapene er uegnede. Silikon hurtigprototyping dekker dette gapet.
Silikonprototyping dekker spesifikke behov. Den kan produsere flere deler som ligner masseproduserte deler både i utseende og ytelse. Disse delene kan brukes til testing, validering og til og med småskalaproduksjon. Denne metoden bygger bro mellom prototyping av én enhet og storskalaproduksjon. Det er dens formål, og det er derfor produsenter tar den i bruk.
Hvorfor brukes silikon i rask prototyping?
Silikon er ikke det eneste formmaterialet. Men det er best for visse jobber. Egenskapene passer til prosessen.
Utmerket detaljreplikering
Silikon fanger nøyaktig opp selv de fineste detaljene og gjengir overflateegenskaper på en trofast måte. Komplekse geometrier kan reproduseres uten tap av detaljer. Enten hovedformen har skarpe kanter, fin tekst eller intrikate mønstre, vil de resulterende delene matche den perfekt.
Egenskaper for fleksible former
Silikonens fleksibilitet er en viktig fordel. Deler med avfasninger kan enkelt tas ut av formen. Buede komponenter fjernes uten å skades. Komplekse egenskaper som ville satt seg fast i stive former, kan enkelt tas ut av formen i silikonformer.
Formen er bøyelig, slik at delene løsner naturlig uten behov for kraft eller risiko for riving. Dette gjør silikonprototyping mulig for design som er umulige å støpe i stive materialer.
Lave verktøykostnader og rask produksjon
Metallformer kan koste titusenvis av dollar og ta måneder å produsere. Silikonformer koster derimot bare en brøkdel av det, og de kan produseres på bare noen få dager. Former kan skjæres fra en hovedform eller støpeform. Leveringstidene er korte. For prototyping og småskalaproduksjon gir denne kostnadsstrukturen en betydelig fordel.
Bred materialkompatibilitet
Silikonformer er kompatible med et bredt utvalg av materialer. Polyuretanharpikser brukes ofte til å produsere både stive og fleksible deler. Gummibaserte materialer gir elastomere egenskaper, mens teknisk plast gir strukturell ytelse. Støping av silikonelastomerer i silikonformer produserer myke deler som er egnet for hudkontakt. Denne prosessen kan skreddersys til spesifikke bruksområder.
Disse fire fordelene gjør silikon til standardmaterialet for rask prototyping av silikon. Det er raskt, kostnadseffektivt, i stand til å reprodusere fine detaljer og egnet for komplekse former. Ingen andre støpematerialer tilbyr alle fire disse fordelene. Det er derfor det dominerer dette feltet.
Hvordan fungerer rask prototyping av silikon?
Lag hovedmodellen
Hovedformen definerer delen. Det finnes tre metoder for å lage en hovedform.
| CNC Maskinering | Innebærer skjæring fra massivt materiale, noe som resulterer i høy presisjon og en usedvanlig glatt overflatefinish. |
| SLA 3D-utskrift | Bruken av flytende harpiks gir glatte overflater og fine detaljer. |
| SLS-utskrift | Bruk av pulvermateriale resulterer i høyere styrke enn SLA-prosessen. |
Selv om det finnes andre teknologier for rask prototyping, dekker disse tre de fleste bruksscenarier.
Hovedformen bestemmer den øvre grensen for den endelige prototypens presisjon og overflatekvalitet.
En grov masterform vil produsere grove støpegods; en polert masterform vil produsere polerte støpegods. Overflatefinishen til masterformen overføres direkte til delen. Hver ripe, hver laglinje og hvert verktøymerke vil bli nøyaktig gjengitt.
Før formen produseres, må hovedformen maskineres i henhold til de nødvendige standardene.
Silikonformfremstilling
Ingeniøren plasserer hovedformen i formboksen, blander deretter den flytende silikongummien og avgasser den for å fjerne luftbobler. Til slutt helles silikonet rundt hovedformen. Når silikonet har herdet, fjernes hovedformen, og formen er ferdig.
Fordelene er åpenbare: den kan gjengi overflatedetaljer nøyaktig; formoverflaten er glatt og kan overføres fullstendig til delen; og den kan gjengi komplekse former, inkludert underskjæringer og buede overflater.
Silikonprototypeformer tåler vanligvis 20 til 50 støpinger. Det nøyaktige antallet avhenger av støpematerialet, delens geometri og hvor nøye man tar det under avformingen. Dette er tilstrekkelig for produksjon i små serier. For produksjon i store volum kan flere former lages med samme hovedform.
Prototypestøping
Arbeiderne heller støpematerialet (harpiks eller silikon) i formen. Silikonvakuumstøping fjerner luftbobler før og under støpingen. Vakuummiljøet sikrer at formen er fullstendig fylt, noe som resulterer i en porefri del. Etter at delen har herdet, tas den ut av formen og gjennomgår etterbehandling: trimming av porten og rengjøring av overflaten. Silikonprototypedelene er klare for inspeksjon og testing.
Deler produsert med denne prosessen er identiske med hovedformen når det gjelder geometri og overflatefinish. Materialegenskapene deres er sammenlignbare med masseproduserte deler. Selv om enhetskostnaden er høyere enn for sprøytestøping, er formkostnaden bare en brøkdel av sistnevnte. For produksjonsserier på 20 til 50 deler er dette den mest kostnadseffektive løsningen. Det er verdien av silikon hurtigprototyping.
Vanlige hurtigprototypingsprosesser for silikon
Silikon vakuumstøping
Først lager du en mastermodell, som deretter brukes til å lage en silikonform. Plasser formen i et vakuumkammer, hell harpiks eller silikon i den under vakuum for å fjerne luftbobler, og når delen har herdet, åpner du formen og tar ut det ferdige produktet.
Fordeler
Formen gir direkte en overflatefinish av høy kvalitet til delen, noe som sikrer at utseendet samsvarer med det forventede sluttproduktet. Dessuten, fordi formen er laget av silikon i stedet for stål, er kostnadene for produksjon i små serier lavere.
Silikonvakuumstøping produserer silikonprototypedeler som ser ut og føles som produksjonskomponenter. De har en høy overflatefinish med klare, skarpe detaljer. Materialegenskapene er nær de til masseproduserte plaster og elastomerer. Det er derfor denne prosessen er den vanligste innen hurtigprototyping av silikon.
Applikasjoner
Bruksområder inkluderer hus og knapper for forbrukerelektronikk, bilinteriørkomponenter og tetninger, samt prototyper for medisinsk utstyr som krever biokompatible materialer og glatte overflater. Denne prosessen er egnet for enhver applikasjon der utseende, følelse og funksjonalitet må valideres før man forplikter seg til en masseproduksjonsform.
Kompresjonsstøping av silikon
Silikonmaterialet plasseres i det oppvarmede formhulrommet. Formen lukkes. Varme og trykk får materialet til å strømme inn i hulrommet, hvor det deretter herder. Formen åpnes, og delen fjernes.
Silikonprototyping ved hjelp av kompresjonsstøpeprosessen er ideelt for gummideler. Tetninger, pakninger og fleksible komponenter er vanlige bruksområder. Siden denne prosessen er identisk med masseproduksjon – om enn i mindre skala – oppfyller materialegenskapene standardene for masseproduksjon.
For lave volumer er kompresjonsstøping tregere enn vakuumstøping. Den kan imidlertid håndtere materialer med dårlige flytegenskaper. Høyviskøs silikon, fluorsilikon og fylte blandinger er enklere å støpe ved hjelp av kompresjonsstøping enn vakuumstøping. Silikonprototypedelene som produseres på denne måten er funksjonelt identiske med produksjonsdelene.
Avveiningen ligger i tid. Formproduksjon tar flere uker, og oppsettet krever flere timer. For en liten serie med hurtigprototyping av silikon er vakuumstøping vanligvis raskere. For deler som må bruke nøyaktig de samme materialene og prosessene som masseproduksjon, er kompresjonsstøping imidlertid det beste valget. Det spesifikke valget avhenger av bruksområdet.
Flytende silikongummi (LSR) sprøytestøping
Bland de to flytende komponentene. Maskinen sprøyter blandingen inn i en oppvarmet form, hvor silikonet herder inne i hulrommet. Arbeiderne fjerner deretter de ferdige delene fra formen.
Fordeler
Konsistens og hastighet. Variasjoner mellom injeksjoner er minimale, og syklustidene er korte. Dette er produksjonsprosessen for silikondeler i høyt volum. Den brukes også til silikonproduksjon i lavt volum når delens geometri rettferdiggjør verktøyinvesteringen.
Silikonprototyping med LSR-sprøytestøping er sjeldent. Støpekostnadene er høye, og feilsøkingsprosessen er kompleks. For produksjon i små serier er vakuumstøping vanligvis mer økonomisk; for produksjon i store volum er LSR-sprøytestøping det eneste økonomiske alternativet. Nullpunktspunktet mellom de to avhenger av delens størrelse, geometri og materiale.
Silikonoverstøping
Silikon kan støpes direkte på andre materialer, som plastinnsatser og metallkomponenter. Under herdeprosessen danner silikon kjemiske bindinger, noe som eliminerer behovet for lim.
Applikasjoner
Myke grep for verktøy og elektroniske enheter; bærbare enheter med overflater som kommer i kontakt med huden; og håndtak for medisinsk utstyr som krever sklisikre overflater og er enkle å rengjøre.
For hurtigprototyping av silikon er overstøping utfordrende. Innsatser må først produseres, og formen må kunne romme dem. Oppsettprosessen er mer kompleks enn enkel støping. For funksjonstesting av sammensatte komponenter er dette imidlertid noen ganger det eneste alternativet. Prototypen fungerer konsistent med sluttproduktet, noe som muliggjør verifisering av følelse, passform og ytelse før produksjon av produksjonsformer.
Silikon hurtigprototypingstjenester hos NOBLE
NOBLE er et ledende produksjonsselskap. Kjernevirksomhetene omfatter metallfabrikasjon, plastproduksjon, rask prototyping, småskalaproduksjon og produksjon av spesialtilpassede deler. Vi støtter kundene våre gjennom hele produktutviklingssyklusen.
NOBLE hjelper bedrifter med å gjøre konsepter om til funksjonelle prototyper og produksjonsklare deler. I motsetning til leverandører som kun tilbyr prototypetjenester, tilbyr NOBLE komplette produksjonsløsninger som spenner fra designassistanse til sluttmontering.
NOBLEs raske prototypingmuligheter for silikon
Rapid prototyping av silikon hos NOBLE er integrert med andre tjenester. Designstøtte er direkte integrert i produksjonsprosessen. CNC-maskinering produserer hovedformer. Sprøytestøping dekker masseproduksjonsbehov. Montering og overflatebehandling bringer produktet til sin endelige form. Hele prosessen administreres av én enkelt leverandør.
Kvalitetsstandarder og sertifiseringer
Kvalitetssystemet er sertifisert og godt dokumentert.
ISO 9001:2015 dekker generell kvalitetsstyring. Produksjonsprosesskontroller sikrer repeterbarhet av resultatene; inspeksjonsprosedyrer verifiserer dimensjoner og overflatekvalitet.
ISO 13485:2016 legger til de strenge kravene som er nødvendige for produksjon av medisinsk utstyr – strengere sporbarhet og strengere prosessvalidering.
Vanlige spørsmål om rask prototyping av silikon
Brukes silikon som prototypemateriale eller støpemateriale?
Begge deler. Silikon kan tjene begge formål. I de fleste hurtigprototypingsapplikasjoner for silikon brukes silikon til å lage fleksible former. Disse formene brukes til å produsere prototypedeler ved å helle harpiks, polyuretan eller silikonmaterialer inn i dem.
Hvor mange deler kan en silikonform produsere?
En typisk silikonform kan produsere omtrent 20 til 50 deler. Den faktiske levetiden avhenger av delens geometri, støpematerialet, formdesignet og driftsforholdene. Et større antall deler kan produseres når geometrien er enkel og det brukes lavviskøse harpikser; omvendt kan færre deler produseres når geometrien er kompleks og det brukes fylte materialer. Formen slites ut. Det er forventet.
Hvor nøyaktige er silikonprototypedeler?
Silikonvakuumstøping oppnår utmerket detaljgjengivelse. Presisjonsnivået avhenger av kvaliteten på masterformen, valget av silikonmateriale, delens dimensjoner og geometri, og kontrollen over støpeprosessen. En polert masterform kombinert med en stabil silikonform kan produsere deler som oppfyller designkrav og strenge toleranser; omvendt vil en grov masterform kombinert med en dårlig laget form resultere i defekte deler.
Hvordan er hurtigprototyping av silikon sammenlignet med sprøytestøping?
Silikonprototypeformer er rimeligere og krever kortere oppsetttid, noe som gjør dem egnet for produksjon i små serier. Sprøytestøpeverktøy er dyrere og krever mer oppsetttid, men de resulterer i en lavere kostnad per enhet for storskalaproduksjon, noe som gjør dem mer egnet for storskalaproduksjon og langsiktig produksjon.
Når bør jeg velge rask prototyping av silikon?
Når du trenger 10 til 100 eller flere prototypedeler, fleksible komponenter eller gummikomponenter, rask designvalidering eller rimelig overgangsproduksjon, velg hurtigprototyping av silikon. Denne prosessen produserer deler med en kvalitet som kan sammenlignes med masseproduserte deler uten behov for produksjonsformer.
Kan NOBLE tilby rask prototyping av silikon fra design til produksjon?
Selvfølgelig! NOBLE tilbyr komplett støtte.
Designgjennomganger bidrar til å identifisere problemer tidlig. Prototyping brukes til å validere designet. Silikonsprøytestøping brukes til å lage former. Plast- og metallmaskinering håndterer andre komponenter. Overflatebehandling setter siste hånd på verket på delene. Montering bringer alle komponentene sammen. Produksjonsstøtte kan justeres fleksibelt etter hvert som produksjonsvolumene øker.
