Formowanie wtryskowe silikonu nie jest tym samym, co formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych. Tworzywo sztuczne topi się i płynie. Silikon to ciecz, która została chemicznie zestalona. Maszyna miesza i podgrzewa elementy silikonowe bezpośrednio, a następnie krzepną. Nie ma potrzeby topienia surowców ani przechodzenia przez cykl chłodzenia.
W tym artykule omówiono etapy procesu, korzyści wydajnościowe oraz branże, w których kluczowe komponenty są wytwarzane z gumy silikonowej. Dowiesz się, dlaczego zasady dotyczące silikonu różnią się od tych dotyczących tworzyw sztucznych i jak wykorzystać tę wiedzę w warsztatach fabrycznych.
Czym są formowane wtryskowo części silikonowe?
Operator miesza dwie ciecze. Maszyna wtłacza je do gorącej formy. Następnie elementy w formie mogą zostać zestalone i wypchnięte. To jest w skrócie formowanie wtryskowe silikonu.
Istnieją dwie rodziny materiałów. LSR to ciekła guma silikonowa. Ten rodzaj żelu krzemionkowego szybko się utwardza. Dominuje w formowaniu gumy silikonowej w dużych ilościach. HCR to wysokiej jakości guma. Jej tekstura jest bardziej stabilna niż LSR i przypomina ciasto. Wymaga formowania tłocznego, a nie wtryskowego. Większość formowanych wtryskowo elementów silikonowych wykorzystuje LSR, ponieważ sam proces przebiega automatycznie.
Cechy formowania wtryskowego silikonu znajdują odzwierciedlenie w różnych zastosowaniach: elastyczność, a jednocześnie odporność na rozdarcie, zakres stabilności termicznej od -50°C do 200°C, bezwładność chemiczna, brak zapachu, części powracające do pierwotnego kształtu po ściśnięciu oraz możliwość niezawodnego uszczelnienia połączenia powietrza i cieczy.
Przykłady z życia codziennego otaczają konsumenta. Takie jak smoczki do butelek dla niemowląt, uszczelki do maseczek medycznych, przyciski klawiatury w wagach kuchennych, uszczelki do ekspresów do kawy i pierścienie uszczelniające do filtrów wody. Wszystkie te elementy są formowane wtryskowo i produkowane na dużą skalę. Użytkownik nigdy nie zastanawia się nad metodą produkcji. To jest właśnie dobry projekt.
Proces formowania wtryskowego części silikonowych
Produkcja formowanych wtryskowo części silikonowych przebiega inaczej niż w przypadku plastiku. Kroki są takie same na papierze. Szczegóły są zupełnie inne. Przyjrzyjmy się każdemu etapowi.
Faza 1: Wykonanie formy
Forma LSR nie jest formą do tworzyw sztucznych. Formy LSR wymagają idealnego uszczelnienia. Materiał jest cienki, co zwiększa jego podatność na przeciekanie.
Wyzwaniem jest odpowietrzanie. Zbyt słabe odpowietrzanie powoduje uwięzienie powietrza. Zbyt intensywne odpowietrzanie powoduje wyciek silikonu. Znalezienie równowagi to umiejętność inżyniera form.
Obróbka CNC umożliwia wycinanie kształtów gniazd. Obróbka elektroerozyjna (EDM) pozwala uzyskać drobne detale i ostre narożniki, do których nie docierają frezy. Obie metody są niezbędne.
Systemy kanałów zimnych są standardem. Materiał pozostaje chłodny podczas transportu z jednostki wtryskowej do wejścia do gniazda. Następnie trafia do gorącej formy i utwardza się.
Faza 2: Przygotowanie i dozowanie materiału
LSR jest dostarczany w dwóch beczkach. Część A zawiera polimer bazowy i katalizator platynowy. Część B zawiera środek sieciujący i wypełniacz. Maszyna pompuje oba składniki. Mieszalnik statyczny miesza je w precyzyjnym stosunku 1:1. Nie dochodzi do przedostawania się powietrza. Nie powstają żadne zanieczyszczenia.
Jednostka wtryskowa będzie zimna, a nie ma temperatury pokojowej. Jeśli materiał się nagrzeje, zacznie utwardzać się przed czasem.
Pigmenty lub dodatki dodawane są na etapie mieszania. Urządzenie wtryskowe dostosowuje kolor, smarowność i właściwości przeciwdrobnoustrojowe zgodnie z ustalonymi standardami.
Faza 3: Wtrysk do formy
Tworzywa termoplastyczne są wtryskiwane pod wysokim ciśnieniem – tysięcy PSI. Formowanie gumy silikonowej odbywa się pod niskim ciśnieniem (kilkaset PSI wystarcza). Materiał łatwo płynie. Forma nie wymaga dużej siły zacisku.
System kanałów chłodzących kieruje zmieszany LSR do ogrzewanych komór. Na wejściu temperatura gwałtownie wzrasta. Utwardzanie rozpoczyna się natychmiast.
Port próżniowy usuwa powietrze z komory przed wtryskiem. Brak pęcherzyków powietrza oznacza brak pustych przestrzeni. Brak pustych przestrzeni oznacza spójne właściwości mechaniczne. Ten etap oddziela części wysokiej jakości od złomu.
Faza 4: Utwardzanie (wulkanizacja)
Ciepło aktywuje reakcję. Temperatura formy waha się od 150°C do 200°C (od 300°F do 425°F). Katalizator platynowy napędza sieciowanie. Łańcuchy silikonowe łączą się ze sobą. Ciecz przekształca się w stały elastomer.
Czasy cykli są krótkie. Dziesięć sekund dla elementu cienkościennego. Dziewięćdziesiąt sekund dla grubego, złożonego kształtu. Większość formowanych wtryskowo elementów silikonowych utwardza się w czasie krótszym niż minuta.
Faza 5: Wyjmowanie z formy i wykańczanie
Wypychanie jest delikatne. Kołki przebijają miękki materiał. Strumienie powietrza unoszą element z wnęki. Płytki wypychające naciskają równomiernie od tyłu. Bez śladów. Bez uszkodzeń.
Niektóre części trafiają bezpośrednio do pakowania. Inne wymagają dodatkowego utwardzania. Piec pracuje w temperaturze od 150°C do 200°C przez dwie do czterech godzin. Pod wpływem ciepła reakcja sieciowania zostaje zakończona. Właściwości mechaniczne stabilizują się. Poprawia się odkształcenie trwałe po ściskaniu.
Automatyzacja jest powszechna. Roboty wyciągają części z formy, a następnie umieszczają je na regałach chłodzących. W wielu fabrykach formowanie wtryskowe silikonu działa bez przerwy. Materiał zachowuje się spójnie. Maszyna powtarza ten sam cykl. Ludzie muszą jedynie monitorować i uzupełniać materiał.
Główne korzyści z zastosowania formowania wtryskowego w produkcji części silikonowych
Formowanie wtryskowe silikonu nie należy do najtańszych procesów. Nie jest też najszybsze w konfiguracji. Jednak korzyści uzasadniają koszt w przypadku odpowiednich zastosowań.
Wysoka precyzja i złożona geometria
Tolerancje do ±0.01 mm to norma. Nic specjalnego. Nic trudnego. Cienkie ścianki, funkcjonalne podcięcia i skomplikowane detale powierzchni wychodzą z formy gotowe do użycia.
Minimalna ilość odpadów i brak błysków
Zamknięty system formy zawiera materiał. Niewielki nadmiar wydostaje się. Co oznacza wyciek? Łatwo się odrywa. Większość formowanych wtryskowo silikonowych elementów nie wymaga przycinania po obróbce. System kanałów wlewowych pozostaje płynny. Można go ponownie wykorzystać przy następnym wtrysku. Odpady są bliskie zeru.
Szybkie czasy cykli
Od piętnastu do sześćdziesięciu sekund na strzał. Obejmuje to wtrysk, utwardzanie i wyjmowanie z formy. Grube elementy wymagają więcej czasu. Cienkie elementy latają. W przypadku produkcji wielkoseryjnej ta prędkość całkowicie zmienia ekonomikę.
W pełni zautomatyzowany proces
Maszyna odmierza i miesza oba składniki w obiegu zamkniętym. Proporcje pozostają precyzyjne. Ryzyko zanieczyszczenia spada, ponieważ żaden operator nie dotyka otwartego materiału. Koszt robocizny na część jest bardzo niski. Jedna osoba obsługuje wiele maszyn.
Doskonałe właściwości materiałowe
Zakres temperatur od -50°C do +230°C. Autoklawowalny. Biokompatybilny z normą ISO 10993 do kontaktu z materiałami medycznymi. Odporny na chemikalia, promieniowanie UV i ozon. Odkształcenie trwałe po ściskaniu utrzymuje się na niskim poziomie. Element powraca do pierwotnego kształtu po latach ściskania.
Minimalny skurcz
Elementy po utwardzeniu kurczą się o mniej niż 0.5%. To jest stabilne. To jest przewidywalne. Projektanci mogą zaufać ostatecznym wymiarom bez zgadywania.
Kompatybilny z pomieszczeniami czystymi
Formowanie wtryskowe silikonu odbywa się w pomieszczeniach czystych klasy ISO 7 lub 8. Brak cząstek stałych. Brak zanieczyszczeń. Implanty medyczne, komponenty do podawania leków i uszczelnienia farmaceutyczne są gotowe do sterylizacji.
Możliwość nadformowania
Maszyna może wtryskiwać LSR bezpośrednio na plastikowe lub metalowe wkładki. Silikon wiąże się chemicznie podczas utwardzania. Bez klejów. Bez podkładów. Sztywny uchwyt z miękkim uchwytem wychodzi z jednego elementu. Złącze medyczne z silikonową uszczelką na metalowym trzpieniu wychodzi w pełni zmontowane. To jest zaleta overmouldingu.
Branże wykorzystujące formowane wtryskowo części silikonowe
Formowane wtryskowo części silikonowe pojawiają się wszędzie. Właściwości materiału sprawdzają się w niektórych zastosowaniach lepiej niż jakakolwiek inna alternatywa. Oto, gdzie się znajdują.
Medycyna i opieka zdrowotna
Maski oddechowe wymagają miękkiego uszczelnienia twarzy. Cewniki wymagają gładkich, biokompatybilnych powierzchni. Uszczelki strzykawek nie mogą przeciekać ani uwalniać cząsteczek. Elementy urządzeń wszczepialnych wymagają absolutnej czystości i długotrwałej stabilności. Uchwyty na narzędzia chirurgiczne zapewniają komfort, nie gromadząc bakterii. Smoczki do butelek dla niemowląt i smoczki są wykonane z silikonu, ponieważ nie mają smaku i nie stanowią zagrożenia dla alergenów.
Samochody i pojazdy elektryczne
Uszczelki silnika i uszczelki pracują w gorącym oleju. O-ringi uszczelniają płyny i gazy. Uszczelki złącza wysokiego napięcia EV chronią styki elektryczne przed wilgocią. Tłumiki drgań montowane są pomiędzy metalowymi wspornikami. Uszczelki akumulatorów chronią akumulatory litowo-jonowe przed wodą i kurzem. Pod maską silikon jest trwalszy niż guma.
Elektronika i dobra konsumpcyjne
Wodoodporne uszczelki do smartwatchy i smartfonów chronią przed wilgocią drogi sprzęt elektroniczny. Klawiatury i przyciski muszą być miękkie i przyjemne w dotyku. Miękkie w dotyku uchwyty sprawiają, że narzędzia i urządzenia wygodnie leżą w dłoni. Osłony ochronne i akcesoria do zarządzania kablami wykonane są z silikonu ze względu na jego elastyczność i trwałość. Element musi być odporny na upadki. Nie może pękać ani rozrywać się.
Żywność i produkty dla dzieci
Maty do pieczenia i szpatułki są odporne na wysoką temperaturę. Foremki do kostek lodu wyginają się bez pękania. Uszczelki pojemników na żywność zapewniają szczelne zamknięcia. Smoczki do butelek dla niemowląt i gryzaki wkłada się do buzi. Zgodność z FDA jest obowiązkowa. Bez toksycznych dodatków. Bez BPA. Bez ftalanów. Formowanie z gumy silikonowej spełnia te wymogi.
Przemysłowe i lotnicze
Przemysłowe systemy uszczelnień radzą sobie z chemikaliami i ciśnieniem. Membrany regulują przepływ cieczy. Uszczelnienia lotnicze są narażone na paliwo lotnicze i promieniowanie UV na dużych wysokościach – gatunki fluorosilikonowe rozwiązują ten konkretny problem. Uszczelnienia konstrukcyjne znajdują się między panelami budynku. Elementy sterujące przepływem cieczy regulują przepływ wody, powietrza i agresywnych mediów. Wspólnym mianownikiem jest trwałość. Te elementy ulegają powolnym awariom.
Formowanie wtryskowe silikonu a inne metody produkcji
Nie każdy element silikonowy wymaga formowania wtryskowego. Istnieją inne metody. Każda ma swoje miejsce. Poniższa tabela przedstawia kompromisy.
| Czynnik | Formowanie wtryskowe LSR | Formowanie tłoczne | Formowanie transferowe |
| Czas cyklu | 15–60 sekund | 2 – 5 minut | 1 – 3 minut |
| Automatyzacja | Całkowicie automatyczny | Manualny lub półautomatyczny | Półautomatyczne |
| Marnotrawstwo | Bardzo niski (kanał zimny) | Wysoki (błysk, przepełnienie) | Umiarkowany |
| Złożoność części | Wysokie (podcięcia, cienkie ścianki) | Niski do umiarkowanego | Umiarkowany |
| Tolerancje | ±0.01 mm możliwe do osiągnięcia | ±0.1 mm typowo | ±0.05 mm typowo |
| Koszty oprzyrządowania | Wysoki | Niski do umiarkowanego | Umiarkowany |
| Odpowiedniość objętości | Duża objętość (10 tys.–milionów) | Niska do średniej głośności | Niska do średniej głośności |
Formowanie wtryskowe LSR vs Formowanie tłoczne
Formowanie kompresyjne to stara metoda. Wstępnie uformowany blok litego kauczuku silikonowego (HCR) umieszcza się w otwartej formie. Forma się zamyka. Ciepło i ciśnienie wtłaczają materiał do wnęki. Operator ręcznie przycina wypływkę.
Formowanie gumy silikonowej metodą kompresji jest tanie w przypadku małych serii. Koszty oprzyrządowania są niskie. Proste kształty sprawdzają się dobrze. Jednak cykle produkcyjne są długie. Odpady są wysokie. Automatyzacja jest trudna. W przypadku skomplikowanych geometrii lub dużych serii, formowanie wtryskowe silikonu zawsze wygrywa. Wyprodukowana część jest czysta. System kanałów nie marnuje niczego.
Formowanie wtryskowe LSR a formowanie transferowe
Formowanie transferowe to metoda hybrydowa. Materiał umieszczany jest w pojemniku nad gniazdem formującym. Tłok przepycha go przez wlew do formy. Utwardza się. Operator usuwa element i resztki.
Zaleta? Formowanie transferowe lepiej radzi sobie z wkładkami niż kompresja. Materiał wpływa do formy pod ciśnieniem, a nie tylko poprzez ściskanie. Wada? Pozostają odpady. Wlew i odrzuty to utwardzony materiał, którego nie można ponownie użyć. Czasy cykli są dłuższe niż w przypadku wtrysku. Automatyzacja jest ograniczona. W przypadku średnich wolumenów z wkładkami, formowanie transferowe ma sens. W przypadku dużych wolumenów – nie.
Formowanie wtryskowe LSR kontra Druk 3D z silikonu
Druk 3D z silikonu już istnieje. Technologia ta jest realna. Ale jest powolna. Wykonanie pojedynczej części zajmuje godziny. Powierzchnia jest szorstka. Właściwości mechaniczne są gorsze niż w przypadku części formowanych.
Kiedy wybrać druk 3D? Prototypy. Elementy jednorazowe. Projekty zmieniające się co tydzień. Kiedy wybrać formowanie wtryskowe silikonu? Produkcja. Każda ilość powyżej kilkuset sztuk. Każda część wymagająca ścisłych tolerancji lub gładkiej powierzchni. Każde zastosowanie, w którym część musi działać niezawodnie przez lata.
Zagadnienia projektowe dotyczące formowanych wtryskowo części silikonowych
Projektowanie pod kątem formowania wtryskowego silikonu to nie to samo, co projektowanie pod kątem tworzyw sztucznych. Zasady się pokrywają. Ale różnice mają znaczenie.
Minimalna grubość ściany
Cienkie ścianki są w porządku. Silikon łatwo się rozpływa. Minimalna grubość 0.5 mm wystarcza do małych części. Większe części wymagają większej grubości – od 1.0 mm do 1.5 mm. Przy grubości poniżej 0.4 mm materiał może nie wypełnić ubytku przed rozpoczęciem utwardzania. Ryzyko to zwarcia. Niekompletne części.
Kąty pochylenia do wyjmowania z formy
Silikon jest elastyczny. Rozciąga się. To pomaga. Ale kąty pochylenia nadal mają znaczenie. Zazwyczaj wystarcza jeden do dwóch stopni. W przypadku głębokich wnęk lub powierzchni teksturowanych, dodaj więcej. Trzy stopnie. Może pięć. Element musi zostać odłączony bez rozdarcia. Projektant formy będzie Ci wdzięczny.
Unikanie ostrych zakrętów
Ostre narożniki wewnętrzne koncentrują naprężenia. Element pęka w tym miejscu. Pęka podczas wyjmowania z formy. Pęka podczas użytkowania. Dodaj promień. Minimum 0.3 mm. 0.5 mm jest lepsze. Producent formy i tak może wyciąć promień łatwiej niż ostry narożnik.
Integrowanie podcięć
W tym miejscu silikon różni się od plastiku. Podcięcia nie są problemem automatycznym. Element jest elastyczny. Może naciągnąć się na rdzeń lub wyskoczyć z gniazda. Są jednak pewne ograniczenia. Podcięcie musi być wystarczająco płytkie, aby można je było odkleić bez trwałego odkształcenia. Dobra zasada? Głębokość podcięcia nie powinna przekraczać połowy grubości ścianki. Przetestuj to w projekcie. Zasymuluj wyjmowanie z formy. Nie zgaduj.
Umiejscowienie linii podziału
Linia podziału to miejsce, w którym stykają się dwie połówki formy. Na elemencie silikonowym tworzy się tam cienka linia podziału. Zazwyczaj można ją usunąć. Jednak jej umiejscowienie nadal ma znaczenie. Linia podziału powinna znajdować się z dala od powierzchni kosmetycznych. Należy ją również umieścić z dala od powierzchni uszczelniających. Należy ją umieścić na krawędzi lub narożniku, gdzie łatwo będzie przyciąć linię podziału.
Wymagania dotyczące wentylacji
Silikon zatrzymuje powietrze. Forma potrzebuje otworów wentylacyjnych – maleńkich kanalików, przez które powietrze uchodzi, gdy materiał wypełnia wnękę. Bez otworów wentylacyjnych tworzą się pęcherzyki powietrza. Element wygląda źle. Może ulec uszkodzeniu podczas użytkowania. Głębokość otworów wentylacyjnych ma kluczowe znaczenie. Zbyt płytkie otwory uniemożliwiają ujście powietrza. Zbyt głębokie powodują wyciek silikonu, tworząc wypływkę. Standardowa głębokość otworów wentylacyjnych dla formowanych wtryskowo silikonowych elementów wynosi od 0.01 mm do 0.02 mm. To bardzo niewiele. Wymaga to precyzyjnego wykonania formy.
Postępuj zgodnie z tymi zasadami. Forma będzie działać. Części zostaną wyjęte bez zarzutu. Wskaźnik złomu pozostanie niski. Zignoruj je, a formowanie gumy silikonowej stanie się ćwiczeniem rozwiązywania problemów, a nie procesem produkcyjnym.
Dlaczego warto wybrać NOBLE do formowania wtryskowego silikonu i Elementy obrabiane CNC?
Wybór partnera produkcyjnego nie jest łatwy. Zły wybór kosztuje czas i pieniądze. NOBLE oferuje formowanie wtryskowe silikonu i obróbkę CNC pod jednym dachem.
Wiele fabryk zajmuje się tylko produkcją. Przyjmują rysunek i wysyłają części. NOBLE zaczyna wcześniej. Konsultacje projektowe odbywają się przed cięciem stali. Przeglądy DFM wykrywają problemy na wczesnym etapie. Montaż i pakowanie kończą pracę.
Nasze główne możliwości produkcyjne
Formowanie wtryskowe
- Wtrysk ciekłego silikonu (LSR) odlewanie dla medycyna, motoryzacja, elektronika i dobra konsumpcyjne
- Formowanie wtryskowe tworzyw termoplastycznych do elementów sztywnych i obtryskiwanie aplikacje
- Formowanie wielomateriałowe (LSR nanoszony metodą wtryskową na wkładki plastikowe lub metalowe)
- Forma własna produkcja i konserwacja
Obróbka CNC
- Precyzja frezowanie CNC oraz Toczenie CNC do części metalowych i plastikowych
- Szybkie prototypowanie i produkcji od małych do dużych ilości
- Wąskie tolerancje do ± 0.005 mm
- Możliwość produkcji niestandardowe narzędzia formujące do formowania wtryskowego
Usługi o wartości dodanej
- Projektowanie dla produkcji (DFM)przegląd i optymalizacja
- Prototypowanie do walidacja projektów przed masową produkcją
- Montaż of gotowe komponenty w podzespoły lub kompletne produkty
- Opakowania i entuzjastą dostosowane do Twoich wymagań
Certyfikaty, które mają znaczenie
Firma NOBLE działa w oparciu o uznane na całym świecie systemy zarządzania jakością, co gwarantuje spójną, śledzoną i zgodną z przepisami produkcję.
| Certyfikacja | Zakres |
| ISO 9001: 2015 | Zarządzanie jakością we wszystkich procesach produkcyjnych, w tym formowaniu wtryskowym i obróbce CNC |
| ISO 13485: 2016 | Produkcja wyrobów medycznych zarządzanie jakością — niezbędne w przypadku części silikonowych stosowanych w opiece zdrowotnej, chirurgii i diagnostyce |
Dzięki tym certyfikatom możesz mieć pewność, że NOBLE dostarczy części spełniające rygorystyczne wymogi regulacyjne, niezależnie od tego, czy Twoja firma działa w sektorze medycznym, motoryzacyjnym, elektronicznym czy przemysłowym.
FAQ
W tej sekcji zalecane jest stosowanie znaczników schematu
Czy każdy silikon można formować wtryskowo?
Nie. Do formowania wtryskowego silikonu nadaje się tylko ciekły kauczuk silikonowy (LSR) o niskiej lepkości. Stałe silikony HCR wymagają formowania kompresyjnego lub transferowego.
Jak długo wytrzymują formy LSR?
Prawidłowo wykonana stalowa forma może wyprodukować od 500 000 do ponad 1 000 000 części. Żywotność formy zależy od złożoności części, ścieralności materiału i jakości konserwacji.
Czy formowanie wtryskowe LSR jest drogie?
Koszty oprzyrządowania są wysokie, ale koszty jednostkowe gwałtownie spadają wraz ze wzrostem wielkości produkcji. W przypadku dużych serii produkcyjnych proces staje się bardzo ekonomiczny.
Jaka jest minimalna ilość zamówienia?
Nie mamy ustalonego minimum, ale niskie wolumeny poniżej 1,000 części rzadko uzasadniają inwestycję w oprzyrządowanie. Wielu dostawców preferuje partie od 5,000 do 10 000 lub więcej części.
Czy LSR można nakładać metodą formowania wtryskowego na plastik?
Tak. LSR wiąże się chemicznie z niektórymi tworzywami konstrukcyjnymi podczas utwardzania. Przy prawidłowym doborze materiałów klej nie jest wymagany.
Czy LSR jest bezpieczny dla żywności i ma jakość medyczną?
Wiele gatunków LSR jest zgodnych z wymogami FDA dotyczącymi kontaktu z żywnością oraz posiada certyfikat ISO 10993 do zastosowań medycznych. Zawsze sprawdzaj certyfikat konkretnego gatunku dla docelowego zastosowania.
Czym różni się silikon utwardzany platyną od silikonu utwardzanego nadtlenkiem?
Silikon utwardzany platyną wykorzystuje katalizator z metalu szlachetnego i nie wytwarza produktów ubocznych, co czyni go czystszym i biokompatybilnym. Silikon utwardzany nadtlenkiem pozostawia śladowe ilości pozostałości chemicznych i jest rzadko stosowany w zastosowaniach medycznych lub spożywczych.
