Introducere
Aveți un design care necesită prototiparea a câteva zeci de piese. Costul matrițelor pentru producția de masă este prea mare; imprimarea 3D este prea lentă, iar proprietățile materialului sunt nepotrivite. Prototiparea rapidă a siliconului satisface această problemă.
Prototiparea cu silicon răspunde unor nevoi specifice. Poate produce mai multe piese care se aseamănă îndeaproape cu piesele produse în masă, atât ca aspect, cât și ca performanță. Aceste piese pot fi utilizate pentru testare, validare și chiar pentru producția de loturi mici. Această metodă reduce decalajul dintre prototiparea cu o singură unitate și producția la scară largă. Acesta este scopul său și motivul pentru care producătorii o adoptă.
De ce se folosește siliconul în prototiparea rapidă?
Siliconul nu este singurul material pentru matrițe. Dar este cel mai bun pentru anumite lucrări. Proprietățile se potrivesc procesului.
Replicare excelentă a detaliilor
Siliconul surprinde cu precizie chiar și cele mai fine detalii, reproducând fidel caracteristicile suprafeței. Geometriile complexe pot fi reproduse fără pierderi de detalii. Indiferent dacă matrița principală prezintă muchii ascuțite, text fin sau modele complicate, piesele rezultate se vor potrivi perfect cu aceasta.
Proprietăți flexibile ale matriței
Flexibilitatea siliconului este un avantaj cheie. Piesele cu teșituri pot fi demulate cu ușurință. Componentele curbate sunt îndepărtate fără a se deteriora. Caracteristicile complexe care s-ar bloca în matrițe rigide pot fi demulate cu ușurință în matrițe de silicon.
Matrița este flexibilă, permițând pieselor să se desprindă natural, fără a fi nevoie de forță sau risc de rupere. Acest lucru face ca prototiparea cu silicon să fie fezabilă pentru modele care sunt imposibil de turnat în materiale rigide.
Cost redus al sculelor și producție rapidă
Matrițele metalice pot costa zeci de mii de dolari și pot dura luni de zile pentru a fi produse. În schimb, matrițele din silicon costă doar o fracțiune din această sumă și pot fi produse în doar câteva zile. Matrițele pot fi tăiate dintr-o matriță principală sau dintr-o piesă turnată. Timpii de execuție sunt scurți. Pentru prototipare și producție în loturi mici, această structură de costuri oferă un avantaj semnificativ.
Compatibilitate largă de materiale
Matrițele de silicon sunt compatibile cu o mare varietate de materiale. Rășinile poliuretanice sunt utilizate în mod obișnuit pentru fabricarea atât a pieselor rigide, cât și a celor flexibile. Materialele pe bază de cauciuc oferă proprietăți elastomerice, în timp ce materialele plastice inginerești oferă performanțe structurale. Turnarea elastomerilor de silicon în matrițe de silicon produce piese moi, potrivite pentru contactul cu pielea. Acest proces poate fi adaptat la aplicații specifice.
Aceste patru avantaje fac din silicon materialul standard pentru prototiparea rapidă a siliconului. Este rapid, rentabil, capabil să reproducă detalii fine și potrivit pentru forme complexe. Niciun alt material de matriță nu oferă toate aceste patru avantaje. De aceea, domină acest domeniu.
Cum funcționează prototiparea rapidă a siliconului?
Creați modelul principal
Matrița principală definește piesa. Există trei metode pentru crearea unei matrițe principale.
| CNC de prelucrare | Implică tăierea din material solid, rezultând o precizie ridicată și un finisaj al suprafeței excepțional de neted. |
| Imprimare 3D SLA | Utilizarea rășinii lichide permite obținerea unor suprafețe netede și a detaliilor fine. |
| Imprimare SLS | Utilizarea materialului sub formă de pulbere are ca rezultat o rezistență mai mare decât procesul SLA. |
Deși există și alte tehnologii de prototipare rapidă, aceste trei acoperă majoritatea scenariilor de aplicație.
Matrița principală determină limita superioară a preciziei și calității suprafeței prototipului final.
O matriță master brută va produce piese turnate brute; o matriță master lustruită va produce piese turnate lustruite. Finisajul suprafeței matriței master este transferat direct pe piesă. Fiecare zgârietură, fiecare linie de strat și fiecare marcaj al sculei va fi reprodus exact.
Înainte de fabricarea matriței, matrița principală trebuie prelucrată conform standardelor cerute.
Fabricarea matrițelor din silicon
Inginerul plasează matrița principală în cutia matriței, apoi amestecă cauciucul siliconic lichid și îl degazează pentru a elimina bulele de aer. În cele din urmă, siliconul este turnat în jurul matriței principale. După ce siliconul s-a întărit, matrița principală este îndepărtată, iar matrița este completă.
Avantajele sunt evidente: poate reproduce cu acuratețe detaliile suprafeței; suprafața matriței este netedă și poate fi transferată complet pe piesă; și poate reproduce forme complexe, inclusiv degajări și suprafețe curbate.
Matrițele de prototipare din silicon rezistă de obicei la 20 până la 50 de turnări. Numărul exact depinde de materialul de turnare, geometria piesei și grija acordată în timpul demulării. Acest lucru este suficient pentru producția în loturi mici. Pentru producția de volum mare, se pot realiza mai multe matrițe folosind aceeași matriță principală.
Turnare prototip
Muncitorii toarnă materialul de turnare (rășină sau silicon) în matriță. Turnarea siliconului în vid elimină bulele de aer înainte și în timpul turnării. Mediul de vid asigură umplutura completă a matriței, rezultând o piesă fără pori. După ce piesa s-a întărit, aceasta este scoasă din matriță și supusă unor procese ulterioare: tăierea porții și curățarea suprafeței. Piesele prototip din silicon sunt gata pentru inspecție și testare.
Piesele produse prin acest proces sunt identice cu matrița principală în ceea ce privește geometria și finisajul suprafeței. Proprietățile materialelor lor sunt comparabile cu cele ale pieselor produse în serie. Deși costul unitar este mai mare decât cel al turnării prin injecție, costul matriței este doar o fracțiune din acesta din urmă. Pentru serii de producție de 20 până la 50 de bucăți, aceasta este soluția cea mai rentabilă. Aceasta este propunerea de valoare a prototipării rapide cu silicon.
Procese comune de prototipare rapidă a siliconului
Turnare în vid de silicon
Mai întâi, creați un model principal, care este apoi folosit pentru a realiza o matriță de silicon. Așezați matrița într-o cameră de vid, turnați rășină sau silicon în ea sub vid pentru a elimina bulele de aer și, odată ce piesa s-a întărit, deschideți matrița și scoateți produsul finit.
Avantaje
Matrița conferă direct piesei un finisaj de suprafață de înaltă calitate, asigurând că aspectul acesteia corespunde cu cel al produsului final așteptat. În plus, deoarece matrița este fabricată din silicon și nu din oțel, costul producției în loturi mici este mai mic.
Turnarea în vid a siliconului produce prototipuri de piese din silicon care arată și se simt ca componente de producție. Acestea prezintă un finisaj de suprafață de înaltă calitate, cu detalii clare și precise. Proprietățile materialului sunt apropiate de cele ale materialelor plastice și elastomerilor produși în masă. De aceea, acest proces este cel mai comun în prototiparea rapidă a siliconului.
Aplicatii
Aplicațiile includ carcase și butoane pentru electronice de larg consum, componente și garnituri pentru interior auto, precum și prototipuri pentru dispozitive medicale care necesită materiale biocompatibile și suprafețe netede. Acest proces este potrivit pentru orice aplicație în care aspectul, senzația tactilă și funcționalitatea trebuie validate înainte de a fi utilizate într-o matriță de producție în masă.
Turnare prin compresie din silicon
Materialul siliconic este plasat în cavitatea încălzită a matriței. Matrița se închide. Căldura și presiunea determină materialul să curgă în cavitate, unde apoi se întărește. Matrița se deschide, iar piesa este scoasă.
Prototiparea cu silicon folosind procesul de turnare prin compresie este ideală pentru piesele din cauciuc. Garniturile, garniturile de etanșare și componentele flexibile sunt aplicații comune. Deoarece acest proces este identic cu producția de masă - deși la o scară mai mică - proprietățile materialului îndeplinesc standardele de producție în masă.
Pentru volume mici, turnarea prin compresie este mai lentă decât turnarea în vid. Cu toate acestea, poate prelucra materiale cu proprietăți de curgere slabe. Siliconul de înaltă vâscozitate, fluorosiliconul și compușii umpluți sunt mai ușor de turnat prin turnare prin compresie decât prin turnare în vid. Piesele prototip din silicon produse în acest mod sunt identice din punct de vedere funcțional cu piesele de producție.
Compromisul constă în timp. Fabricarea matriței durează câteva săptămâni, iar configurarea necesită câteva ore. Pentru o serie mică de prototipuri rapide din silicon, turnarea în vid este de obicei mai rapidă. Cu toate acestea, pentru piesele care trebuie să utilizeze exact aceleași materiale și procese ca în producția de masă, turnarea prin compresie este cea mai bună alegere. Alegerea specifică depinde de aplicație.
Turnare prin injecție din cauciuc siliconic lichid (LSR).
Se amestecă cele două componente lichide. Mașina injectează amestecul într-o matriță încălzită, unde siliconul se întărește în interiorul cavității. Apoi, muncitorii scot piesele finite din matriță.
Avantaje
Consecvență și viteză. Variațiile dintre injecții sunt minime, iar timpii de ciclu sunt scurți. Acesta este procesul de producție pentru piesele din silicon de volum mare. De asemenea, este utilizat pentru producția de silicon de volum mic atunci când geometria piesei justifică investiția în scule.
Prototiparea siliconului cu turnare prin injecție LSR este rară. Costurile matrițelor sunt ridicate, iar procesul de depanare este complex. Pentru producția în loturi mici, turnarea în vid este de obicei mai economică; pentru producția în volum mare, turnarea prin injecție LSR este singura opțiune economică. Punctul de rentabilitate dintre cele două depinde de dimensiunea, geometria și materialul piesei.
Supraturnare din silicon
Siliconul poate fi turnat direct pe alte materiale, cum ar fi inserții din plastic și componente metalice. În timpul procesului de întărire, siliconul formează legături chimice, eliminând necesitatea adezivilor.
Aplicatii
Mânere moi la atingere pentru unelte și dispozitive electronice; dispozitive portabile cu suprafețe care intră în contact cu pielea; și mânere pentru dispozitive medicale care necesită suprafețe antiderapante și sunt ușor de curățat.
Pentru prototiparea rapidă a siliconului, supraturnarea este o provocare. Inserțiile trebuie mai întâi fabricate, iar matrița trebuie să fie capabilă să le găzduiască. Procesul de configurare este mai complex decât simpla turnare. Cu toate acestea, pentru testarea funcțională a componentelor asamblate, aceasta este uneori singura opțiune. Prototipul are performanțe constante cu produsul final, permițând verificarea senzației la atingere, a potrivirii și a performanței sale înainte de fabricarea matrițelor de producție.
Servicii de prototipare rapidă cu silicon la NOBLE
NOBLE este o companie lider în producție. Domeniile sale principale de activitate includ fabricarea metalelor, fabricarea materialelor plastice, prototiparea rapidă, producția în loturi mici și fabricarea de piese personalizate. Îi sprijinim pe clienții noștri pe parcursul întregului ciclu de dezvoltare a produsului.
NOBLE ajută companiile să transforme conceptele în prototipuri funcționale și piese gata de producție. Spre deosebire de furnizorii care oferă doar servicii de prototipare, NOBLE oferă soluții complete de fabricație, de la asistență la proiectare până la asamblarea finală.
Capacitățile NOBLE de prototipare rapidă cu silicon
Prototiparea rapidă a siliconului la NOBLE este integrată cu alte servicii. Suportul pentru proiectare este încorporat direct în procesul de fabricație. Prelucrarea CNC produce matrițe master. Turnarea prin injecție satisface nevoile producției de masă. Asamblarea și finisarea suprafeței aduc produsul la forma sa finală. Întregul proces este gestionat de un singur furnizor.
Standarde de calitate și certificări
Sistemul calității a fost certificat și este bine documentat.
ISO 9001:2015 acoperă managementul general al calității. Controalele procesului de fabricație asigură repetabilitatea rezultatelor; procedurile de inspecție verifică dimensiunile și calitatea suprafeței.
ISO 13485:2016 adaugă cerințele stricte necesare pentru fabricarea dispozitivelor medicale - o trasabilitate mai riguroasă și o validare mai strictă a procesului.
Întrebări frecvente despre prototiparea rapidă cu silicon
Se folosește siliconul ca material pentru prototip sau ca material pentru matriță?
Ambele. Siliconul poate servi ambelor scopuri. În majoritatea aplicațiilor de prototipare rapidă cu silicon, siliconul este utilizat pentru a crea matrițe flexibile. Aceste matrițe sunt folosite pentru a produce piese prototip prin turnarea în ele a rășinii, poliuretanului sau materialelor siliconice.
Câte piese poate produce o matriță de silicon?
O matriță tipică de silicon poate produce aproximativ 20 până la 50 de piese. Durata de viață reală depinde de geometria piesei, materialul de turnare, designul matriței și condițiile de funcționare. Un număr mai mare de piese poate fi produs atunci când geometria este simplă și se utilizează rășini cu vâscozitate scăzută; invers, se pot produce mai puține piese atunci când geometria este complexă și se utilizează materiale umplute. Matrița se uzează. Acest lucru este de așteptat.
Cât de precise sunt piesele prototip din silicon?
Turnarea în vid a siliconului realizează o reproducere excelentă a detaliilor. Nivelul de precizie depinde de calitatea matriței principale, de alegerea materialului siliconic, de dimensiunile și geometria piesei și de controlul procesului de turnare. O matriță principală lustruită, combinată cu o matriță de silicon stabilă, poate produce piese care îndeplinesc cerințele de proiectare și toleranțele stricte; dimpotrivă, o matriță principală brută, combinată cu o matriță prost realizată, va duce la piese defecte.
Cum se compară prototiparea rapidă a siliconului cu turnarea prin injecție?
Matrițele de prototipare din silicon sunt mai puțin costisitoare și necesită mai puțin timp de configurare, ceea ce le face potrivite pentru producția în loturi mici. Uneltele de turnare prin injecție sunt mai scumpe și necesită mai mult timp de configurare, dar duc la un cost unitar mai mic pentru producția de volum mare, ceea ce le face mai potrivite pentru producția la scară largă și fabricația pe termen lung.
Când ar trebui să aleg prototiparea rapidă cu silicon?
Când aveți nevoie de 10 până la 100 sau mai multe piese prototip, componente flexibile sau din cauciuc, validare rapidă a designului sau producție tranzitorie cu costuri reduse, alegeți prototiparea rapidă din silicon. Acest proces produce piese de o calitate comparabilă cu piesele produse în serie, fără a fi nevoie de matrițe de producție.
Poate NOBLE să ofere servicii de prototipare rapidă a siliconului, de la proiectare până la producție?
Desigur! NOBLE oferă asistență completă.
Revizuirile de proiectare ajută la identificarea problemelor din timp. Prototiparea este utilizată pentru validarea designului. Turnarea prin injecție a siliconului este utilizată pentru a crea matrițe. Prelucrarea plasticului și a metalului se ocupă de alte componente. Finisarea suprafeței aduce ultimele retușuri pieselor. Asamblarea reunește toate componentele. Sprijinul pentru producție poate fi ajustat flexibil pe măsură ce volumele de producție cresc.
