Beskrivning
Du har en design som kräver prototypframställning av flera dussin delar. Kostnaden för massproduktionsformulor är för hög; 3D-utskrift är för långsam och materialegenskaperna är olämpliga. Snabbprototypframställning av silikon fyller den luckan.
Silikonprototypframställning möter specifika behov. Den kan producera flera delar som nära matchar massproducerade delar både i utseende och prestanda. Dessa delar kan användas för testning, validering och till och med småskalig produktion. Denna metod överbryggar klyftan mellan prototypframställning av enskilda enheter och storskalig produktion. Det är dess syfte, och det är därför tillverkare använder den.
Varför används silikon i snabb prototypframställning?
Silikon är inte det enda formmaterialet. Men det är bäst för vissa jobb. Egenskaperna passar processen.
Utmärkt detaljreplikering
Silikon fångar exakt även de finaste detaljerna och återger ytstrukturer troget. Komplexa geometrier kan reproduceras utan förlust av detaljer. Oavsett om huvudformen har skarpa kanter, fin text eller invecklade mönster, kommer de resulterande delarna att matcha den perfekt.
Egenskaper för flexibla gjutformar
Silikonens flexibilitet är en viktig fördel. Delar med avfasningar kan enkelt urformas. Böjda komponenter avlägsnas utan att skadas. Komplexa egenskaper som skulle fastna i styva formar kan enkelt urformas i silikonformar.
Formen är böjlig, vilket gör att delarna lossnar naturligt utan behov av våld eller risk för att de rivs sönder. Detta gör silikonprototyper möjliga för konstruktioner som är omöjliga att forma i styva material.
Låg verktygskostnad och snabb produktion
Metallformar kan kosta tiotusentals dollar och ta månader att tillverka. Silikonformar kostar däremot bara en bråkdel av det och kan tillverkas på bara några dagar. Formar kan skäras från en masterform eller gjutform. Leveranstiderna är korta. För prototypframställning och småskalig produktion erbjuder denna kostnadsstruktur en betydande fördel.
Bred materialkompatibilitet
Silikonformar är kompatibla med en mängd olika material. Polyuretanhartser används ofta för att tillverka både styva och flexibla delar. Gummibaserade material ger elastomera egenskaper, medan tekniska plaster erbjuder strukturell prestanda. Gjutning av silikonelastomerer i silikonformar producerar mjuka delar som är lämpliga för hudkontakt. Denna process kan anpassas till specifika tillämpningar.
Dessa fyra fördelar gör silikon till standardmaterialet för snabb prototypframställning av silikon. Det är snabbt, kostnadseffektivt, kan reproducera fina detaljer och är lämpligt för komplexa former. Inget annat formmaterial erbjuder alla fyra dessa fördelar. Det är därför det dominerar detta område.
Hur fungerar snabbprototypning av silikon?
Skapa huvudmodellen
Huvudformen definierar detaljen. Det finns tre metoder för att skapa en huvudform.
| CNC-bearbetning | Innebär skärning från massivt material, vilket resulterar i hög precision och en exceptionellt slät ytfinish. |
| SLA 3D-utskrift | Användningen av flytande harts möjliggör släta ytor och fina detaljer. |
| SLS-utskrift | Användningen av pulvermaterial resulterar i högre hållfasthet än SLA-processen. |
Även om andra tekniker för snabb prototypframställning finns, täcker dessa tre de flesta tillämpningsscenarier.
Masterformen bestämmer den övre gränsen för den slutliga prototypens precision och ytkvalitet.
En grov masterform producerar grova gjutgods; en polerad masterform producerar polerade gjutgods. Masterformens ytfinish överförs direkt till detaljen. Varje repa, varje lagerlinje och varje verktygsmärke kommer att replikeras exakt.
Innan formen tillverkas måste huvudformen bearbetas enligt de krav som ställs.
Tillverkning av silikonformar
Ingenjören placerar masterformen i formlådan, blandar sedan det flytande silikongummit och avgasar det för att avlägsna luftbubblor. Slutligen hälls silikonet runt masterformen. När silikonet har härdat tas masterformen bort och formen är färdig.
Fördelarna är uppenbara: den kan återge ytdetaljer noggrant; formytan är slät och kan överföras helt till detaljen; och den kan reproducera komplexa former, inklusive underskärningar och böjda ytor.
Silikonformar för prototypning klarar vanligtvis 20 till 50 gjutningar. Det exakta antalet beror på gjutmaterialet, delens geometri och den noggrannhet som vidtas vid urgjutningen. Detta är tillräckligt för småskalig produktion. För storskalig produktion kan flera formar tillverkas med samma huvudform.
Prototypgjutning
Arbetarna häller gjutmaterialet (harts eller silikon) i formen. Vakuumgjutning av silikon avlägsnar luftbubblor före och under gjutningen. Vakuummiljön säkerställer att formen är helt fylld, vilket resulterar i en porfri del. Efter att delen har härdat tas den ut ur formen och genomgår efterbehandling: trimning av öppningen och rengöring av ytan. Silikonprototypdelarna är redo för inspektion och testning.
Delar som produceras med denna process är identiska med masterformen vad gäller geometri och ytfinish. Deras materialegenskaper är jämförbara med massproducerade delar. Även om enhetskostnaden är högre än för formsprutning, är formkostnaden bara en bråkdel av den senare. För produktionsserier på 20 till 50 stycken är detta den mest kostnadseffektiva lösningen. Det är värdet med silikon snabbprototypning.
Vanliga snabba prototypprocesser för silikon
Silikon vakuumgjutning
Skapa först en mastermodell som sedan används för att tillverka en silikonform. Placera formen i en vakuumkammare, häll harts eller silikon i den under vakuum för att avlägsna luftbubblor, och när delen har härdat, öppna formen och ta ut den färdiga produkten.
Fördelar
Formen ger direkt en högkvalitativ ytfinish till detaljen, vilket säkerställer att dess utseende matchar den förväntade slutproduktens. Dessutom, eftersom formen är tillverkad av silikon snarare än stål, är kostnaden för småskalig produktion lägre.
Silikonvakuumgjutning producerar silikonprototypdelar som ser ut och känns som produktionskomponenter. De har en hög ytfinish med tydliga, skarpa detaljer. Materialegenskaperna ligger nära de hos massproducerade plaster och elastomerer. Det är därför denna process är den vanligaste inom snabb prototypframställning av silikon.
Tillämpningar
Tillämpningar inkluderar höljen och knappar för konsumentelektronik, bilinredningskomponenter och tätningar, samt prototyper för medicintekniska produkter som kräver biokompatibla material och släta ytor. Denna process är lämplig för alla tillämpningar där utseende, känsla och funktionalitet behöver valideras innan man bestämmer sig för massproduktion av gjutformar.
Silikon formpressning
Silikonmaterialet placeras i den uppvärmda formhåligheten. Formen stängs. Värme och tryck får materialet att rinna in i håligheten, där det sedan härdar. Formen öppnas och detaljen tas bort.
Silikonprototypframställning med hjälp av kompressionsgjutningsprocessen är idealisk för gummidelar. Tätningar, packningar och flexibla komponenter är vanliga tillämpningar. Eftersom denna process är identisk med massproduktion – om än i mindre skala – uppfyller materialegenskaperna massproduktionsstandarder.
För låga volymer är kompressionsgjutning långsammare än vakuumgjutning. Den kan dock hantera material med dåliga flytegenskaper. Högviskös silikon, fluorosilikon och fyllnadsmassor är lättare att forma med kompressionsgjutning än vakuumgjutning. De silikonprototypdelar som produceras på detta sätt är funktionellt identiska med produktionsdelarna.
Avvägningen ligger i tid. Formtillverkning tar flera veckor och uppställningen kräver flera timmar. För en liten serie av snabbprototypframställning av silikon är vakuumgjutning vanligtvis snabbare. Men för delar som måste använda exakt samma material och processer som massproduktion är kompressionsgjutning det bästa valet. Det specifika valet beror på applikationen.
Formsprutning av flytande silikongummi (LSR).
Blanda de två flytande komponenterna. Maskinen sprutar in blandningen i en uppvärmd form, där silikonet härdar inuti hålrummet. Arbetarna tar sedan ut de färdiga delarna ur formen.
Fördelar
Konsistens och hastighet. Variationerna mellan injektionerna är minimala och cykeltiderna är korta. Detta är produktionsprocessen för silikondelar i hög volym. Den används också för silikonproduktion i låg volym när delens geometri motiverar verktygsinvesteringen.
Silikonprototyper med LSR-formsprutning är sällsynta. Formkostnaderna är höga och felsökningsprocessen är komplex. För småskalig produktion är vakuumgjutning vanligtvis mer ekonomiskt; för storskalig produktion är LSR-formsprutning det enda ekonomiska alternativet. Brytpunkten mellan de två beror på delens storlek, geometri och material.
Silikonövergjutning
Silikon kan formas direkt på andra material, såsom plastinsatser och metallkomponenter. Under härdningsprocessen bildar silikon kemiska bindningar, vilket eliminerar behovet av lim.
Tillämpningar
Mjuka grepp för verktyg och elektroniska apparater; bärbara enheter med ytor som kommer i kontakt med huden; och handtag för medicintekniska produkter som kräver halkfria ytor och är lätta att rengöra.
För snabb prototypframställning av silikon är övergjutning en utmaning. Insatser måste först tillverkas, och formen måste kunna hantera dem. Installationsprocessen är mer komplex än enkel gjutning. Men för funktionstestning av monterade komponenter är detta ibland det enda alternativet. Prototypen presterar i linje med slutprodukten, vilket möjliggör verifiering av dess känsla, passform och prestanda innan produktionsformarna tillverkas.
Snabbprototypning av silikon på NOBLE
NOBLE är ett ledande tillverkningsföretag. Dess kärnverksamhetsområden omfattar metallbearbetning, plasttillverkning, snabb prototyptillverkning, småskalig produktion och tillverkning av specialanpassade delar. Vi stödjer våra kunder genom hela produktutvecklingscykeln.
NOBLE hjälper företag att omvandla koncept till funktionella prototyper och produktionsklara delar. Till skillnad från leverantörer som endast erbjuder prototyptjänster erbjuder NOBLE kompletta tillverkningslösningar, från designhjälp till slutmontering.
NOBLEs snabba prototypframställningsmöjligheter för silikon
Snabbprototypframställning av silikon hos NOBLE är integrerad med andra tjänster. Designstöd är direkt integrerat i tillverkningsprocessen. CNC-bearbetning producerar masterformar. Formsprutning uppfyller massproduktionsbehov. Montering och ytbehandling ger produkten sin slutliga form. Hela processen hanteras av en enda leverantör.
Kvalitetsstandarder och certifieringar
Kvalitetssystemet är certifierat och väl dokumenterat.
ISO 9001:2015 omfattar allmän kvalitetsledning. Tillverkningsprocesser säkerställer resultatens repeterbarhet; inspektionsprocedurer verifierar dimensioner och ytkvalitet.
ISO 13485:2016 lägger till de strängare krav som krävs för tillverkning av medicintekniska produkter – strängare spårbarhet och striktare processvalidering.
Vanliga frågor om snabbprototypning av silikon
Används silikon som prototypmaterial eller formmaterial?
Båda. Silikon kan tjäna båda syftena. I de flesta snabbprototyptillverkningar av silikon används silikon för att skapa flexibla formar. Dessa formar används för att producera prototypdelar genom att hälla harts, polyuretan eller silikonmaterial i dem.
Hur många delar kan en silikonform producera?
En typisk silikonform kan producera cirka 20 till 50 delar. Den faktiska livslängden beror på delens geometri, gjutmaterialet, formens design och driftsförhållandena. Ett större antal delar kan produceras när geometrin är enkel och lågviskösa hartser används; omvänt kan färre delar produceras när geometrin är komplex och fyllda material används. Formen slits ut. Det är förväntat.
Hur exakta är silikonprototypdelar?
Vakuumgjutning av silikon uppnår utmärkt detaljåtergivning. Precisionsnivån beror på kvaliteten på masterformen, valet av silikonmaterial, delens dimensioner och geometri samt kontrollen över gjutprocessen. En polerad masterform i kombination med en stabil silikonform kan producera delar som uppfyller designkrav och strikta toleranser; omvänt kommer en grov masterform i kombination med en dåligt tillverkad form att resultera i defekta delar.
Hur står sig snabbprototypning av silikon i jämförelse med formsprutning?
Silikonprototypformar är billigare och kräver kortare installationstid, vilket gör dem lämpliga för produktion i små serier. Formsprutningsverktyg är dyrare och kräver mer installationstid, men de resulterar i en lägre kostnad per enhet för storskalig produktion, vilket gör dem mer lämpade för storskalig produktion och långsiktig tillverkning.
När ska jag välja snabbprototypning av silikon?
När du behöver 10 till 100 eller fler prototypdelar, flexibla komponenter eller gummikomponenter, snabb designvalidering eller lågkostnadsövergångsproduktion, välj snabb prototypframställning av silikon. Denna process producerar delar med en kvalitet som är jämförbar med massproducerade delar utan behov av produktionsgjutningar.
Kan NOBLE erbjuda snabba prototyptjänster för silikon från design till produktion?
Självklart! NOBLE erbjuder heltäckande support.
Designgranskningar hjälper till att identifiera problem tidigt. Prototypframställning används för att validera designen. Silikonformsprutning används för att skapa formar. Plast- och metallbearbetning hanterar andra komponenter. Ytbehandling sätter sista handen på delarna. Montering sammanför alla komponenter. Produktionsstödet kan flexibelt justeras i takt med att produktionsvolymerna ökar.
