Giới thiệu
Bạn có một thiết kế cần tạo mẫu thử nghiệm cho hàng chục chi tiết. Chi phí khuôn mẫu sản xuất hàng loạt quá cao; in 3D quá chậm, và đặc tính vật liệu không phù hợp. Công nghệ tạo mẫu nhanh bằng silicone giải quyết được những vấn đề đó.
Tạo mẫu bằng silicon đáp ứng những nhu cầu cụ thể. Nó có thể tạo ra nhiều chi tiết có độ tương đồng cao với các chi tiết sản xuất hàng loạt cả về hình thức và hiệu năng. Những chi tiết này có thể được sử dụng để thử nghiệm, kiểm định và thậm chí cả sản xuất theo lô nhỏ. Phương pháp này thu hẹp khoảng cách giữa việc tạo mẫu đơn lẻ và sản xuất quy mô lớn. Đó là mục đích của nó, và đó là lý do tại sao các nhà sản xuất áp dụng nó.
Tại sao silicon được sử dụng trong tạo mẫu nhanh?
Silicone không phải là vật liệu làm khuôn duy nhất. Nhưng nó là vật liệu tốt nhất cho một số công việc nhất định. Các đặc tính của nó phù hợp với quy trình.
Khả năng tái tạo chi tiết tuyệt vời
Silicone tái tạo chính xác ngay cả những chi tiết nhỏ nhất, sao chép trung thực các đặc điểm bề mặt. Các hình dạng phức tạp có thể được tái tạo mà không làm mất chi tiết. Cho dù khuôn mẫu chính có các cạnh sắc nét, chữ viết nhỏ hay hoa văn phức tạp, các sản phẩm tạo ra sẽ hoàn toàn khớp với khuôn mẫu đó.
Đặc tính khuôn linh hoạt
Tính linh hoạt của silicone là một lợi thế quan trọng. Các bộ phận có cạnh vát có thể dễ dàng được tháo khuôn. Các bộ phận cong được lấy ra mà không bị hư hại. Các chi tiết phức tạp mà sẽ bị kẹt trong khuôn cứng có thể được tháo khuôn một cách dễ dàng trong khuôn silicone.
Khuôn có tính dẻo, cho phép các bộ phận tự động tách ra mà không cần dùng lực hoặc có nguy cơ bị rách. Điều này giúp việc tạo mẫu bằng silicone trở nên khả thi đối với những thiết kế không thể tạo khuôn bằng vật liệu cứng.
Chi phí dụng cụ thấp và sản xuất nhanh
Khuôn kim loại có thể có giá hàng chục nghìn đô la và mất nhiều tháng để sản xuất. Ngược lại, khuôn silicon chỉ có giá bằng một phần nhỏ và có thể được sản xuất chỉ trong vài ngày. Khuôn có thể được cắt từ khuôn mẫu chính hoặc đúc. Thời gian hoàn thành ngắn. Đối với việc tạo mẫu thử nghiệm và sản xuất theo lô nhỏ, cấu trúc chi phí này mang lại lợi thế đáng kể.
Khả năng tương thích vật liệu rộng
Khuôn silicon tương thích với nhiều loại vật liệu khác nhau. Nhựa polyurethane thường được sử dụng để sản xuất cả các bộ phận cứng và mềm. Vật liệu gốc cao su cung cấp các đặc tính đàn hồi, trong khi nhựa kỹ thuật mang lại hiệu suất cấu trúc. Việc đổ chất đàn hồi silicon vào khuôn silicon tạo ra các bộ phận mềm mại phù hợp để tiếp xúc với da. Quy trình này có thể được điều chỉnh cho các ứng dụng cụ thể.
Bốn ưu điểm này khiến silicone trở thành vật liệu tiêu chuẩn cho việc tạo mẫu nhanh bằng silicone. Nó nhanh, tiết kiệm chi phí, có khả năng tái tạo các chi tiết nhỏ và phù hợp với các hình dạng phức tạp. Không có vật liệu làm khuôn nào khác cung cấp cả bốn ưu điểm này. Đó là lý do tại sao nó thống trị lĩnh vực này.
Công nghệ tạo mẫu nhanh bằng silicon hoạt động như thế nào?
Tạo mô hình chính
Khuôn mẫu chính xác định chi tiết cần tạo ra. Có ba phương pháp để tạo ra khuôn mẫu chính.
| Cơ khí CNC | Quy trình này bao gồm việc cắt từ vật liệu rắn, mang lại độ chính xác cao và bề mặt hoàn thiện cực kỳ nhẵn mịn. |
| In 3D SLA | Việc sử dụng nhựa lỏng cho phép tạo ra các bề mặt nhẵn mịn và các chi tiết tinh xảo. |
| In SLS | Việc sử dụng vật liệu dạng bột mang lại độ bền cao hơn so với quy trình SLA. |
Mặc dù có những công nghệ tạo mẫu nhanh khác, nhưng ba công nghệ này bao phủ hầu hết các trường hợp ứng dụng.
Khuôn mẫu chính xác định giới hạn trên về độ chính xác và chất lượng bề mặt của nguyên mẫu cuối cùng.
Khuôn mẫu thô sẽ tạo ra các sản phẩm đúc thô; khuôn mẫu được đánh bóng sẽ tạo ra các sản phẩm đúc được đánh bóng. Độ hoàn thiện bề mặt của khuôn mẫu được truyền trực tiếp sang sản phẩm đúc. Mọi vết xước, mọi đường vân lớp và mọi dấu vết của dụng cụ đều được sao chép chính xác.
Trước khi chế tạo khuôn, khuôn mẫu chính phải được gia công theo đúng tiêu chuẩn yêu cầu.
Làm khuôn silicon
Kỹ sư đặt khuôn mẫu chính vào hộp khuôn, sau đó trộn cao su silicon lỏng và khử khí để loại bỏ bọt khí. Cuối cùng, silicon được đổ xung quanh khuôn mẫu chính. Sau khi silicon đông cứng, khuôn mẫu chính được lấy ra và quá trình tạo khuôn hoàn tất.
Ưu điểm rất rõ ràng: nó có thể tái tạo chính xác các chi tiết bề mặt; bề mặt khuôn nhẵn mịn và có thể được chuyển hoàn toàn sang sản phẩm; và nó có thể tái tạo các hình dạng phức tạp, bao gồm cả các phần lõm và bề mặt cong.
Khuôn mẫu silicon thường sử dụng được từ 20 đến 50 lần đúc. Số lần đúc chính xác phụ thuộc vào vật liệu đúc, hình dạng của chi tiết và độ cẩn thận khi tháo khuôn. Điều này là đủ cho sản xuất theo lô nhỏ. Đối với sản xuất số lượng lớn, có thể tạo ra nhiều khuôn khác nhau bằng cách sử dụng cùng một khuôn mẫu chính.
Đúc nguyên mẫu
Công nhân đổ vật liệu đúc (nhựa hoặc silicon) vào khuôn. Quá trình đúc chân không silicon loại bỏ bọt khí trước và trong khi đổ. Môi trường chân không đảm bảo khuôn được lấp đầy hoàn toàn, tạo ra sản phẩm không có lỗ rỗng. Sau khi sản phẩm đông cứng, nó được lấy ra khỏi khuôn và trải qua quá trình xử lý sau đó: cắt bỏ phần thừa và làm sạch bề mặt. Các sản phẩm nguyên mẫu bằng silicon đã sẵn sàng để kiểm tra và thử nghiệm.
Các chi tiết được sản xuất bằng quy trình này giống hệt khuôn mẫu chính về hình dạng và độ hoàn thiện bề mặt. Tính chất vật liệu của chúng tương đương với các chi tiết sản xuất hàng loạt. Mặc dù chi phí đơn vị cao hơn so với ép phun, nhưng chi phí khuôn chỉ bằng một phần nhỏ so với phương pháp ép phun. Đối với các đợt sản xuất từ 20 đến 50 chi tiết, đây là giải pháp tiết kiệm chi phí nhất. Đó chính là giá trị mà công nghệ tạo mẫu nhanh bằng silicone mang lại.
Các quy trình tạo mẫu nhanh bằng silicon phổ biến
Đúc chân không silicon
Đầu tiên, tạo một mô hình chính, sau đó sử dụng mô hình này để làm khuôn silicon. Đặt khuôn vào buồng chân không, đổ nhựa hoặc silicon vào trong buồng chân không để loại bỏ bọt khí, và sau khi sản phẩm đã đông cứng, mở khuôn và lấy sản phẩm hoàn thiện ra.
Ưu điểm
Khuôn đúc trực tiếp tạo ra bề mặt hoàn thiện chất lượng cao cho chi tiết, đảm bảo hình thức của nó phù hợp với sản phẩm cuối cùng như mong đợi. Hơn nữa, vì khuôn được làm bằng silicon thay vì thép, chi phí sản xuất theo lô nhỏ sẽ thấp hơn.
Đúc chân không silicone tạo ra các bộ phận nguyên mẫu bằng silicone có vẻ ngoài và cảm giác giống như các bộ phận sản xuất hàng loạt. Chúng có bề mặt hoàn thiện cao với các chi tiết rõ nét, sắc sảo. Các đặc tính vật liệu gần giống với các loại nhựa và chất đàn hồi dùng trong sản xuất hàng loạt. Đó là lý do tại sao quy trình này là phổ biến nhất trong việc tạo mẫu nhanh bằng silicone.
Ứng dụng
Các ứng dụng bao gồm vỏ và nút bấm cho thiết bị điện tử tiêu dùng, các bộ phận nội thất và gioăng trong ô tô, cũng như các nguyên mẫu cho thiết bị y tế yêu cầu vật liệu tương thích sinh học và bề mặt nhẵn. Quy trình này phù hợp với bất kỳ ứng dụng nào cần kiểm định hình thức, cảm giác và chức năng trước khi đưa vào sản xuất hàng loạt.
Khuôn nén silicon
Vật liệu silicone được đặt vào khoang khuôn đã được làm nóng. Khuôn đóng lại. Nhiệt và áp suất làm cho vật liệu chảy vào khoang khuôn, nơi nó đông cứng. Khuôn mở ra và sản phẩm được lấy ra.
Tạo mẫu thử bằng silicone bằng phương pháp ép khuôn là lý tưởng cho các bộ phận cao su. Gioăng, vòng đệm và các bộ phận mềm dẻo là những ứng dụng phổ biến. Vì quy trình này giống hệt với sản xuất hàng loạt—mặc dù ở quy mô nhỏ hơn—nên các đặc tính vật liệu đáp ứng được tiêu chuẩn sản xuất hàng loạt.
Đối với sản lượng thấp, ép khuôn chậm hơn so với đúc chân không. Tuy nhiên, nó có thể xử lý các vật liệu có đặc tính chảy kém. Silicone có độ nhớt cao, fluorosilicone và các hợp chất có chất độn dễ tạo hình hơn bằng phương pháp ép khuôn so với đúc chân không. Các bộ phận nguyên mẫu bằng silicone được sản xuất theo cách này có chức năng giống hệt với các bộ phận sản xuất hàng loạt.
Nhược điểm nằm ở thời gian. Việc chế tạo khuôn mất vài tuần, và việc thiết lập cần vài giờ. Đối với việc sản xuất số lượng nhỏ các mẫu thử nhanh bằng silicon, phương pháp đúc chân không thường nhanh hơn. Tuy nhiên, đối với các bộ phận phải sử dụng chính xác các vật liệu và quy trình giống như sản xuất hàng loạt, phương pháp ép khuôn là lựa chọn tốt nhất. Lựa chọn cụ thể phụ thuộc vào ứng dụng.
Ép phun cao su silicone lỏng (LSR)
Trộn hai thành phần lỏng với nhau. Máy sẽ bơm hỗn hợp vào khuôn đã được làm nóng, nơi silicone đông cứng bên trong khoang khuôn. Sau đó, công nhân sẽ lấy các sản phẩm hoàn thiện ra khỏi khuôn.
Ưu điểm
Tính nhất quán và tốc độ. Sự khác biệt giữa các lần phun là tối thiểu, và thời gian chu kỳ ngắn. Đây là quy trình sản xuất cho các bộ phận silicon với số lượng lớn. Nó cũng được sử dụng cho sản xuất silicon với số lượng nhỏ khi hình dạng của bộ phận cho phép đầu tư vào dụng cụ.
Tạo mẫu silicon bằng phương pháp ép phun LSR rất hiếm gặp. Chi phí khuôn cao và quá trình gỡ lỗi phức tạp. Đối với sản xuất số lượng nhỏ, đúc chân không thường kinh tế hơn; đối với sản xuất số lượng lớn, ép phun LSR là lựa chọn kinh tế duy nhất. Điểm hòa vốn giữa hai phương pháp phụ thuộc vào kích thước, hình dạng và vật liệu của chi tiết.
Đúc khuôn silicon
Silicone có thể được đúc trực tiếp lên các vật liệu khác, chẳng hạn như các chi tiết nhựa và các bộ phận kim loại. Trong quá trình đóng rắn, silicone tạo ra các liên kết hóa học, loại bỏ nhu cầu sử dụng chất kết dính.
Ứng dụng
Tay cầm mềm mại cho dụng cụ và thiết bị điện tử; thiết bị đeo có bề mặt tiếp xúc với da; và tay cầm thiết bị y tế cần bề mặt chống trơn trượt và dễ vệ sinh.
Đối với việc tạo mẫu nhanh bằng silicone, ép khuôn phủ là một thách thức. Các chi tiết chèn phải được chế tạo trước, và khuôn phải có khả năng chứa chúng. Quá trình thiết lập phức tạp hơn so với đúc đơn giản. Tuy nhiên, để kiểm tra chức năng của các bộ phận đã lắp ráp, đôi khi đây là lựa chọn duy nhất. Nguyên mẫu hoạt động nhất quán với sản phẩm cuối cùng, cho phép xác minh cảm giác, độ vừa vặn và hiệu suất trước khi sản xuất khuôn hàng loạt.
Dịch vụ tạo mẫu nhanh bằng silicon tại NOBLE
NOBLE là một công ty sản xuất hàng đầu. Các lĩnh vực kinh doanh cốt lõi của công ty bao gồm gia công kim loại, sản xuất nhựa, tạo mẫu nhanh, sản xuất theo lô nhỏ và sản xuất các bộ phận theo yêu cầu. Chúng tôi hỗ trợ khách hàng trong suốt toàn bộ chu trình phát triển sản phẩm.
NOBLE giúp các công ty biến ý tưởng thành nguyên mẫu chức năng và các bộ phận sẵn sàng sản xuất. Không giống như các nhà cung cấp chỉ cung cấp dịch vụ tạo mẫu, NOBLE cung cấp giải pháp sản xuất trọn gói, từ hỗ trợ thiết kế đến lắp ráp cuối cùng.
Khả năng tạo mẫu nhanh bằng silicon của NOBLE
Công nghệ tạo mẫu nhanh bằng silicone tại NOBLE được tích hợp với các dịch vụ khác. Hỗ trợ thiết kế được kết hợp trực tiếp vào quy trình sản xuất. Gia công CNC tạo ra khuôn mẫu chính. Ép phun đáp ứng nhu cầu sản xuất hàng loạt. Lắp ráp và hoàn thiện bề mặt đưa sản phẩm đến hình dạng cuối cùng. Toàn bộ quy trình được quản lý bởi một nhà cung cấp duy nhất.
Tiêu chuẩn và chứng nhận chất lượng
Hệ thống quản lý chất lượng đã được chứng nhận và được ghi chép đầy đủ.
Tiêu chuẩn ISO 9001:2015 bao gồm quản lý chất lượng tổng quát. Kiểm soát quy trình sản xuất đảm bảo tính lặp lại của kết quả; các quy trình kiểm tra xác minh kích thước và chất lượng bề mặt.
Tiêu chuẩn ISO 13485:2016 bổ sung các yêu cầu nghiêm ngặt cần thiết cho việc sản xuất thiết bị y tế—khả năng truy xuất nguồn gốc chặt chẽ hơn và quy trình thẩm định nghiêm ngặt hơn.
Câu hỏi thường gặp về tạo mẫu nhanh bằng silicon
Silicone được sử dụng làm vật liệu tạo mẫu thử hay vật liệu làm khuôn?
Cả hai. Silicone có thể phục vụ cả hai mục đích. Trong hầu hết các ứng dụng tạo mẫu nhanh bằng silicone, silicone được sử dụng để tạo ra các khuôn dẻo. Những khuôn này được sử dụng để sản xuất các bộ phận nguyên mẫu bằng cách đổ nhựa, polyurethane hoặc vật liệu silicone vào chúng.
Một khuôn silicon có thể sản xuất được bao nhiêu chi tiết?
Một khuôn silicon thông thường có thể sản xuất khoảng 20 đến 50 chi tiết. Tuổi thọ thực tế phụ thuộc vào hình dạng chi tiết, vật liệu đúc, thiết kế khuôn và điều kiện hoạt động. Có thể sản xuất được nhiều chi tiết hơn khi hình dạng đơn giản và sử dụng nhựa có độ nhớt thấp; ngược lại, số lượng chi tiết sản xuất được sẽ ít hơn khi hình dạng phức tạp và sử dụng vật liệu có chất độn. Khuôn sẽ bị mòn. Điều đó là bình thường.
Các bộ phận nguyên mẫu bằng silicon có độ chính xác đến mức nào?
Đúc chân không bằng silicone đạt được khả năng tái tạo chi tiết tuyệt vời. Độ chính xác phụ thuộc vào chất lượng của khuôn mẫu chính, lựa chọn vật liệu silicone, kích thước và hình dạng của chi tiết, và việc kiểm soát quá trình đúc. Một khuôn mẫu chính được đánh bóng kết hợp với khuôn silicone ổn định có thể tạo ra các chi tiết đáp ứng yêu cầu thiết kế và dung sai nghiêm ngặt; ngược lại, một khuôn mẫu chính thô ráp kết hợp với một khuôn được chế tạo kém sẽ dẫn đến các chi tiết bị lỗi.
Công nghệ tạo mẫu nhanh bằng silicone có những ưu điểm gì so với ép phun?
Khuôn mẫu silicon có giá thành thấp hơn và thời gian thiết lập ngắn hơn, phù hợp cho sản xuất theo lô nhỏ. Khuôn ép phun có giá thành cao hơn và thời gian thiết lập lâu hơn, nhưng lại cho chi phí trên mỗi sản phẩm thấp hơn đối với sản xuất số lượng lớn, phù hợp hơn cho sản xuất quy mô lớn và sản xuất lâu dài.
Khi nào thì nên chọn công nghệ tạo mẫu nhanh bằng silicon?
Khi bạn cần từ 10 đến 100 hoặc nhiều hơn các chi tiết nguyên mẫu, các bộ phận linh hoạt hoặc bằng cao su, xác thực thiết kế nhanh chóng hoặc sản xuất chuyển tiếp chi phí thấp, hãy chọn tạo mẫu nhanh bằng silicone. Quy trình này tạo ra các bộ phận có chất lượng tương đương với các bộ phận sản xuất hàng loạt mà không cần đến khuôn sản xuất.
NOBLE có thể cung cấp dịch vụ tạo mẫu nhanh bằng silicon từ khâu thiết kế đến sản xuất không?
Tất nhiên rồi! NOBLE cung cấp hỗ trợ toàn diện.
Đánh giá thiết kế giúp xác định các vấn đề ngay từ giai đoạn đầu. Tạo mẫu thử được sử dụng để kiểm định thiết kế. Khuôn đúc silicon được sử dụng để tạo ra các khuôn mẫu. Gia công nhựa và kim loại xử lý các bộ phận khác. Hoàn thiện bề mặt giúp hoàn thiện các bộ phận. Lắp ráp kết hợp tất cả các bộ phận lại với nhau. Hỗ trợ sản xuất có thể được điều chỉnh linh hoạt khi khối lượng sản xuất tăng lên.
