Введение
У вас есть проект, для которого требуется изготовление прототипов нескольких десятков деталей. Стоимость пресс-форм для массового производства слишком высока; 3D-печать слишком медленная, а свойства материала неподходящие. Быстрое прототипирование с использованием силикона решает эту проблему.
Прототипирование с использованием силикона отвечает специфическим потребностям. Оно позволяет создавать множество деталей, которые по внешнему виду и характеристикам максимально приближены к деталям массового производства. Эти детали могут использоваться для тестирования, проверки и даже мелкосерийного производства. Этот метод заполняет пробел между прототипированием отдельных изделий и крупномасштабным производством. В этом его цель, и именно поэтому производители его внедряют.
Почему силикон используется в быстром прототипировании?
Силикон — не единственный материал для изготовления форм. Но для определенных задач он подходит лучше всего. Его свойства соответствуют технологическому процессу.
Превосходная детализация.
Силикон точно воспроизводит даже мельчайшие детали, достоверно передавая особенности поверхности. Сложные геометрические формы могут быть воспроизведены без потери детализации. Независимо от того, имеет ли мастер-форма острые края, мелкий текст или замысловатые узоры, полученные детали будут идеально ей соответствовать.
Гибкие свойства формования
Ключевым преимуществом силикона является его гибкость. Детали со скошенными краями легко извлекаются из формы. Изогнутые компоненты удаляются без повреждений. Сложные элементы, которые застряли бы в жестких формах, можно чисто извлечь из силиконовых форм.
Форма пластична, что позволяет деталям извлекаться естественным образом без применения силы и риска разрыва. Это делает возможным силиконовое прототипирование для конструкций, которые невозможно отлить из жестких материалов.
Низкая стоимость оснастки и быстрое производство.
Изготовление металлических форм может стоить десятки тысяч долларов и занимать месяцы. В отличие от них, силиконовые формы стоят лишь небольшую часть этой суммы и могут быть изготовлены всего за несколько дней. Формы можно вырезать из мастер-формы или отлить. Сроки выполнения заказа короткие. Для прототипирования и мелкосерийного производства такая структура затрат является значительным преимуществом.
Широкая совместимость материалов
Силиконовые формы совместимы с широким спектром материалов. Полиуретановые смолы обычно используются для изготовления как жестких, так и гибких деталей. Материалы на основе каучука обеспечивают эластомерные свойства, а конструкционные пластмассы — структурную прочность. Заливка силиконовых эластомеров в силиконовые формы позволяет получать мягкие детали, пригодные для контакта с кожей. Этот процесс может быть адаптирован к конкретным задачам.
Эти четыре преимущества делают силикон стандартным материалом для быстрого прототипирования. Он быстрый, экономичный, позволяет воспроизводить мельчайшие детали и подходит для сложных форм. Ни один другой материал для форм не обладает всеми четырьмя этими преимуществами. Именно поэтому он доминирует в этой области.
Как работает быстрое прототипирование из силикона?
Создайте главную модель.
Мастер-форма определяет конструкцию детали. Существует три метода создания мастер-формы.
| Обработка CNC | Процесс включает резку из цельного материала, что обеспечивает высокую точность и исключительно гладкую поверхность. |
| SLA 3D-печать | Использование жидкой смолы позволяет создавать гладкие поверхности и прорабатывать мелкие детали. |
| SLS-печать | Использование порошкообразного материала обеспечивает более высокую прочность, чем при использовании технологии SLA. |
Хотя существуют и другие технологии быстрого прототипирования, эти три охватывают большинство сценариев применения.
Мастер-форма определяет верхний предел точности и качества поверхности конечного прототипа.
Из грубой мастер-формы получаются грубые отливки; из полированной мастер-формы — полированные отливки. Качество поверхности мастер-формы напрямую переносится на деталь. Каждая царапина, каждая линия слоя и каждый след от инструмента будут точно воспроизведены.
Перед изготовлением пресс-формы необходимо обработать основную пресс-форму в соответствии с требуемыми стандартами.
Изготовление силиконовых форм
Инженер помещает мастер-форму в формовочный ящик, затем смешивает жидкий силиконовый каучук и дегазирует его для удаления пузырьков воздуха. Наконец, силикон заливается вокруг мастер-формы. После затвердевания силикона мастер-форма извлекается, и изготовление формы завершено.
Преимущества очевидны: она позволяет точно воспроизводить детали поверхности; поверхность пресс-формы гладкая и полностью переносится на деталь; а также позволяет воспроизводить сложные формы, включая подрезы и изогнутые поверхности.
Силиконовые формы для прототипирования обычно выдерживают от 20 до 50 отливок. Точное число зависит от материала отливки, геометрии детали и аккуратности извлечения из формы. Этого достаточно для мелкосерийного производства. Для крупносерийного производства можно изготовить несколько форм, используя одну и ту же мастер-форму.
Литье прототипов
Рабочие заливают литейный материал (смолу или силикон) в форму. При вакуумном литье силикона удаляются пузырьки воздуха до и во время заливки. Вакуумная среда обеспечивает полное заполнение формы, в результате чего получается деталь без пор. После затвердевания деталь извлекается из формы и подвергается последующей обработке: обрезке литникового канала и очистке поверхности. Прототипы деталей из силикона готовы к проверке и испытаниям.
Детали, изготовленные с помощью этого процесса, идентичны мастер-форме по геометрии и качеству поверхности. Их материальные свойства сопоставимы со свойствами деталей массового производства. Хотя себестоимость единицы продукции выше, чем при литье под давлением, стоимость пресс-формы составляет лишь небольшую часть от последней. Для серийного производства от 20 до 50 деталей это наиболее экономически выгодное решение. В этом и заключается преимущество быстрого прототипирования из силикона.
Распространенные процессы быстрого прототипирования с использованием силикона
Вакуумное литье силикона
Сначала создайте мастер-модель, которая затем используется для изготовления силиконовой формы. Поместите форму в вакуумную камеру, залейте в нее смолу или силикон под вакуумом, чтобы удалить пузырьки воздуха, и после затвердевания детали откройте форму и извлеките готовое изделие.
Преимущества
Форма напрямую обеспечивает высококачественную обработку поверхности детали, гарантируя, что ее внешний вид будет соответствовать ожидаемому конечному продукту. Кроме того, поскольку форма изготовлена из силикона, а не из стали, стоимость мелкосерийного производства ниже.
Вакуумное литье из силикона позволяет создавать прототипы деталей из силикона, которые выглядят и ощущаются как серийные компоненты. Они отличаются высококачественной обработкой поверхности с четкими и резкими деталями. Свойства материала близки к свойствам пластмасс и эластомеров массового производства. Именно поэтому этот процесс является наиболее распространенным в быстром прототипировании из силикона.
Области применения
Области применения включают корпуса и кнопки для бытовой электроники, компоненты салона автомобилей и уплотнения, а также прототипы медицинских устройств, требующих биосовместимых материалов и гладких поверхностей. Этот процесс подходит для любого применения, где необходимо проверить внешний вид, тактильные ощущения и функциональность перед началом массового производства пресс-форм.
Силиконовое прессование
Силиконовый материал помещается в нагретую полость формы. Форма закрывается. Тепло и давление заставляют материал затекать в полость, где он затем затвердевает. Форма открывается, и деталь извлекается.
Изготовление силиконовых прототипов методом компрессионного формования идеально подходит для резиновых деталей. Уплотнения, прокладки и гибкие компоненты — распространенные области применения. Поскольку этот процесс идентичен массовому производству, хотя и в меньшем масштабе, свойства материала соответствуют стандартам массового производства.
При небольших объемах компрессионное формование медленнее, чем вакуумное литье. Однако оно позволяет работать с материалами с плохими текучими свойствами. Высоковязкие силиконовые, фторсиликоновые и наполненные компаунды легче формовать методом компрессионного формования, чем методом вакуумного литья. Изготовленные таким способом силиконовые прототипы функционально идентичны серийным деталям.
Компромисс заключается во времени. Изготовление пресс-формы занимает несколько недель, а подготовка — несколько часов. Для небольших партий силиконовых изделий, изготовленных методом быстрого прототипирования, вакуумное литье обычно быстрее. Однако для деталей, которые должны использовать те же материалы и процессы, что и при массовом производстве, наилучшим выбором является компрессионное формование. Конкретный выбор зависит от области применения.
Литье под давлением жидкой силиконовой резины (LSR)
Смешайте два жидких компонента. Машина впрыскивает смесь в нагретую форму, где силикон затвердевает внутри полости. Затем рабочие извлекают готовые детали из формы.
Преимущества
Стабильность и скорость. Различия между впрысками минимальны, а время цикла короткое. Это производственный процесс для крупносерийного производства силиконовых деталей. Он также используется для мелкосерийного производства силиконовых деталей, когда геометрия детали оправдывает инвестиции в оснастку.
Изготовление силиконовых прототипов методом литья под давлением LSR встречается редко. Стоимость пресс-форм высока, а процесс отладки сложен. Для мелкосерийного производства вакуумное литье, как правило, более экономично; для крупносерийного производства литье под давлением LSR является единственным экономически выгодным вариантом. Точка безубыточности между двумя методами зависит от размера, геометрии и материала детали.
Силиконовое литье
Силикон можно непосредственно формовать на других материалах, таких как пластиковые вставки и металлические компоненты. В процессе отверждения силикон образует химические связи, что устраняет необходимость в клеях.
Области применения
Мягкие на ощупь рукоятки для инструментов и электронных устройств; носимые устройства с поверхностями, контактирующими с кожей; и рукоятки медицинских устройств, требующие нескользящей поверхности и легкости очистки.
Для быстрого прототипирования из силикона литье под давлением представляет собой сложную задачу. Сначала необходимо изготовить вставки, и форма должна быть способна их вместить. Процесс подготовки сложнее, чем при простом литье. Однако для функционального тестирования собранных компонентов это иногда единственный вариант. Прототип демонстрирует стабильные характеристики по сравнению с конечным продуктом, что позволяет проверить его тактильные ощущения, посадку и рабочие параметры до изготовления производственных форм.
Услуги по быстрому прототипированию из силикона в компании NOBLE
NOBLE — ведущая производственная компания. Основные направления её деятельности включают металлообработку, производство пластмассовых изделий, быстрое прототипирование, мелкосерийное производство и изготовление деталей на заказ. Мы поддерживаем наших клиентов на протяжении всего цикла разработки продукта.
Компания NOBLE помогает предприятиям превращать концепции в функциональные прототипы и готовые к производству детали. В отличие от поставщиков, предлагающих только услуги прототипирования, NOBLE предоставляет комплексные производственные решения, от помощи в проектировании до окончательной сборки.
Возможности NOBLE в области быстрого прототипирования с использованием силикона
Технология быстрого прототипирования из силикона в NOBLE интегрирована с другими услугами. Поддержка проектирования напрямую включена в производственный процесс. Обработка на станках с ЧПУ позволяет изготавливать мастер-формы. Литье под давлением отвечает потребностям массового производства. Сборка и обработка поверхности доводят изделие до окончательной формы. Весь процесс управляется одним поставщиком.
Стандарты качества и сертификаты
Система управления качеством сертифицирована и хорошо документирована.
Стандарт ISO 9001:2015 охватывает общие аспекты управления качеством. Контроль производственных процессов обеспечивает повторяемость результатов; процедуры контроля проверяют размеры и качество поверхности.
Стандарт ISO 13485:2016 добавляет строгие требования, необходимые для производства медицинских изделий, — более жесткую прослеживаемость и более строгую валидацию процессов.
Часто задаваемые вопросы о быстром прототипировании из силикона
Используется ли силикон в качестве материала для прототипа или для формы?
И то, и другое. Силикон может служить обеим целям. В большинстве случаев быстрого прототипирования с использованием силикона, он применяется для создания гибких форм. Эти формы используются для изготовления прототипов деталей путем заливки в них смолы, полиуретана или силиконовых материалов.
Сколько деталей может изготовить силиконовая форма?
Типичная силиконовая форма позволяет изготовить от 20 до 50 деталей. Фактический срок службы зависит от геометрии детали, материала для литья, конструкции формы и условий эксплуатации. Большее количество деталей можно изготовить при простой геометрии и использовании низковязких смол; наоборот, меньшее количество деталей можно изготовить при сложной геометрии и использовании наполнителей. Форма изнашивается. Это ожидаемо.
Насколько точны силиконовые прототипные детали?
Вакуумное литье из силикона обеспечивает превосходное воспроизведение деталей. Уровень точности зависит от качества мастер-формы, выбора силиконового материала, размеров и геометрии детали, а также контроля процесса литья. Полированная мастер-форма в сочетании со стабильной силиконовой формой позволяет изготавливать детали, соответствующие проектным требованиям и строгим допускам; наоборот, грубая мастер-форма в сочетании с некачественной формой приведет к дефектам деталей.
Чем отличается быстрое прототипирование с использованием силикона от литья под давлением?
Силиконовые формы для прототипирования дешевле и требуют меньше времени на подготовку, что делает их подходящими для мелкосерийного производства. Формы для литья под давлением дороже и требуют больше времени на подготовку, но обеспечивают более низкую себестоимость единицы продукции при крупномасштабном производстве, что делает их более подходящими для крупномасштабного производства и долгосрочного изготовления.
В каких случаях следует выбирать быстрое прототипирование с использованием силикона?
Если вам требуется от 10 до 100 и более прототипных деталей, гибких или резиновых компонентов, быстрая проверка конструкции или недорогое переходное производство, выбирайте быстрое прототипирование из силикона. Этот процесс позволяет получать детали, качество которых сопоставимо с деталями массового производства, без необходимости использования производственных пресс-форм.
Может ли компания NOBLE предоставлять услуги по быстрому прототипированию из силикона, от проектирования до производства?
Конечно! Компания NOBLE предоставляет комплексную поддержку.
Анализ проекта помогает выявлять проблемы на ранних стадиях. Прототипирование используется для проверки конструкции. Для создания пресс-форм используется литье под давлением силикона. Обработка пластика и металла позволяет изготавливать другие компоненты. Поверхностная обработка завершает обработку деталей. Сборка объединяет все компоненты. Поддержка производства может гибко корректироваться по мере увеличения объемов производства.
