3d печать Инвент

3d печать, быстрое прототипирование, макетирование, изделия из пластмассы.

Преимущества литья пластмасс в силиконовые формы …
или просто о сложном.

Компания «Инвент-Про» предлагает своим клиентам из Москвы, Санкт-Петербурга и других регионов России оригинальную технологию оперативного мелкосерийного производства изделий из пластмассы методом литья в силикон.

К сожалению, данная технология, обеспечивающая высокоточное и недорогое мелкосерийное производство, до сих пор недоступна в полном объеме большинству российских компаний из-за необходимости применения дорогостоящего оборудования: вакуумных камер для литья двухкомпонентных полиуретанов сверхнизкой вязкости и холодного отверждения, высокоточных 3D-принтеров, сканеров, термошкафов и т.д.

Мелкосерийное литье пластмасс в формы из силикона

Мы рады сообщить Вам, что в 2013 году мы существенно обновили наш парк оборудования и ввели в эксплуатацию более современную вакуумную камеру V 1500 A производства «KLM GmbH» (Германия) - см. фото ниже, 3D принтер ProJet HD 3500Max (печать фотополимером) компании 3DSystems (США), оборудование для сканирования и др. Кстати, теперь наше производство оснащено уже двумя вакуумными камерами, показанными на коллаже ниже. Их дополняет термошкаф, функции которого будут описаны ниже в этой статье.

Попробуем разобраться, почему современные методы прототипирования и завершающего литья пластмасс в силиконовые формы позволят сэкономить Ваши время и деньги.

Две вакуумных камеры и термошкаф для литья полиуретана в силикон

Допустим, перед Вашей компанией стала одна из следующих задач:

  • сделать небольшую партию от 20 до 500 шт. изделий из пластмассы (в нашей практике были заказы до 2000 шт., но это скорее исключение из правил). Понятно, что в данном случае заказывать весьма дорогостоящую металлическую пресс-форму (см. рис. ниже) долго и слишком затратно;
  • осуществление опытного литья изделий для тестирования и дальнейшей их доработки перед запуском в крупную серию;
  • представления образцов продукции заказчикам или партнерам еще до начала крупносерийного производства;
  • прохождение сертификации, где требуется образец, идентичный будущему серийному изделию;
  • восстановление сломанной или изношенной детали из пластика, имеющей сложную форму и недоступной к поставке.

Вам не нужны дорогостоящие металлические пресс-формы

Отдельно отметим, что требуемые образцы должны максимально отвечать требованиям, предъявляемым к традиционным термопластам: ABS (АБС), полипропилену, полистиролу и др. В иных ситуациях, наоборот,  требуется достижение максимально гибких свойств эластомеров, т.е. резинопластиков, резины и т.д.

Технологии, применяемые «Инвент-Про», позволяют выполнить всю цепочку необходимых  операций и в течение всего нескольких дней получить требуемый Вам результат!

Полный цикл предлагаемого мелкосерийного производства деталей из пластмассы включает в себя следующие этапы.

Этап 1. Создание мастер-модели методами 3D печати, сканирования и т.д.

Все начинается с создания, так называемой «мастер-модели», на базе которой будет создаваться оснастка (форма) из силикона. Мастер-модель должна иметь точные геометрические формы и размеры. В простейшем случае подобную модель предоставляет Заказчик, но, чаще всего, такой прототип создается нашими специалистами с применением методов 3D-печати, например, из гипсополимера (подробнее об этом рассказано здесь …) или фотополимера.

Пример мастер-модели (справа внизу) и получившихся отливок из полиуретана
На фото: справа внизу - мастер-модель, а на заднем плане - серия готовых изделий из полиуретана.

В качестве основы для 3D-печати используется трехмерная компьютерная модель (CAD-модель), которая может разрабатываться «с нуля» или на основе доработки результатов 3D-сканирования.

Этап 2. Подготовка мастер-модели, монтаж опалубки и формирование литниковой системы.

Для получения качественной формы необходимо выполнить ряд мероприятий по подготовке самой мастер-модели к заливке и продуманному формированию будущей  литниковой системы.

На все сквозные отверстия мастер-модели с одной из сторон наклеивается специальный скотч (он очень тонкий), который обеспечит разделение силикона на выбранном конце отверстия. Несквозные отверстия модели скотчем не заклеиваются.

Также с помощью наклейки скотча  формируется будущая линия разъема (разделения) силиконовой формы. Обычно клейкая лента наклеивается на один из торцов модели, по которой в будущем форма будет разделяться. Применение тонкого скотча позволяет получать очень ровные кромки будущих отливок из полиуретана.

Если будущее изделие должно иметь поверхность, отличную от гладкой, то на поверхность мастер-модели может быть нанесен лак с различными наполнителями, имитирующими требуемую текстуру (матовую, шагрень, древесины, порошкового покрытия и т.д.).

В дальнейшем мастер-модель помещается (подвешивается) в заранее подготовленную опоку (опалубку). С помощью трубок формируется литниковая система, т.е. система каналов и полостей в будущей силиконовой форме, предназначенная для плавной подачи полиуретана, управления его плавным затвердеванием и вывода воздуха.

Создание мастер-модели и наполнение опалубки для заливки будущей формы
На фото: подготовка мастер-модели, созданной методом 3D-печати, размещение ее и элементов литниковой системы в опалубке.

Значимое преимущество использования вакуумной камеры, состоит в том, что за счет дифференциальной системы организации разрежения нет необходимости в создании сложных лютниковых систем с множеством прибылей, коллекторов и пр. В данном случае достаточно трубки для поступления полиуретана и трубки (выпора) для удаления из формы воздуха. За счет вакуума пластик полностью заполнит все пространство формы, и нет необходимости прилагать дополнительные усилия для устранения усадочных раковин и прочих возможных дефектов, присущих традиционному литью пластмасс.

Этап 3. Формирование силиконовой формы.

Чем качественнее будет изготовлена форма, тем качественнее будет результирующая продукция. Именно поэтому мы применяем только высококачественный итальянский силикон. Для его приготовления используются два компонента, которые перемешиваются на воздухе с помощью специальной мешалки.

Разумеется, при активном перемешивании в структуру силикона попадает множество воздушных пузырьков. Для их удаления силикон, после перемешивания, помещается на 10-15 минут в вакуумную камеру V 1500 A, где происходит так называемая дегазация силиконовой массы.

После дегазация емкость с силиконом вынимается из вакуумной камеры и силикон заливается в подготовленную опалубку с мастер-моделью и литниковой системой. После заливки, в течение примерно 16 часов происходит застывание силикона.

Заливка двухкомпонентного силикона в опалубку
На фото: процесс заливки (слева) и застывания (справа) силикона в опалубке.

Разрезание получившейся силиконовой формы и удаление мастер-модели
На фото: силикон застыл, форма разрезается скальпелем, удаляется мастер-модель и элементы литниковой системы, на фото справа - форма готова к дальнейшему применению.

После застывания деревянная опалубка разбирается, а силиконовая форма аккуратно разрезается медицинским скальпелем. Силикон прорезается по волнистой линии до нанесенного на поверхность мастер-модели скотча. Зона примыкания силикона к скотчу становится удобной линией разъема формы.

Далее специалист извлекает из формы мастер-модель и трубки лютниковой системы. Силиконовая форма подготовлена для дальнейшего применения.

Отметим, что с помощью одной силиконовой формы можно отлить до 20-30 (иногда до 80) изделий из полиуретана. Если заказ превышает данное количество, мы изготовим необходимое дополнительное количество  таких форм.

Этап 4. Литье пластмасс в форму из силикона.

Дальнейшие этапы работы осуществляются гораздо быстрее. Для начала литья необходимо вновь собрать силиконовую форму. Для этого все ее части «складывают» и скрепляют с помощью скотча и скоб степлера. Особое внимание уделяется закреплению элементов формы, формирующих в заготовке сквозные отверстия. По готовности формы она, уже без деревянной опалубки, помещается в вакуумную камеру. Для закрепления силиконовой формы в ней используются специальные микролифты камеры.

Для литья могут использоваться и эластичные материалы
На фото: как видим, для литья могут быть использованы и эластичные материалы.

В эту же камеру, в специальную емкость и в строго заданной пропорции, помещают компоненты А и В полиуретана. В зависимости от применяемых компонентов и их пропорций можно получать материалы, имеющие самые различные характеристики: от прозрачных до окрашенных в различные цвета, от твердых, как термопласты, до гибких и эластичных, как резина.

Для справки отметим, что привычные термопласты заливаются под очень высокой температурой и только в дорогостоящие металлические пресс-формы (фото было приведено выше), имеющие мощные системы равномерного охлаждения, воздухоотвода, разветвленные лютниковые системы и т.д. В отличие от них, двухкомпонентные полиуретаны с холодным отверждением (температура плавления не выше 180 градусов) и сверхнизкой вязкостью, способны заливаться в рассмотренные выше простые силиконовые формы. При этом полиуретан обладает практически всеми свойствами термопластов и может применяться для изготовления не только опытных образцов, но и серийной продукции.

Вернемся к описанию процесса литья изделий. После помещения в вакуумную камеру силиконовой формы и компонентов полиуретана, в камере создается разрежение (в пределе до 0,5 мбар). В условиях вакуума происходит смешивание и дегазация компонентов полиуретана. Далее готовая смесь через воронку и лютниковую систему заливается в форму. При этом через выпор из формы удаляются остатки воздуха.

Подготовка силиконовой формы к заливке пластмассы и смешивание полиуретана
На фото: слева - с помощью скотча и степлера вновь формируется силиконовая форма, справа - идет замешивание компонентов полиуретана.

Заливка двухкомпонентного полиуретана через литник, справа - готовая отливка
На фото: слева - идет заливка полиуретана через воронку в литниковую систему. Справа - после застывания полиуретана, вскрыта силиконовая форма, заготовка готова к передаче заказчику.

Готовые изделия различных цветов и их применение в тюнинге автомобилей
На фото: готовые изделия из пластмассы, окрашенные в различные цвета, а справа - их применение при тюнинге автомобилей.

Еще раз повторимся, что низкое разрежение в камере приводит к тому, что пластик полностью заполняет даже самые мельчайшие «закоулки» формы, чем обеспечивается идеальное качество изделий. Вакуум как бы «всасывает» полиуретан в форму.

Далее в течение примерно 10 минут происходит начальное затвердевание полиуретана. Для некоторых типов пластмассы это время может достигать 30-60 минут. Далее в камеру возвращается давление и форма вынимается. Дальнейшее затвердевание изделия в форме обычно происходит на воздухе в течение нескольких часов, но для некоторых термостойких полиуретанов (с температурой плавления выше 120 градусов), а также для прозрачных пластмасс, завершающее отверждение производится в специальном термошкафу.

После того, как заготовка полностью станет твердой, форма разбирается (удаляются скобы степлера, надрезается скотч), готовое изделие извлекается. В дальнейшем форма может быть использована еще 20-30 раз.

Получившиеся изделия из полиуретана можно механически обрабатывать (шлифовать, сверлить и пр.), окрашивать и т.д.

Дополнительные возможности

Отметим еще одну возможность, имеющую практическое применение.  При необходимости, перед заливкой полиуретаном в форму можно закладывать металлические, стеклянные или пластиковые элементы. Чаще всего это используется для повышения жесткости финального изделия, его декорирования или дальнейшего крепления.

Результаты литья пластмассы с помощью форм из силикона
На фото: пример нашей работы по изготовлению корпусов из полиуретана холодного отверждения.

Специалисты компании «Инвент-Про» имеют большой многолетний опыт мелкосерийного производства изделий из пластмассы методом литься в силиконовые формы. Качественное оборудование, помноженное на высокую квалификацию персонала, неизменно дает высокие результаты.

Если у Вас возникли вопросы по технологии, мы с удовольствием ответим на них.


Далее приведены фото, дополнительно раскрывающие описываемый метод производства пластмасс.

Литье силикона в опалубку будущей формы
На фото - еще один пример процесса заливки еще жидкого раствора силикона (прошедшего процесс дегазации в вакуумной камере) в опалубку будущей формы..

Наши работы в области стоматологии
На фото - продукция по тематике стоматологии - образцы, отлитые из полиуретана.

Литой корпус из пластмассы
На фото - еще один пример литого корпуса из пластмассы.

Макет корпуса принтера
На фото - макет корпуса принтера, изготовленный методом литья в силикон.

Дополнительную информацию о наших возможностях по литью в силикон можно узнать здесь ...