Изготовление матриц для литья силикона

Mulin
Идет загрузка
Загрузка
18.11.2015
29854
28
Техничка

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

58
Краткая предыстория. Стала перед нами задача: изготовить энное количество резиновых кнопок от ключей автомобиля по образцу. Пробовали мы их печатать на 3D принтере из резинового филамента, но качество не устроило. Тогда-то и пришла мысль реверсировать технологию литья в силикон. Что из этого вышло, читайте под катом.

Очень много фото.

Обзор технологий

Литьё пластмасс под давлением

Не совсем резина, но суть та же: специальная машина - термопластавтомат (ТПА) - доводит сырье (2) до температуры плавления и через выходную фильеру (3) впрыскивает расплав в пресс-форму (4,6). Как правило, в качестве исходного сырья используются термопласты.
Плюсы: технологичность, высокая скорость получения изделия, широчайший перечень материалов, высокое конечное качество, высочайшая степень детализации. Минусы: сюда же - технологичность, неоправданно высокая стоимость для домашнего применения, большое потребление электроэнергии, окупаемость исключительно на больших тиражах.

Литьё в силиконовые формы

Технология проста и изящна, кто желает ознакомится подробнее, может пройти по ссылкам в заголовке, ну а здесь приведу краткое описание. Мастер-модель помещают в ванночку и заливают жидкой силиконовой смесью, спустя некоторое время силикон затвердевает. Получившееся абы-что разрезают и достают из него мастер-модель. Благодаря своим физическим свойствам, силикон сразу же принимает изначальную форму с пустотелостью в виде мастер-модели, куда и следует заливать что угодно твердеющее. Затвердевшее что угодно, извлекают тем же путем, что и мастер-модель.
Плюсы: простота, дешевизна, повторяемость. Минусы: не все так просто, пузыри в изделии, местами довольно длительный процесс, ограниченный спектр материалов, грязища - потом ходишь и ко всему прилипаешь.

Итак, поехали! Потренировавшись немного на кошках, было принято решение изготовить матрицу не на основе силикона, а на основе тех же пластиков, что льют в эти самые силиконы. Принцип здесь тот же: два компонента реактопласта смешиваем между собой и заливаем в готовую матрицу до отверждения. Есть ряд причин, почему я решил не использовать силикон в качестве матрицы. Во-первых, даже при использовании большого количества разделяющей смазки не всегда удавалось нормально оторвать модель от матрицы, несколько штук пришлось выкинуть. Во-вторых, силиконовые матрицы довольно быстро приходят в негодность, особенно если их кипятить для ускорения процесса полимеризации. В-третьих, силикон все же деформируется, особенно если выжимать пузырьки воздуха вручную, а не компрессором. В-четвертых, у меня было много пластика и мало силикона, правда, после нескольких неудачных попыток успеть влить смесь в матрицу до ее полимеризации, ситуация изменилась на противоположную. Ну и в-пятых, просто хотелось 'как на заводе'. Классическая пресс-форма состоит из матрицы (как правило, нижняя часть) и пуансона (обычно верхняя, создающая давление, часть). Начать я решил с изготовления матрицы, в которую и будет 'влита' мастер-модель.
Сразу прошу прощения за возможную скрытую рекламу на визитках, постарался все убрать пот каты, изначально не ставилась цель размещать пост здесь. Как видно, сама деталь небольшая, а значит в качестве опалубки можно использовать ламинированные визитки. Ламинация, помимо эстетически гладкой поверхности, позволяет обойтись без использования разделяющего состава. Отталкиваясь от предыдущего опыта, я решил что модель будет не просто лежать задней частью на визитке, а на небольшом пластилиновом возвышении. В результате изделие будет как бы утоплено в ванночке, что даст дополнительную возможность избежать пузырей.

Приклеил суперклеем к пластилину, иначе не клеится.
Ванночка наизнанку
Заклеиваем отверстия
Результат
Для прижима пуансона, я решил в матрицу 'влить' четыре шпильки по краям. Суть такова: задняя часть кнопок, та, что приклеена к пластилиновой ванночке, есть ответная часть для пуансона, к которой он будет прижиматься. Соответственно в эту же часть мы будем 'вливать' резьбу.

На фото часть резьбы закрыто трубкой, это ответная часть пуансона.
Поскольку очень сложно на глаз выставить параллельность шпилек, на другой визитке я продырявил в тех же местах отверстия и собрал что-то вроде вот такого каркаса:
Как видим, концы с резьбой обращены внутрь матрицы.

Результат с опалубкой будет выглядеть уже так:
В качестве непосредственно материала для заливки я использовал то, что рекомендовал продавец со словами: 'Держит 120 по цельсию и твердеет за три минуты'. Собственно, сие представляет картонную коробочку с двумя баночками желтого и синего цветов по пол-литра каждая. Жижа в баночках прозрачная, одна жиже другой. Ну то есть содержимое синей банки более густое, а содержимое желтой банки имеет желтоватый оттенок. После полимеризации состав теряет прозрачность и становиться, даже и не знаю как выразиться иначе, но нежно белым. Хим состав толком не известен, на желтой написано: 4,4′-Methylenebis(phenyl isocyanate) и предупреждение о срочной и неумолимой гибели в самых страшных муках, если вдруг что. Зато синяя баночка нам сообщает, что 'No hazardous ingridients', но WARNING таки имеется и на ней. Так или иначе, но детей Советского Союза не запугать такими пустяками, а значит работать будем с тем, что имеем.

Собственно, фото банок:
Мешать все это дело необходимо в пропорции один к одному, что чертовски удобно, в отличии от силикона, в который надо влить 3-4% катализатора. Поди отмерь, когда конечное изделие весит полграмма!

Познавательная страничка
Если смешивать в любых пропорциях разные варианты содержимого из всех четырех баночек (желтой, синей, силикон и катализатор силикона), то не произойдет ровным счетом ничего. Ибо фазы жидкостей не совпадают и они не смешиваются. Зато, если смешать все вместе, да еще и в нужных пропорциях, мы получим невнятную массу, похожую на очень хрупкий пенополиуретан.
Итак, поехали!

Готовим пропорции:
Смешиваем:
При помощи банки и компрессора от холодильника обезгаживаем (избавляемся от газов то бишь) :
И...
...не успеваем ничего сделать. Смесь затвердела.

Зато теперь у меня есть красивое абы-что и минус одна пятая пластика:
Это, кстати, весьма важный момент: необходимо точно знать и быть уверенным в том, что именно ты собрался делать. Если весь процесс выполняется вручную, включая смешивание, дегазацию, переливание туда-сюда, надо понимать, что время жизни смеси должно быть достаточным для выполнения всех этих процедур. Ну и масса мелких моментов, которые сложно предусмотреть, не имея печального опыта или совета бывалых. Например, камера дегазации. Я ее собрал на коленке из компрессора от холодильника и стеклянной банки с крышкой. Вроде ничего сложного, но сразу же вылезла масса багов. Первое - из банки невозможно достать руку, если в это время держать стаканчик.

Вот как-то так я выглядел, когда в первый раз попытался это сделать:
Второе - шланг от компрессора входит ровно в центр крышки от банки, соответственно, при нормализации давления воздух с силой бьет ровно в центр смеси. Как результат, минус вторая пятая часть пластика и белые, непрозрачные стенки банки. Третье - шланг короткий и твердый, так и норовит опрокинуть мелкую и легкую баночку с содержимым. Минус третья пятая пластика. Разумеется, после этого я все свои действия стал продумывать наперед, с различными вариантами развития событий. В результате кое-чего смог таки добиться:
Должен сказать, что в этом случае я решил обойтись без использования компрессора. Далее необходимо 'раздеть' матрицу:
Очистить от пластилина и полюбоваться результатом:
Поставить на место мастер-модель
И собрать новую опалубку:
Сюда мы будем заливать смесь, которая сформирует пуансон, это ответная часть матрицы. Разумеется, чтобы шпильки не залило пластиком, на них насажены трубки. При желании, их потом можно вытянуть из пуансона. Нутро необходимо смазать разделительным составом, я для этого использую восковой раствор в форме спрея.

Результат после снятия опалубки:
Небольшая обработка и вот результат:
Пару слов о пластике. В процессе полимеризации пластик может довольно сильно греться, причем нагрев ускоряет реакцию. Соответственно, чем больший объем смешиваем, тем больше тепла выделяется и тем быстрее твердеет смесь. Это надо учитывать. Промежуточная стадия - гель - длится буквально минуту, на этом этапе еще есть возможность исправить небольшие огрехи. После полной полимеризации получается изделие, напоминающее по фактуре слоновую кость. Он легче ABS и менее прочен, вроде температуру держит лучше. Легко обрабатывается механически, клеится, красится (лучше использовать краситель в процессе смешивания компонентов), тонет в воде, горит. При сильном нагреве сначала переходит в менее твердую фазу, затем становится очень пластичным. Но не текучим! То есть его нельзя мять, иначе он просто треснет. При деструктивном перегреве пластик начинает крошиться, внезапно превращается в текучую массу, становится прозрачным и меняет свой цвет на цвет жженого сахара. Вонища и все такое конечно присутствует. Можно ли его использовать в качестве замены термопластов? Смотря для чего, но в общих случаях да, а учитывая тот факт, что это не самый прочный вариант из существующих на рынке - однозначно можно.

Ну и теперь то, ради чего все это дело затевалось - изготовление силиконовых копий. Поскольку, силикон был у меня только белый,..

Собственной персоной:
...а кнопки нужны черные, пришлось импровизировать с тонером от лазерного принтера:
Я уже упоминал о сложностях с подбором соотношения силикон/катализатор, здесь выручил инсулиновый шприц. Все это дело я размешал и получившуюся каку намазал сперва на пуансон, а затем остатки влил в матрицу, где и пригодилась 'впуклость', которую я сделал из пластилина.
Спустя 10 минут:
Результат после обрезки:
Выводы

Технология рабочая, сложного ничего нет, материалы доступные. Для дома или мелких серий отличный вариант. Для больших изделий подходит так же, как и термопласты. Очень серьезный минус - это грязюка. Может это я такой свин, но тот факт, что я обгадил донельзя свое рабочее место, очень расстраивает.

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

58
Комментарии к статье

Комментарии

18.11.2015 в 04:10
8
18.11.2015 в 05:00
0

очень интересно и познавательно! только последний этап уж как-то совсем кратко был расписан по сравнению с предыдущими :)

18.11.2015 в 08:38
0

А что за пластик? Smooth Cast 30... а дальше?

И еще интересен ваш опыт с красителем) А пластики чем-нибудь пробовали подкрашивать? Специальные красители очень дороги....
Наверное если силикон изначально литьевой, а не как у вас, то порошок от лазерного принтера сделает его слишком густым...?

18.11.2015 в 08:48
0

Нашел уже в нете.  Smooth Cast 300 у вас судя по всему. Твердость всего 70, а температура тепловой деформации 50 градусов...

18.11.2015 в 08:46
0

Офигенная статья! Давно хочу заняться подобным. Никак руки не доходят. Благодаря статье, возможно допущу меньше глупых ошибок :)

18.11.2015 в 08:49
0

Аналогично!) Уже заказал материалы, жду доставки)

18.11.2015 в 08:54
0

А где и что заказывали не поделитесь? можно в личку;)

18.11.2015 в 11:01
0

И мне, пожалуйста

18.11.2015 в 09:37
0

спасибо за статью, очень интернесно
такой вопрос - почему вы решили делать две половинки отдельно, да еще с таким сложным соединением? Насколько я видел, обычно просто силиконом заливают все изделие, потом его просто разрезают на половинки

18.11.2015 в 14:03
3

Спасибо. Решение о двух половинках было обусловлено необходимостью получения большого тиража при стабильно высоком качестве. Просто чем аккуратнее и качественнее провести подготовку, тем проще потом тиражировать. 

18.11.2015 в 09:39
0

Привет Хабр :)

18.11.2015 в 19:33
0

Ага, где-то я это видел ))))

18.11.2015 в 10:41
4

Статья здоровская. Есть чему поучиться и чего не повторять.

У вас силикон на основе олова скорее всего, судя по катализатору. Силиконы на основе платины смешиваются 1 к 1, стоят примерно на 30% дороже и могут применяться для медицины и пищи, т.е. безопасны после полимеризации, плюс они более устойчивы к износу. В некоторых случаях имеет смысл рассматривать их, особенно при литье каких-то маленьких пуциков.

Я бы попробовал сделать литниковую систему - отверстие для заливки силикона и одно или несколько отверстий для выпуска воздуха. выпуски делаются там где может скапливаться воздух в вашей опалубке. (может кому-то пригодится - я использовал иголки от шприцов - втыкал их в силиконовую форму для выпуска воздуха, когда лил пластик. У пластика текучесть высокая - иголки в итоге заполнялись им). Силиконовая смесь живет достаточно долго, текучесть у нее высокая (заполняются щели в десятки микрон), поэтому можно ожидать, что форма прольется нормально.
Литниковая система позволит экономнее расходовать силикон и будет меньше грязи.
При этом, если смешивать компоненты силикона аккуратно (я это делаю карандашом стараясь не создавать пузырей) то дегазация не требуется (во всяком случае мне не требовалась)

Что касается окрашивания, я вместе с силиконом приобрел пигменты - красный зеленый и синий... примерно по 300р капсула. Для получения пастельных цветов достаточно лишь обмакнуть зубочистку. Но для других цветов и для большей насыщенности ход с тонером выглядит очень интересно. Для пластика данный пигмент не подошел - они оказались несмешиваемыми жидкостями - в итоге краситель остался жидкими вкраплениями по объему детали.

За статью однозначно +

18.11.2015 в 14:05
0

С каждым пунктом абсолютно согласен, а литники  я сделал в версии 2.0. К сожалению процесс не отфотографировал.

18.11.2015 в 23:09
0

тут как повезет. Воздуха даже не в перемешаном силиконе много

18.11.2015 в 10:54
0

А почему не стали пользоваться вакуумированием? Или вы компрессор на откачку поставили? И вливали, как я вижу по фотографии, с высоты. А это сразу дает большое количество воздуха. Вляпывался сам, в спешке, было такое.
Технология хорошо описана. Можно было бы чуток опростить, раз вы пытались по заводской технологии действовать. Не жестко половинки пресс формы соединить, а подпружиненый ход по направляюшим. Добавить литник. Залил смесь, опустил форму, с выступающими элементами, груз. Излишки смеси выходят через литник. Но, если это разовая акция, то и сделанного вполне достаточно.

18.11.2015 в 14:07
0

Вакумирование не использовал ввиду малого времени жизни смеси - не успевал просто :D

18.11.2015 в 14:31
2

Уже не первый год лью силиконы, испробовал разные.
Остановился на стоматологических, они дорогие, но качество передачи мелких деталей изумительное по сравнению с технологическими.
А также допустим контакт с пищей и типа не вредные. Хотя и пахнут также :)
Лучшим силиконом по моему мнению является итальянский Zhermak. Есть практически во всех компаниях, продающих медоборудование.
Пробовал работать со стоматологическими пластмассами из-за их точности к мелочам, но есть определенный затык. Они продаются по паспорту, т.к. содержат какое-то вещество, используемое при производстве 'синтетической радости'. Приходилось улыбаться и объяснять зачем человеку, далекому от медицины, килограммы подобных веществ 8) И они при полимеризации требуют не откачку воздуха, а наоборот давление до 2 атм и нагрев до 50-60 градусов. Я обошелся обычной старой алюминиевой скороваркой с подключенным копрессором. 
К счастью, 3D-печать решает большинство задач, которые раньше приходились на пластики.

18.11.2015 в 14:31
1

Статья замечательная ) М... какое отношение имеет к 3D печати?

18.11.2015 в 14:38
3

На самом деле применение силиконов и литьевых пластиков находится на стыке применения 3D-печати и механической обработки. Чуть выше я написал, что 3D-печать вытеснила многие процессы, но статья как раз о том, где, можно сказать 'классические' методы обработки материалов, востребованы.

Ну и, надеюсь, очень познавательно для многих ;)

18.11.2015 в 15:11
0

18.11.2015 в 15:14
2

Mulin, очень познавательно безусловно! радует что Беларусь! радует что земляки. так держать! творческих успехов!!!

18.11.2015 в 15:34
0

Очень благодарствую :)

18.11.2015 в 23:05
0

Я таким же способом год назад изготавливал резинки на вакуумную подушку мебельного ЧПУшника.

18.12.2015 в 01:26
3

Моё литьё :)

17.02.2017 в 14:17
0

Статья интересная и познавательная. Но вот возник вопрос: А как вы решили вопрос с токопроводящей резиной (пятаки) на ваших отливках ведь в оригинальной детали на кнопках она пристутствует и при нажатии идет замыкание контактов непосредственно на самой плате.

21.02.2017 в 16:46
0

класс. а тонер в силиконе руки не пачкает?

11.06.2021 в 23:19
0

Говорят этот тонер для лазерников - жутко канцерогенная вещь 

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Get over here!

Проблема ретракта в 3D печати. Почему ретракт работает не всегда?

Самосвал и экскаватор

Обновления для лазерного гравера под поворотную ось

Значок "Космические рейнджеры"

Записки страйкболиста. Как я товарищу рацию чинил.