Литье силикона под давлением против 3D-печати: выбор лучшего метода производства эластомерных деталей

От промышленных прокладок до подошв вашей обуви, эластомерные детали одновременно повсеместны и уникальны. Изготовленные из эластомеров, группы каучукоподобных полимеров, эти гибкие, эластичные и амортизирующие компоненты легко изготавливаются — и могут производиться несколькими способами.

Один из способов производства эластомерных деталей — литье под давлением. Не литье термопластов под давлением, а литье термореактопластов вроде жидкого силиконового каучука: этот материал вводится в жидком состоянии, а затем отверждается для придания твердости. Но сегодня есть отличная альтернатива литью жидкого силикона под давлением — это 3D-печать гибких материалов вроде TPE и TPU. Больше не специализированные материалы, TPE и TPU теперь могут быть 3D-напечатаны на недорогих FDM-принтерах.

Эта статья рассматривает основы эластомерных деталей: их свойства, применения и стоит ли выбирать литье под давлением или 3D-печать.

Что такое эластомер?

Эластомер определяется как полимер с низким модулем Юнга, высокой относительной усадкой при разрыве и вязкоупругостью — сочетанием вязкости и упругости. Иногда называемых просто каучуками, эластомеры на самом деле более широкая категория, включающая невулканизированные материалы.

Простыми словами, эластомеры (упругие полимеры) — это материалы, которые в разной степени эластичны, эластичны, гибкие или деформируемы при комнатной температуре. Это обусловлено их слабыми межмолекулярными связями. Все это делает эластомеры невероятно полезными. Поскольку их можно гнуть и растягивать без разрыва, они используются во многих применениях, где более жесткий материал не справился бы со своей задачей.

Эластомеры могут быть либо термореактопластами (не плавится при нагревании) либо термопластами (плавится при нагревании), и некоторые из самых распространенных эластомеров включают:

• Натуральный каучук
• Бутадиеновый каучук
• Стирол-бутадиеновый каучук
• Этилен-пропиленовый мономер

Однако, поскольку эта статья фокусируется на прототипировании и двух конкретных производственных процессах, мы уделим большее внимание силикону, термопластическому эластомеру (TPE) и термопластическому полиуретану (TPU). Силикон — термореактопласт, в то время как TPE и TPU — термополимеры и поэтому могут быть экструдированы 3D-принтером.

Примеры эластомерных деталей

Эластомеры невероятно распространены и можно найти в простых повседневных предметах и сложных промышленных сборках. Здесь мы смотрим на различные эластомерные детали, категоризированные по отраслям, а также несколько материал-специфичных применений.

1. Автомобильная

Для шин и многого другого эластомеры необходимы для производства многих автомобильных компонентов.

• Шины
• Виброамортизирующее оборудование
• Дворники
• Компоненты подвески
• Уплотнения и прокладки

2. Промышленная

Эластомеры широко используются в промышленности, особенно для уплотнений и прокладок для герметичных и воздухонепроницаемых сборок.

• Уплотнения и прокладки
• Электрическая изоляция
• Транспортные ленты
• Приводные ремни
• Шланги и трубки

3. Нефть и газ

Эластомеры, особенно синтетические, находятся в нефтегазовой отрасли, где они часто служат для предотвращения утечек нефти.

• Гидравлические уплотнения
• Трубные скребки
• Пакерные чашки
• Шланги

4. Потребительские товары

Огромное количество потребительских продуктов сделано из эластомеров, от футбольных мячей до ластиков для карандашей.

• Обувь, включая подошвы
• Дождевики
• Губки
• Ластики для карандашей
• Спортивные товары, включая мячи
• Пищевые контейнеры

Материально-специфичные примеры

Поскольку эта статья фокусируется на литьем под давлением жидкого силиконового каучука и 3D-печатных TPE и TPU нитях, вот некоторые распространенные использования для этих трех материалов:

• Силикон: Биологически совместимое медицинское оборудование, протезы, пищевые устройства вроде формочек для льда, уплотнения и прокладки, накладные компоненты
• TPE: Уплотнения и прокладки, вкладыши крышек бутылок, гусеницы снегоходов, медицинские компоненты включая катетеры, рукояти инструментов, подушки подвески, накладные компоненты
• TPU: Корпуса электроники, опорные колеса, медицинские компоненты, приводные ремни, обувь, надувные изделия, оболочки проводов и трубки

Литье эластомеров под давлением

Существует множество способов изготовления эластомерных деталей, но один из самых надежных — особенно в больших количествах — это литье под давлением.

Литье под давлением — это процесс изготовления пластиковых деталей путем внутрьформового введения под давлением жидкого материала в металлическую форму, обычно изготовленную из стали или алюминия. В процессе литейная машина подает сырой материал в форму, геометрия которой является негативным отпечатком конечной детали и обычно состоит из двух секций с полостью между ними.

Литье под давлением совместимо с термореактопластическими эластомерами вроде жидкого силикона, и это отличный способ производства гибких, ударопрочных и термостойких деталей в больших количествах. Перед литьем двухкомпонентное силиконовое решение смешивается, половина которого содержит платиновый катализатор, позволяющий силикону отвердеть в твердое состояние.

Литье жидкого силикона под давлением может производить детали вроде прокладок, медицинского оборудования, кухонного оборудования, накладных секций многослойных сборок и многое другое.

Преимущества

Есть несколько преимуществ литья силикона под давлением, включая быстрое производство больших объемов, высокий уровень детализации, хорошие материальные свойства и низкую стоимость детали при определенных средних и больших количествах.

Недостатки

Ограничения литья жидкого силикона под давлением включают высокие затраты на металлическую оснастку и геометрические ограничения, присущие процессу литья, включая тонкие стенки и скругленные углы.

3D-печать эластомеров

Альтернативой литью жидкого силикона под давлением является 3D-печать гибких нитей вроде TPE и TPU. Хотя эти материалы также могут литься под давлением, 3D-печать предлагает более радикальную альтернативу, которая может подойти для разных видов проектов, включая единичные прототипы.

Одним из крупнейших преимуществ 3D-печати эластомеров вроде TPE и TPU является то, что эти материалы термопласты и поэтому могут быть превращены в FDM-нить для 3D-печати, подходящую для плавления и экструзии. FDM — самая дешевая форма 3D-печати — как в терминах стоимости машины, так и эксплуатационных затрат — и это значит, что высококачественные эластомерные детали могут быть сделаны кем угодно.

Нити TPE и TPU обе имеют свои применения. TPU — более жесткий, плотный и ригидный материал, чем TPE, с лучшей истираемостью и меньшим шанком усадки. Однако он менее гибок, чем TPE, который может использоваться для изготовления деталей, гибких как резинки.

Хотя при 3D-печати эластомеров нужно соблюдать осторожность, особенно с TPE (скорости печати должны быть медленными, и прямые экструдеры работают лучше, чем Bowden) практически любой FDM-принтер может обрабатывать эти материалы.

Распространенные 3D-напечатанные эластомерные детали включают TPU-подушки подошв и носимую электронику, а также TPE-рукояти, шланги и чехлы для смартфонов.

Преимущества

Преимущества 3D-печати гибких нитей включают очень низкие затраты даже для малых количеств, отсутствие затрат на оснастку и практически неограниченные геометрии (внутренние и внешние). Это делает процесс высокопригодным для прототипирования эластомеров.

Недостатки

Ограничения 3D-печати эластомерных деталей из TPE и TPU включают точность и уровень детализации (по сравнению с литьем под давлением), скорость производства и масштабируемость, поскольку нет экономии масштаба ни в терминах стоимости, ни в терминах экономии времени.

Заключение

Литье жидкого силикона под давлением и FDM 3D-печать — оба отличные способы производства эластомерных деталей. Литье под давлением лидирует, когда речь идет о качестве детали и масштабируемости, но 3D-печать — удобный и доступный вариант для прототипов, особенно единичных.

При изготовлении эластомерных деталей или прототипов вы должны учитывать такие факторы, как бюджет, количество единиц, требуемые материальные свойства и будущие производственные потребности перед принятием решения о следующем шаге — решении, с которым 3ERP может помочь.

3ERP — специалист по прототипированию, предлагающий и литье под давлением, и 3D-печать, а также многие другие услуги. Получите бесплатную котировку прямо сейчас для ваших эластомерных деталей.