Мастерство полиуретанового литья: проектные идеи для превосходных прототипов

Услуга полиуретанового литья 3ERP позволяет вам делать малые партии пластиковых деталей при гораздо более низкой стоимости, чем литье под давлением. Эти высококачественные прототипы имеют отличную поверхностную отделку и могут обеспечить путь к массово производимым литым деталям.

Многие продуктовые дизайнеры, однако, незнакомы с полиуретановым литьем, которое требует уникальный набор проектных соображений — как для изготовления мастер-выкройки, так и для самих пластиковых литий. Проектирование полиуретаново-литых деталей не то же самое, что проектирование литых под давлением деталей, поэтому дизайнеры должны ознакомиться с процессом перед тем, как углубиться в свои CAD-дизайны.

Эта статья предоставляет информацию о как проектировать полиуретановые литья. Она дает советы по проектированию особенностей, рассматривает типичные допуски полиуретанового литья и отмечает различия между проектированием полиуретанового литья и литья под давлением.

Что такое полиуретановое литье?

Иначе известное как вакуумное литье, полиуретановое литье — это техника прототипирования и малого серийного производства, подходящая для создания партий до 25 единиц. Это то же самое, что уретановое литье, альтернативный термин для процесса.

Процесс полиуретанового литья состоит из трех основных шагов: изготовление мастера, изготовление силиконовой формы и изготовление литий.

1. Мастер: Используя процесс вроде ЧПУ-обработки или SLA 3D-печати, дизайнер создает позитивную мастер-выкройку деталей. Альтернативно, предсуществующая деталь, сделанная практически из любого твердого материала, который может выдерживать температуры 40 °C (для стадии отверждения силикона), может быть использована как выкройка.
2. Форма: Коробка для литья наполовину заполняется жидким силиконом с выкройкой в центре. Силикон отверждается при низком нагреве в духовке 16 часов, пока не станет твердым, образуя первую половину формы. Затем остальная часть коробки для литья заполняется жидким силиконом, который отверждается для изготовления второй половины формы. Половины формы удаляются и выкройка откладывается для будущего использования.
3. Литье: Гибкие силиконовые формы заполняются полиуретановой литейной смолой, которая затвердевает внутри формы и принимает твердую форму, идентичную оригинальному мастеру. Силиконовая форма может использоваться около 25 раз, прежде чем потребуется замена.

Полиуретановое литье — ценная производственная техника, потому что силиконовые формы невероятно дешевы в изготовлении по сравнению с металлической оснасткой. Они служат только около 25 литий, но этого обычно достаточно для прототипирования малых пластиковых деталей.

Хотя литье полиуретановых смол не приводит к прочным функциональным деталям, у него есть уникальные сильные стороны, такие как производство отличной поверхностной отделки, возможность ряда цветов и прозрачностей, и высокая экономичность в малых объемах.

Изготовление мастер-выкройки

Первое, что должен учитывать продуктовый дизайнер при проектировании полиуретанового литья — мастер-выкройка. Распространенные техники для изготовления выкроек литья включают 3D-печать (SLA, PolyJet и т.д.) и ЧПУ-обработку. Традиционные техники выкройки вроде ручной лепки также могут использоваться, хотя это стоит больших затрат.

При использовании цифрового производственного процесса вроде 3D-печати или ЧПУ-обработки дизайнеры должны эффективно учитывать проектные ограничения двух отдельных процессов одновременно: процесс выкройки и литье, хотя эта статья будет фокусироваться в основном на советах по проектированию, ведущим к эффективному литье (а не эффективной 3D-печати или ЧПУ-обработке).

Преимущества 3D-печати мастер-выкроек полиuretана:

• Более высокий уровень геометрической свободы
• Быстрее в изготовлении, чем ЧПУ-обработка

Преимущества ЧПУ-обработки мастер-выкроек:

• Более тугие допуски, чем 3D-печать
• Меньше поверхностной отделки требуется
• Более долгий срок службы, чем 3D-напечатанных выкроек

Допуски и размеры

При проектировании полиуретаново-литых деталей дизайнеры должны знать стандартные допуски и минимальные/максимальные размеры, которые не те же, что для литья под давлением.

Однако, когда используется полиуретановое литье как техника прототипирования для будущих литых под давлением деталей, может иметь смысл создать дизайн, который также может быть отлит под давлением (включая углы уклона и т.д.).

• Допуск: 3ERP может делать полиуретановые детали с точностью ± 0,3%, с нижним пределом ± 0,3 мм на измерениях меньше 100 мм.
• Усадка: Толстые детали более восприимчивы к усадке, которая происходит из-за температурных сдвигов в процессе формования. Дизайнеры должны планировать на коэффициент усадки около +0,15%.
• Размер детали: Полиуретаново-литые детали могут иметь размеры до 1900 x 900 x 750 мм и максимальный объем 10 литров.

Толщина стенки

Минимальная толщина стенки полиуретанового литья — 0,75 мм — адекватна для правильного заполнения формы, хотя 1,5+ мм приведет к лучшим результатам. Если требуются стенки тоньше 0,75 мм, свяжитесь с нами для обсуждения вашего дизайна.

Как и при литье под давлением, последовательная толщина стенки приводит к лучшим результатам, так как уменьшает изменения температурно-индуцированной деформации. Однако вариативная толщина стенки менее вредна, чем при литье под давлением.

Уклон (Draft)

Одним из преимуществ полиуретанового литья является гибкость его силиконовых форм. Поскольку формы гибкие, готовые полиуретановые детали могут легко быть удалены из формы без выталкивающих стержней. Это также означает, что уклон — конические стороны, позволяющие легкое извлечение — не необходим, как это бывает при литье под давлением.

Тем не менее, небольшой угол уклона до 5° может слегка продлить срок службы силиконовой формы, поэтому уклон может быть преимущественным при проведении среднеобъемных производственных запусков на деталях, не требующих идеально прямых сторон. Это также делает дизайн полиуретанового литья более адаптируемым к литье под давлением (для масштабирования производства).

Радиусы (Radii)

При проектировании полиуретановых деталей острые внутренние углы следует избегать для максимизации прочности и стабильности детали. Мы рекомендуем добавлять скругления к внутренним углам с радиусом 3 мм.

Обратите внимание, что использование ЧПУ-обработки для изготовления мастер-выкройки идеально для добавления скруглений к полиуретаново-литым деталям, потому что ЧПУ режущие инструменты имеют цилиндрическую форму и создают естественные скругленные внутренние углы при фрезеровке кармана.

Ребра (Ribs)

Для добавления жесткости полиуретаново-литым деталям без увеличения толщины стенки дизайнеры могут включать ребра, которые увеличивают момент инерции. Обычно лучше использовать множественные короткие ребра, чем одно высокое ребро, и важно ориентировать ребра правильно относительно того, где деталь может потенциально согнуться.

Ребра должны иметь большие угловые радиусы и толщину менее 60% толщины стенки для избежания усадки и впадин. Высота каждого ребра должна быть менее 3x его толщины для избежания поломки.

Надстройки (Bosses)

Литые полиуретановые детали могут иметь надстройки — небольшие выступы, размещающие крепежи или резьбовые втулки. Эти надстройки могут быть поддержаны жгутиками или соединительными ребрами.

Для предотвращения впадин, толщина стенки надстройки должна быть менее 60% толщины стенки детали (как с ребрами). Базовый радиус надстройки должен быть не менее 25% толщины стенки детали.

Резьбы и отверстия

Полиуретановое литье может вмещать сквозные отверстия и резьбы, и они лучше всего достигаются с использованием вставок, а не добавлением к мастер-выкройке. Однако эти сложные особенности могут увеличить стоимость проекта и могут быть не необходимы для прототипов.

Для сквозных отверстий дюбельные штыри могут быть помещены в силиконовую форму. Для резьб лучше включить металлические резьбовые втулки через вставное литье.

Соединения (Joints)

Полиуретановое литье может использоваться для изготовления много-компонентных деталей с шплинтово-щелевыми соединениями. Небольшой зазор расстояния (reveal gap) должен быть включен в соединение между компонентами.

Поверхностные особенности

Поверхностные особенности вроде текста и логотипов могут быть включены в полиуретаново-литые детали. В общем, эти особенности — особенно в углубленной (гравированной) форме — гораздо легче добавлять с использованием ЧПУ-обработанных мастер-выкроек, чем с 3D-напечатанных.

Для лучших результатов буквы и цифры должны быть расположены как минимум на 1,3 мм друг от друга.