5 экспертных советов по проектированию для успешного уретанового литья

Уретановое литье — универсальный традиционный производственный процесс, использующий 3D-печатанный мастер-образец и силиконовую форму для создания конечных пластиковых деталей. В процессе уретанового литья мастер-образец помещается в герметичную коробку, покрывается жидким силиконом и затем отверждается. После застывания силикона производитель разрезает его пополам, чтобы извлечь мастер-образец — в этот момент форма для литья уретана готова к использованию.

Для создания кастомных деталей из литого уретана инженеры наливают уретановую литейную смолу — обычно полиуретановый материал, который может имитировать физические свойства пластика, используемого в литье под давлением — в форму и отверждают её в печи. Готовая деталь обычно требует мало, если вообще, постобработки.

Менее дорогое и менее затратное по времени, чем жесткое инструментирование, уретановое литье идеально для быстрого прототипирования и низко- и среднесерийного производства сложных конструкций. Чтобы получить максимум от этого производственного процесса, проектные команды должны проектировать для производственной реализуемости и оптимизировать дизайн формы рано, чтобы упростить производственный процесс и снизить затраты. Вот пять основных советов по проектированию для создания чистых и функциональных кастомных деталей из литого уретана:

5 лучших советов по проектированию для уретанового литья

1. Обеспечьте равномерную толщину стенок

Многие инженеры предпочитают уретановое литье литью под давлением, потому что первый процесс позволяет больше вариаций в толщине стенок, но все равно важно обеспечить, чтобы данный дизайн уретановой формы имел однородные стенки. Однородные стенки снижают риск деформации при отверждении, обеспечивают полное и точное заполнение формы и смягчают другие проблемы проектирования.

Рекомендуется минимальная толщина стенки 0,040" (1 мм), но есть случаи, когда стенки могут быть тонкими до 0,020" (0,5 мм) в маленьких деталях. Для более крупных деталей толщина стенки всегда должна увеличиваться пропорционально размеру детали, чтобы гарантировать, что стенки могут обеспечить адекватную поддержку.

2. Учитывайте усадку

Когда две стенки с разной толщиной пересекаются в дизайне уретановой формы, может возникнуть усадка. Поскольку более толстые стенки затвердевают медленнее, чем более тонкие, область, к которой они прикреплены к номинальной стенке, усаживается, когда выступ — ребро или босс — усаживается. Это вызывает впалую область в номинальной стенке. Чтобы минимизировать усадку и предотвратить впалые области, инженеры должны обеспечивать толщину ребра между 50% и 60% от стенок, к которым они прикреплены.

Тем не менее, иногда уретанолитые детали усаживаются по причинам, отличным от дефекта дизайна уретановой формы. Конечные размеры уретанолитой детали зависят от точности мастер-образца и формы, геометрии детали, а также материалов уретанового литья. Усадочный коэффициент 0,15% считается допустимым, но инженеры должны пересмотреть свой дизайн уретановой формы, если коэффициент усадки превышает этот порог.

3. Используйте ребра

Добавление ребер в дизайн уретановой формы может увеличить прочность и жесткость конечной детали без добавления толщины. Чтобы использовать ребра правильно, инженеры должны придерживаться следующих рекомендаций:

Высота

Более длинные ребра обеспечивают большую арматуру, но литье длинного ребра может затруднить формовку детали. По этой причине ребро не должно превышать высоту, в три раза превышающую его толщину. Чтобы избежать проблемы с высотой полностью, инженеры могут использовать множество коротких ребер вместо одного длинного ребра для увеличения жесткости детали.

Ширина

Ширина ребра на пересечении с деталью должна составлять 40–60% от толщины детали. Если в дизайне включен радиус скругления, он должен быть не менее 25% от толщины детали. Эти параметры помогают сделать ребро максимально прочным.

Уклон разводки

Инженеры должны предусматривать уклон разводки для ребра, предназначенного для снижения возможности впалостей. Уклоны разводки для каждой стороны должны быть между 0,25 и 0,5 градусов, и угол разводки каждой стороны должен быть равен. Для текстурированных поверхностей добавьте дополнительные 1,0 градус разводки на каждые 0,025 (0,001 дюйма) глубины текстуры.

Шаг

Инженеры должны устанавливать последовательные ребра на расстоянии не менее двух толщин друг от друга, чтобы равномерно распределить вес детали по всем ребрам.

Ориентация

Ориентация ребра определяет, как и где деталь испытывает напряжение, поэтому инженеры должны быть осторожны, чтобы располагать ребра так, чтобы максимизировать изгибную жесткость детали. Если ребра размещены в неправильной позиции, они не будут иметь никакого положительного влияния на прочность детали.

Проектные команды также должны учитывать пересечения и впалости при работе с ребрами. В точке, где ребро пересекается с деталью, тяжелое ребро может вызвать провал детали. Чтобы избежать впалости на пересечении ребра, инженеры могут использовать скругления для ослабления напряжения на поверхности детали и уменьшения впалости на противоположной стороне детали. Радиусы скруглений должны быть не менее четверти толщины детали. Кроме того, выемка или облегчение детали уменьшает количество используемого материала и помогает поддерживать равномерную толщину стенки по всей детали.

Ребра могут драматически улучшить производительность конечной детали, но инженеры и проектные команды не должны увлекаться. Ребра полезны только тогда, когда деталь требует дополнительной арматуры. В ситуациях, когда это не так, ребра часто размещаются неправильно и мало улучшают прочность или жесткость детали. Также ненужные ребра увеличивают вес и цену детали, вызывают проблемы формовки и способствуют отходам материала. Инженеры и проектные команды должны иметь эти соображения в виду при принятии решения, требует ли их дизайн уретановой формы ребро.

4. Учитывайте уклоны разводки и подрезы

Уклоны разводки и подрезы не являются проблемой при уретановом литье, потому что жидкий силикон может принимать форму любой формы. Однако, если инженер использует уретановое литье для построения прототипа, который в конечном счете будет произведен другим процессом, таким как литье под давлением, они должны создавать дизайн как для конечного производства. Это может включать в себя включение уклонов разводки и подрезов. Длинные нулевые признаки разводки несут легкий риск поломки детали при извлечении из формы, поэтому легкий угол может быть полезен, особенно для более крупных производственных партий.

5. Включите достаточное пространство между буквами и логотипами

С уретановым литьем легко для дизайнеров формовать высококачественные выемные или вдавленные буквы и логотипы в кастомных деталях из литого уретана. Чтобы убедиться, что буквы максимально красивы и читаемы, дизайнерам следует учитывать высоту или глубину признака, ширину признака, радиусы на признаке и пространство между признаками.

Проектные команды должны оставлять не менее 0,050" между признаками, хотя это может варьироваться в зависимости от особенностей дизайна. Все радиусы должны быть не менее половины высоты признака, но большие радиусы даже лучше. Наконец, ширина всех логотипов или букв должна быть в два раза больше их высоты.

Оптимизируйте ваши уретанолитые детали

С уретановым литьем и проектированием для производственной реализуемости, несколько небольших изменений в дизайне идут далеко. Инженеры и дизайнеры должны стремиться поддерживать равномерные толщины стенок, учитывать усадку и убедиться, что они эффективно используют ребра. Проектные команды могут дальше оптимизировать производственную реализуемость, создавая дизайны как для конечного производства и обеспечивая достаточное пространство между буквами и логотипами для усиления эстетики.

Опытный производственный партнер вроде Fast Radius может помочь проектным командам упростить проектирование для производственной реализуемости. Мы страстны к разработке продуктов, которые когда-то считались невозможными для изготовления, и мы делаем акцент на следовании за последними цифровыми дизайнерскими технологиями.

Проектные команды, стремящиеся разработать прорывное применение или оптимизировать существующий дизайн уретановой формы, могут воспользоваться многолетним опытом нашей дизайнерской команды по производственным процессам. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы начать работу над вашими кастомными деталями из литого уретана.

Для дополнительных советов по проектированию и информации об уретановом литье ознакомьтесь со связанными статьями в учебном центре Fast Radius.

Готовы изготовить свои детали с Fast Radius?

Начните расчет стоимости