Литье пластика в силикон: технология, материалы и применение

Содержание

• Что такое литье пластика в силикон
• Для каких сфер актуально литье в пластик?
  • Разработка и тестирование прототипов
  • Мелкосерийное производство
  • Специализированные и промышленные задачи
• Преимущества и особенности
  • Плюсы
  • Особенности и ограничения
• Подготовка мастер-модели
• Материалы для форм
• Материалы для литья
• Этапы изготовления силиконовой формы
  • Фиксация модели в опалубке
  • Приготовление и дегазация смеси
  • Заливка
  • Полимеризация
  • Извлечение модели
  • Особенности изготовления формы для сложных деталей
• Литье пластика: пошаговая инструкция
• Заключение

Технология объединила точность 3D-печати и надежность традиционного литья. Она актуальна для тестирования дизайна, запуска ограниченной серии товаров и изготовления деталей со сложной геометрией.

Что такое литье пластика в силикон

Литье в силикон подразумевает создание изделий путем заливки материала в эластичную форму. Один из плюсов — доступность. Не нужны дорогие и громоздкие термопластавтоматы (ТПА), высокое давление, стальная оснастка. Форму можно изготовить и использовать в мастерской или лаборатории.

Легко подобрать пластик с нужной жесткостью, гибкостью, ударной вязкостью. Он может имитировать свойства ABS, PP, PA, POM, TPE и других материалов. Форма воспроизводит геометрию — готовое изделие точно повторит сложные и мелкие элементы, текстуру поверхности.

Литье в силикон актуально, когда нужно:

• выпустить пробную партию;
• изготовить комплектующие для мелкосерийных товаров.
• произвести сувениры или другие предметы.
• изготовить оснастку или детали для мастерской.

Технологию применяют в разных отраслях для быстрого выпуска качественных малых и средних партий продукции.

Для каких сфер актуально литье в пластик?

Методика подходит для разных отраслей. Ее ценят за возможность быстро создавать прочные и точные детали.

Разработка и тестирование прототипов

Метод незаменим при создании опытных образцов. Он используется для изготовления:

1. Корпусов и кнопок для электронных гаджетов.
2. Функциональных деталей механизмов (шестерен, защелок, ручек).
3. Элементов интерьера и дизайна.

Можно проверить форму, сборку и работоспособность изделия до запуска массового производства.

Мелкосерийное производство

Литье подходит для ограниченных тиражей. К методу прибегают для производства корпусных элементов, сувениров, коллекционных игрушек, компонентов для робототехники, дизайнерских аксессуаров, декора. Качество аналогично серийной детали, но нет больших затрат на стальную оснастку.

Специализированные и промышленные задачи

1. Промышленность и машиностроение. Изготовление опытных образцов деталей, производство корпусов, кронштейнов, кожухов, прототипирование перед литьем под давлением, функциональные детали (ручки, демпферы, шестерни, уплотнения).
2. Электроника и приборостроение. Корпусы для датчиков, контроллеров, IoT-устройств. Производство небольших партий изделий для тестирования спроса. Прозрачные и огнестойкие кожухи.
3. Автомобильная отрасль. Прототипы элементов интерьера (панели, накладки, ручки), уплотнения, тестовые образцы для эргономики и сборки.
4. Медицина и стоматология. Эргономичные корпуса ингаляторов, сканеров, глюкометров и других медицинских приборов. Демонстрационные и тренинговые модели. Неимплантируемые изделия из биосовместимых полиуретанов.
5. Пищевая промышленность — формы для изготовления шоколадных фигур или работы с карамелью. Прототипы упаковки (бутылки, крышки, контейнеры). Небольшие партии декоративных элементов. Тестирование новой тары перед массовым производством.
6. Реклама — промо-материалы и сувениры для мероприятий.
7. Дизайн, архитектура, макеты. Макетные модели зданий и элементов интерьера, фигуры, реквизиты. Небольшие партии дизайнерских объектов.
8. Игровая индустрия, сувениры, хобби. Прототипы игрушек, миниатюры, фигурки. Выпуск коллекционных изделий (10-100 штук). Прозрачные и цветные детали сложной формы.
9. Химическая и лабораторная техника. Корпусы и элементы приборов, прототипы деталей насосов, фитинги, емкости.
10. Стартапы и небольшие производства. Предсерийные партии для тестирования рынка, быстрое производство без изготовления дорогих пресс-форм. Корпусы гаджетов, расходники, механизмы.

Преимущества и особенности

У литья пластика в силикон много плюсов, но есть и ограничения. Благодаря их пониманию можно определить, где метод окажется выгодным, а когда лучше рассмотреть другие решения.

Плюсы

Ключевое преимущество — скорость и экономия на оснастке. От идеи до первой физической детали может пройти пара суток. Это быстрее, чем изготовление металлической пресс-формы, которое занимает недели.

Благодаря низкой себестоимости силикона методика выгодна даже для единичного прототипа или небольшой партии изделий.

Точность — еще один важный плюс. Силикон эластичный. Он точно воспроизводит мельчайшие детали мастер-модели. Вы получаете точную копию текстуры, микрорельефа и поднутрений, которые были в исходной 3D-печатной детали. Можно создавать изделия со сложной геометрией, которые невозможно извлечь из жесткой металлической формы.

Особенности и ограничения

Силикон — не металл. Его ресурс ограничен. В среднем он составляет до 20 отливок. Все будет зависеть от геометрии детали и вида пластика. Со временем форма теряет точность, может повредиться.

Процесс заливки, дегазация и извлечение, как правило, ручные операции. Для партии в 20-30 штук это приемлемо, но для серии в 1000 изделий — трудозатратно.

Чтобы получить идеальную отливку без пузырей, нужен навык. Важно правильно спроектировать литниковую систему, освоить методы дегазации смеси, например, с помощью вакуумной камеры или автоклава (камеры избыточного давления). Это не сложно, но нужно внимание к деталям.

Подготовка мастер-модели

Силиконовая форма — это точное отражение мастер-модели, поэтому к ее подготовке нужно подойти ответственно.

Для подготовки силиконовой формы можно использовать оригинал детали. Если его нет, можно изготовить мастер-модель с помощью 3D-печать. Выбор технологии зависит от задач:

1. SLA/DLP (стереолитография). Обеспечивает высокую детализацию. Поверхность гладкая. Это лучший выбор для мелких предметов со сложной геометрией, тонкими стенками или надписями.
2. FDM (послойное наплавление пластиковой нити). Подходит для крупных моделей и если бюджет ограничен. Потребуется тщательная обработка.

Поверхность нужно довести до идеала. Чтобы устранить слоистость, изделие шлифуют. После модель красят для создания барьерного слоя. В деталях остаются незасвеченные мономеры. Они препятствуют застыванию силикона на поверхности детали. Из-за липкого слоя на поверхности отливок могут появиться дефекты.

Материалы для форм

Технические характеристики материала влияют на результат:

1. Вязкость. Жидкий силикон легко обтекает модель, точно повторяет детали и не удерживает пузыри воздуха. Работать с высоковязкими материалами сложнее.
2. Твердость (по Шору). Измеряется в единицах, например, Шор А 40. Имитирующие резину материалы лучше подходит для извлечения деталей с поднутрениями. Более твердые обеспечивают стабильную геометрию, форма прослужит дольше.
3. Коэффициент удлинения. Показывает, насколько форма может растянуться без разрыва. Высокий коэффициент облегчает извлечение.

Материалы для литья

Свойства готового изделия зависят от выбранного пластика. Нужно смотреть на твердость по Шору. Она определяет, будет изделие жестким или гибким. Диапазон большой:

1. 40-90 Шор A. Резиноподобные материалы (от очень мягкой и эластичной до умеренно жесткой резины).
2. 50-65 Шор Д. Резинопластики. Сочетают ударную вязкость с конструкционной жесткостью.
3. >70 Шор Д. Аналоги инженерных пластиков (ABS, PC, PA). Прочные и жесткие.

Износостойкость, температура тепловой деформации, модуль прочности на изгиб и растяжение, а также другие характеристики варьируются у разных марок. Это критично для функциональных деталей, которые будут испытывать нагрузки или трение.

Этапы изготовления силиконовой формы

Чтобы форма получилась качественной, нужно строго соблюдать технологию. Она включает несколько шагов.

Фиксация модели в опалубке

Мастер-модель закрепляют на дне литьевой опалубки — ящика, который будет удерживать силикон. Нужно убедиться, что вокруг модели хватает места для толщины стенок будущей формы. На этом же этапе устанавливают литниковую систему. Она включает каналы для заливки пластика (литники) и отверстия для выхода воздуха (выпора). Правильная конструкция обеспечивает равномерное заполнение полости без воздушных пузырей и недоливов.

Приготовление и дегазация смеси

Два компонента силикона смешивают строго по инструкции. Затем смесь помещают в вакуумную камеру. Это критически важный этап. Вакуум удаляет пузыри, попавшие в материал при смешивании. Без дегазации эти пузырьки останутся в форме и испортят поверхность отливок.

Заливка

Смесь заливают в опалубку. Делать это лучше тонкой струей и с самой низкой точки, чтобы силикон плавно поднимался и вытеснял остатки воздуха, а не захватывал их. Заливку продолжают до полного покрытия модели с запасом.

Полимеризация

Опалубку оставляют на срок, указанный производителем силикона. Время полного отверждения зависит от типа материала и может занимать от нескольких часов до суток.

Извлечение модели

После застывания силикона опалубку разбирают. Монолитный блок аккуратно разрезают острым ножом по заранее намеченным линиям, чтобы извлечь мастер-модель и создать полости для литья. В результате вы получаете готовую к работе силиконовую форму.

Особенности изготовления формы для сложных деталей

Для сложных моделей с поднутрениями, рельефом или большими размерами технология усложняется:

1. Двухэтапная заливка. Сначала заливают нижнюю часть формы вокруг половины модели. После ее отверждения создают верхнюю часть (крышку) для безопасного извлечения сложной отливки.
2. Многосоставные формы. Для объемных и крупных деталей формовка может включать три и более отдельных силиконовых частей. Это снижает расход силикона и упрощает процесс литья.

Выбор конкретного метода изготовления формы зависит от геометрии и размера мастер-модели.

Литье пластика: пошаговая инструкция

Изготовление отливок включает такие шаги:

1. Подготовка и сборка формы. Половинки силиконовой формы совмещают и фиксируют. Для этого используют струбцины, резиновые жгуты или опалубку. Это предотвратит смещение и появление облоя — лишнего пластика на стыке. Внутреннюю полость формы тонким слоем покрывают специальной смазкой-разделителем. Это необходимо, чтобы готовое изделие легко извлеклось без повреждения силикона. Часто форму смазывают один раз на несколько циклов литья.
2. Приготовление пластиковой смеси. Компоненты А и Б (основа и отвердитель) взвешивают на весах, смешивают. Делать это можно вручную или медленным миксером. Важно минимизировать брызги и захват воздуха. Цветной пигмент добавляют на этом этапе, если он нужен.
3. Техника заливки. Жидкую пластмассу заливают медленно и непрерывно. Лучше всего использовать емкость с тонким носиком или большой медицинский шприц. Поток направляют в литниковое отверстие по стенке канала. Масса плавно заполняет полость и вытесняет воздух через воздуховоды.
4. Отверждение. Форму оставляют для затвердевания смеси в камере избыточного давления. Время полимеризации зависит от типа пластика. Обычно хватает от нескольких часов до суток. При необходимости деталь подвергают термической обработке (закалке) для придания требуемых свойств.

После отверждения форму разбирают, извлекают отливку, убирают литники и облой.

Заключение

Метод литья в силикон актуален там, где важна скорость, гибкость и точность при небольшом количестве изделий. Можно изготовить прототип, проверить его и запустить мелкосерийный выпуск деталей.

Технология развивается. Это связано с прогрессом в области 3D-печати для создания мастер-моделей и появлением новых материалов с улучшенными свойствами. Процесс становится доступнее.

Благодаря литью вы получаете прямой контроль над производством, экономите значительные средства на оснастке и сокращаете время выхода продукта на рынок. Литье в силикон — это практичный инструмент для реализации идей и запуска проектов.