Izdelava plastičnih prototipov z
vakuumskim ulivanjem
Osnovni princip izdelave prototipov izdelanih z vakuumskim ulivanjem (angl. Vacuum casting)
temelji na ulivanju dvokomponentnih poliuretanov v slikonske kalupe, cel proces pa se vrši v
vakumski komori. Postopek izdelave temelji na pramodelu (angl. Masterpart), na podlagi katerega se izdela silikonski kalup. Vanj se gravitacijsko ulije izbran dvokomponentni material, ki
ga izberemo na osnovi zahtevanih oz. želenih tehničnih lastnosti izdelka.
Poenostavljeno rečeno, gre za dejansko kopiranje nekega objekta. Bolj ko je pramodel
natančen in gladkih površin, boljši je ulitek.
Kdaj in zakaj izbrati tehologijo
vakuumskega ulivanja?
Prototipi in ‘nulte’
serije izdelkov
izdelanih z vakuumskim ulivanjem so
namenjene vsem, ki
se soočajo s potrebami po visokokakovostnih prototipih.
Gre za izdelke, ki se
z svojim izgledom in
tehničnimi lastnostmi zelo približajo
končnim serijskim
izdelkom. Širok nabor
Nosilec naprave za
satelitsko cestninjenje
Prototip signalizacijske svetilke
Izolacija navitja
materialov omogoča izdelavo funkcionalnih,
dejansko uporabnih izdelkov, od samostojnega kosa, simulacij 2K brizganih izdelkov
do zahtevnih sestavov . Izdelava samo enega
CHEMETS, Kranj, d.o.o., Trg Prešernove brigade 5, 4000 Kranj
tel.: +386 4 235 44 70, fax: +386 4 235 44 77
www.chemets.si
primerka ali pa manjše serije je največji atribut
omenjene tehnologije, ki več kot uspešno zapolnjuje vsem znano in predvsem finančno
ter časovno obremenjujočo vrzel med CAD
datoteko in prvimi brizganimi izdelki.
Takšni prototipi so uporabni v namene mehanskih testiranj, testiranju trga, marketinških
predstavitev, promocij izdelka, prodaje končnih
izdelkov pred izdelavo serijskih orodij za brizganje itn.
Postopek izdelave silikonskega
kalupa
Najpomembnejši element za izdelavo kalupa je
model oz. pramodel. Le-ta je lahko katerikoli
predmet, vendar pa se je pri izbiri potrebno ozirati na nekatere zakonitosti, katere nam kasneje
olajšajo delo.
Kot pramodel niso uporabni predmeti barvani
z barvami na nitro osnovi, saj se silikon okoli
takšnega pramodela ne strjuje. Prav tako so
problematični porozni modeli, ker silikon v
vakuumu zalije tudi najmanjše pore v modelu,
zato takega modela ni možno izvleči iz kalupa.
V redkih primerih, ko nam ne preostane drugega
tak pramodel predhodno pobarvamo s kitom
za brizganje in ga obrusimo. Taki pramodeli
so največkrat izdelani po postopkih 3D print
(mavčni prah), SLS (lasersko sintranje) in FDM
(ABS 3D print).
Pomembna lastnost silikonskih kalupov je,
da z njihovo uporabo vedno dobimo popolno
kopijo pramodela, torej tudi njegove eventuelne
slabe površine ali netočne mere zaradi ročne
obdelave. Kot opozorilo, silikonski kalup na
polirani površini skopira tudi prstni odtis ali pa
lasersko označen logotip.
brušenjem, poliranjem ali peskanjem. Prav tako
pri njihovi uporabi ne prihaja do raznih kemijskih reakcij s silikonom.
V drugi fazi postopka izdelave kalupa se na
pramodel nalepi pozitiv dolivnega kanala in
eventuelno odzračevalnih poti. Za zahtevnejše
votle kose se predvidi in doda armirne elemente,
kot npr. žica, razni kovinski vložki. Sledi izdelava zunanjega okvira kalupa. S pomočjo dodanih
podpornih elementov se pramodel ‘obesi’ v
prostor na sredini pripravljenega okvirja. Kalup
je pripravljen na ulivanje silikona.
Iz dvokomponentnega silikona je potrebno pred
ulivanjem v prazen kalup odstraniti čim več
zračnih mehurčkov. V ta namen se ga pred in po
ulivanju vakuumira - za določen čas izpostavi
vakuumu. Napake v silikonskem kalupu, nastale
zaradi mehurčkov zraka, se odražajo v slabih
ulitkih.
Silikon se trdi približno 12 ur. Po končanem
procesu strjevanja, se silikonska kocka z zalitim
pramodelom odstrani iz okvirja. Modelar s skalpelom razreže silikonsko kocko po namišljenih
delilnih ravninah. Pri enostavnih pramodelih gre
za razrez na dve polovici, pri zahtevnejših modelih pa je tak razrezan kalup lahko tudi iz več
kot deset delov.
Sledi še zadnja faza. Iz razrezanega kalupa
se odstrani pramodel in tako dobimo odprtino, popolnoma enake oblike kot pramodel z
dodanim livnim sistemom. Potrebno je še sestavljanje delov kalupa, fiksiranje le-teh in silikonski
kalup je pripravljen na ulivanje dvokomponentnih materialov.
Zaradi omenjenih razlogov se priporoča uporabo
tehnologij, ki omogočajo izdelavo prototipov
finih površin. Najprimernejši sta prototipni
tehnologiji SLA in PolyJet. Pramodeli izdelani
po omenjenih postopkih so predvsem mersko
zelo natančni (plasti do 0,0016mm) in niso
porozni. Različne površine modela dosegamo z
CHEMETS, Kranj, d.o.o., Trg Prešernove brigade 5, 4000 Kranj
tel.: +386 4 235 44 70, fax: +386 4 235 44 77
www.chemets.si
Pramodel, pripravljen na ulivanje silikona
Razrezan kalup
Ulivanje silikona
Primer ulitka
Vakuumsko ulivanje
Primer silikonskega kalupa
Izraz vakuumsko ulivanje nam pove, da gre za
gravitacijsko litje dvokomponentnih materialov
v vakuumski komori oz. vakuumu. Vakuum je
pri celotnem postopku izdelave tovrstnih izdelkov najpomembnejši faktor, saj nam zagotavlja
popolno zalitost materiala v kalup. Vakuumska
črpalka dobesedno izsesa ves zrak iz kalupa in
okolice in ustvari podtlak okoli 0,5 mbar. Prav
tako v izdelkih ni mehurčkov raznih plinov, ki
nastanejo pri reakciji A in B komponente materiala.
Postopek ulivanja v kalup se prične z natančnim
odmerjanjem A in B komponente materiala
(dvokomponentni poliuretan). V osnovi gre za
CHEMETS, Kranj, d.o.o., Trg Prešernove brigade 5, 4000 Kranj
tel.: +386 4 235 44 70, fax: +386 4 235 44 77
www.chemets.si
mešanico izocianata in poliola, odmerjenega po
navodilih proizvajalca. Posamezne komponente
se dozira posamično, v dve ločeni posodi. V eno
se po potrebi dodaja razne pigmente, odvisno
od barvnih zahtev. Obe posodi se ločeno vstavi
v mešalni mehanizem v komori. Po določenem
času vakumiranja obeh ločenih komponent se
prične z mešanjem. Premični podstavek posode
ene od komponent jo prelije v posodo z drugo.
Rotirajoča mešalna lopatica premeša tekoči material, vseskozi v vakuumu. Vsak material ima
zaradi hitre reakcije obeh komponent določen
čas (angl. Gel time), v katerem mora priti do
ulivanja v kalup. Časi ulivanja so odvisni od
materiala in določeni od njihovih proizvajalcev.
Ulivanje v kalup poteka po istem principu kot
zlivanje komponent. Premični podstavek posode
z materialom zlije material v lijak kateri je s
cevjo povezan s kalupom, lociranim v vakuumski komori pod mešalnim mehanizmom. Material
steče v kalup in popolnoma zalije vse odprtine.
pri strjevanju so določeni s strani proizvajalcev materialov. Življenjska doba enega kalupa
se giblje od deset do cca. štirideset ponovitev
ulivanja. Razlog za to je največkrat agresivnost
tekočega materiala kateri z vsako ponovitvijo
malenkost poškoduje kalup. Druga postavka je
tehnična zahtevnost kosa, saj se kos iz kalupa
vzema ročno in silikon včasih ne vzdrži mehanskih obremenitev. Vedno je življenjska doba
odvisna od same geometrije ulitka.
Sledi samo še razstavljanje kalupa in odrezavanje livnega sistema. Končane plastične izdelke
lahko po potrebi dodatno brusimo, poliramo,
peskamo, barvamo... Na določene materiale je
možen tudi nanos raznih krom in drugih efektov.
Lastnosti materialov, ki jih naročnik lahko izbira za svoje prototipe oz. izdelke s postopkom
vakuumskega litja:
Po ulivanju vsak material potrebuje določen čas
da se strdi oz. da pride do zahtevane trdnosti.
Čas strjevanja močno variira glede na vrsto materiala, od 15 minut do nekaj ur, včasih tudi dni.
Podatki o časih in zahtevanih posebnih pogojih
trdota Shore A in D
vsebnost steklenih vlaken
barve, prosojne in neprosojne po RAL,
PANTONE, HKS
temperaturna obstojnost
elastičnost
trdnost
Prototip komandnega sklopa
Prototip gumene manšete
CHEMETS, Kranj, d.o.o., Trg Prešernove brigade 5, 4000 Kranj
tel.: +386 4 235 44 70, fax: +386 4 235 44 77
www.chemets.si
Naprava za satelitsko cestninjeje
Prototip leče
Prototip čitalnika Urbana
Prototip rezalnika sadja, 2K zalivanje
Primer mehkega materiala
CHEMETS, Kranj, d.o.o., Trg Prešernove brigade 5, 4000 Kranj
tel.: +386 4 235 44 70, fax: +386 4 235 44 77
www.chemets.si
Izvleček iz tabele največ uporabljanih materialov za vakuumsko ulivanje
CHEMETS, Kranj, d.o.o., Trg Prešernove brigade 5, 4000 Kranj
tel.: +386 4 235 44 70, fax: +386 4 235 44 77
www.chemets.si