Kas yra vakuumo liejimas? Procesas, konstrukcija ir taikymo sritys

Kaip veikia vakuumo liejimo procesas

Kas yra vakuumo liejimas ir kaip jis veikia?

Vakuumo liejimas leidžia gauti tiksliais matmenimis plastikinius ir guminius komponentus, naudojant silikono formas vakuumo aplinkoje. Pradžioje gamintojai dažniausiai sukuria 3D spausdinimo arba CNC apdirbimo būdu pagamintą prototipą, kuris tada panardinamas į skystą silikoną, kad būtų suformuota lanksti forma. Kai silikonas tinkamai sukietėja, forma dedama į vakuumo kamerą ir į ją injektuojama poliuretano derva, taikant neigiamą slėgį. Šis metodas efektyviai pašalina iš mišinio užstrigusias oro putas, todėl gaunami detalės su tiksliais matmenimis ir lygiomis paviršių savybėmis, prilygstančiomis injekcinio liejimo metodais gaminamoms masinei gamybai skirtoms detalėms.

Žingsnis po žingsnio gidas: nuo etaloninės detalės iki galutinės atliekamos detalės

1. Etaloninės Detalės Sukūrimas : Prototipas gaminamas naudojant 3D spausdinimą arba CNC apdirbimą
2. Silikono formos paruošimas : Modelis tvirtinamas rėme, užpilamas skystu silikonu ir kietinamas 40°C (104°F) temperatūroje 16 valandų
3. Formos atskyrimas : Iškietintą formą atsargiai perkerta, kad būtų pašalintas pagrindinis modelis, išlaikant ertmės detalią
4. Dujinimo liejimas : Sumaišomas dviejų dalių poliuretanas, pašalinami oro burbuliukai ir pilamas į formą esant 0,1 bar vakuumo slėgiui
5. Kietinimas ir išformavimas : Detalės kietinamos 2–4 valandas, prieš tai jas nuimdami rankiniu būdu

A 2023 metų proceso tyrimas rasti optimizuoti darbo procesai sumažina pristatymo laiką 35 % lyginant su tradiciniais įrankių gamybos metodais.

Neigiamo slėgio vaidmuo mažinant poringumą ir gerinant paviršiaus kokybę

Veikiant vakuumo sąlygomis (≤1 mbar likutinis slėgis) dėl dūmų injektavimo proceso susidaro dujų burbuliukai, dėl kurių poringumas sudaro mažiau nei 0,5 %. Šis slėgio skirtumas verčia medžiagą užpildyti smulkius formos tekstūros elementus, nuosekliai atkuriant bruožus, mažesnius nei 20 µm. Automobilių gamintojai praneša iki 90 % mažiau paviršiaus defektų, lyginant su atviro oro liejimo metodais.

Silikono formos gamyba ir numatomas eksploatavimo trukmė

Aukštos temperatūros vulkanizuojančios (HTV) silikono formos paprastai išlaiko ±0,15 mm tikslumą 25–50 ciklų metu. Platina sukietinamos silikonos gali pratęsti formos tarnavimo laiką iki daugiau nei 80 liejinių, naudojant mažo susitraukimo dėl šilumos džiūstančias dervas, pavyzdžiui, ABS tipo poliuretanus. Tinkamas saugojimas 22 °C temperatūroje ir 30 % drėgnume neleidžia per ankstyvo sukietėjimo, todėl formos lieka naudojamos 6–8 savaitių tarp gamybos ciklų.

Projektavimo principai, užtikrinantys optimalius vakuumo liejimo rezultatus

Pagrindiniai projektavimo nurodymai: sienelių storis, ribos, atplaišos ir vientisumas

Laikykitės vienodo sienelių storio nuo 2 iki 4 mm, kad būtų išvengta iškraipymų ir užtikrintas tolygus kietinimas. Ribos ir atplaišos turėtų laikytis aukščio ir storio santykio 1:3, kad būtų išvengta įtempimo koncentracijų. 2023 metų tyrimai parodė, kad gaminių su vientisu sienelių storiu defektų būna 62 % mažiau nei esant nevienodam storiui.

Požymių su poslinkiais, iškilniaisiais elementais ir formos išleidimo niuansų tvarkymas

• Taikykite 1–3° ištraukos kampus iškilniems logotipams, kad būtų lengviau išimti iš formos
• Išskirkite sudėtingus poslinkius naudodami modulinius formos įterpimus
• Naudokite silikonui suderinamus išleidimo skysčius, kad apsaugotumėte formos vientisumą ir užtikrintumėte daugiau nei 30 liejimo ciklų

Medžiagos susitraukimo ir kietinimo elgsenos kompensavimas

Poliuretano dervos kietinant susitraukia 5–8 %. Tam pašalinti, projektuotojai pagrindinius modelius padidina 1,05–1,08 karto. Strategiškai parinkta liejimo sistema ir papildomas kietinimas 60 °C temperatūroje 4–6 valandas stabilizuoja matmenis ±0,15 mm ribose.

Tikslūs tolerancijos ir aukšta paviršiaus apdorojimo kokybė

Vakuumo liejimas pasiekia ±0,1 mm tikslumą elementams iki 50 mm ir atkuria paviršiaus tekstūras, fineresnes nei 20 µm. Optimali ventiliacija sumažina poliravimo laiką 40 %, palaikant Ra reikšmes nuo 0,8 iki 1,6 µm, pagal 2024 metų projektavimo efektyvumo ataskaitą .

Dažni defektai ir kaip išvengti poringumo, deformacijų bei nepilnų užpildymų

Porin-gumas žymiai sumažėja – nuo 12 % iki 2 % – taikant dvigubus vakuumo ciklus (30³ Hg ties 0,8 bar). Norint sumažinti deformacijas:

1. Palaikykite formos temperatūrą 40±5°C
2. Plonoms sritims naudokite stiklu pripildytas dervas
3. Detalėms, viršijančioms 200 mm, taikykite paeiliui pilimą

Nepilni užpildymai išvengiami tinkamai ventiliuojant ir kontroliuojant dervos tekėjimą.

Medžiagos ir taikymo sritys vakuumo liejime

Poliuretano dervos ir medžiagų parinktys įvairioms savybėms

Vakuumo liejimo procesas daugiausia remiasi poliuretano dervomis, kurios yra specialiai sukurtos kaip įprastų inžinerinių termoplastikų, tokių kaip ABS, polipropilenas ir polikarbonatas, pakaitalai. Šias dervas daro ypač naudingas jų kietumo lygio reguliavimas, paprastai svyruojantis nuo 60 iki 75 pagal Šoro skalę D kietesniems tipams. Jos taip pat turi integruotą ugniai atsparią apsaugą, atitinkančią UL94-V0 standartą, ir išlaiko pastovią spalvą viso gamybos ciklo metu, todėl puikiai tinka tiek prototipų testavimui, tiek tikriems gaminio komponentams. Taikymams, reikalaujantiems minkštesnių medžiagų, yra versijų, elgiančiųsi panašiai kaip gumos medžiagos, naudojamos tarpinėms gaminti. Kai svarbiausia stiprumas, gamintojai pasirenka stiklu pripildytas parinktis, artimas tradicinėms konstrukcinėms plastmassėms. Išsami 2023 metų pradžios medžiagų suderinamumo analizė rodo, kad apie aštuonis iš dešimties automobilių dalių, pagamintų vakuumo liejimo būdu, naudoja šias universalias poliuretano dervas, nes jos pasiekia tinkamą pusiausvyrą tarp ilgaamžiškumo ir smulkių detalių fiksavimo liejimo proceso metu.

Lankstūs, skaidrūs ir aukštos temperatūros atsparūs dervos specializuotiems poreikiams

Dedilinio tipas	Pagrindiniai charakteristika	Bendrosios paraiškos
Lankstūs (Šėro skalė A 40–90)	Atsparūs plyšimui, virpesių slopinantys	Tarpikliai, ergonomiški rankenėlių dangteliai
Optiškai skaidrūs	>92 % šviesos pralaidumas	Lęšių prototipai, šviesos laidai
Aukštos temperatūros (150 °C ir daugiau)	Minimalus terminis iškraipymas	Variklių skyriaus detalės, vėdinimo bei klimato valdymo sistemos

Šie specialūs medžiagų tipai leidžia gaminti medicinos klasės sandariklius ir permatomus vartotojiškos elektronikos korpusus be papildomo apdorojimo.

Medžiagų savybių pritaikymas paskirties naudojimo reikalavimams

Automobilių inžinieriai parenka šilumą atsparias dervas variklių skyriuje esantiems jutikliams, o elektronikos gamintojai teikia pirmenybę UL sertifikuotoms ugniai atsparioms medžiagoms krūvinių įrenginių korpusams. Pramonės įrangos prototipai dažnai naudoja stiklo pluoštu pripildytus poliuretanus, kad imituotų injekcinio formavimo nilono standumą trečdaliu mažesne kaina.

Medicinos prietaisų kūrimas su biologinei suderinamomis liejimo medžiagomis

Vakuumo liejimas palaiko ISO 10993 sertifikuotus poliuretanus chirurginiams instrumentams ir protezams. 2022 m. tyrimas parodė, kad 78 % nestandartinių ortopedinių vedlių gaminama vakuumo liejimo būdu dėl gebėjimo išlaikyti ±0,15 mm tikslumą biologinei suderinamose medžiagose.

Aviacijos ir funkcinių bandymų taikymas nedidelės apimties komponentams

Aviacijos pramonė naudoja vakuumo liejimą vamzdžių modeliams ir bepiločių apvalkalams, kuriems reikalingos tikslūs tolerancijos (±0,1 mm). Naujausi pasiekimai aukšto smūgio atsparumo dervose leidžia pagaminti daugiau nei 50 skrydžiui tinkamų detalių viename formos įrante, sumažinant kvalifikavimo laikotarpį 40 % lyginant su CNC apdirbimu.

Vakuumo liejimo privalumai prototipavimui ir mažos apimties gamybai

Greitas atlikimas ir kainos pranašumai prieš injekcinį formavimą

Vakuumo liejimas suteikia funkcinius prototipus per 5–10 darbo dienų , sutrumpinant pristatymo laiką 75 % lyginant su injekcinio formavimo įrankių ciklais. Supaprastintas silikono formos procesas išvengia brangių metalinių įrankių modifikacijų. Serijoms iki 500 vienetų, vienos detalės kaina sumažėja 30–60 %, todėl tai idealu kartojamajam dizaino patvirtinimui.

Žemos įrangos investicijos ir mastelio plėtimosi galimybės mažoms gamybos partijoms

Silikono formos kainuoja $800–$2,500iš anksto – žymiai mažiau nei 15 000+ už plieninius injekcinius formos įrankius. Kiekviena forma ekonomiškai pagamina 15–25 identiškas dalis. Galima padidinti gamybą gaminant kelias formas lygiagrečiai, išlaikant vientisumą tarp partijų – tai svarbus pranašumas medicinos pradmenims, gaminantiems 50–300 vienetų partijas prieš gauti reguliavimo patvirtinimą.

Detali sudėtingų geometrijų ir paviršių tekstūrų kopijavimas

Turint tikslumą ±0,15 mm ir paviršiaus šiurkštumą žemiau 1,6 µm Ra, vakuumo liejimas atitinka injekcinio formavimo kokybę sudėtingoms savybėms, tokioms kaip:

• Mikro-tekstūruoti rankenėlių paviršiai (0,1–0,5 mm raštai)
• Lakčiai sujungiami jungtys su <0,2 mm tarpeliu
• Optinės kokybės skaidrios lęšiai (92 % šviesos perdavimas)

Apibrėžtos naudos dėl mažesnio atliekų kiekio mažo apimties gamyboje

Palyginti su CNC apdirbimu, vakuuminiu liejimu sudėtingoms geometrijoms susidaro 68 % mažiau atliekų, o pakartotinai naudojamos formos sumažina medžiagų šalinimą. Šiuolaikiniai poliuretano dervų mišiniai turi 25–40 % biologinės kilmės komponentų, išlaikydami tempiamąją jėgą virš 50 MPa – tai atitinka augantį poreikį aplinkai nekenksmingiems prieš gamybą naudojamiems automobilių pramonės pavyzdžiams.

Vakuuminis liejimas prieš kitas gamybos metodes: kada ką pasirinkti

Vakuuminis liejimas prieš injekcinį formavimą: sąnaudų, apimties ir pristatymo laiko palyginimas

Pradedant, vakuumo liejimas iš pradžių yra žymiai pigesnis lyginant su injekciniu formavimu. Vienos formos kaina siekia apie 800–2500 JAV dolerių, palyginti su injekcinio formavimo formomis, kurių kaina nuo 15 000 iki 50 000 JAV dolerių. Be to, vakuumo liejimo paruošimas užtrunka tik 7–14 dienų, o injekcinio formavimo įrankiams reikia 6–12 savaičių. Mažoms serijoms iki 500 vienetų vakuumo liejimas gamintojams gali sutaupyti 60–80 % kiekvieno gaminio kainoje. Tačiau yra viena sąlyga: kai gamyba viršija apie 10 000 vienetų, finansiškai naudingesnis tampa injekcinis formavimas, kurio vieneto kaina nukrenta žemiau 2 JAV dolerių. Pagal praėjusiais metais paskelbtus kai kuriuos pramonės ataskaitų duomenis, vakuumo liejimas vis dar yra lyderis prototipų ir trumpalaikės gamybos srityse, tuo tarpu dideli gamintojai didelei produkcijos apimčiai toliau labiausiai pasitiki injekciniu formavimu.

Vakuumo liejimo palyginimas su 3D spausdinimu ir CNC apdirbimu prototipams

Kol 3D spausdinimas per 24–72 valandas pristato koncepcijos modelius, jis neturi funkcinės medžiagos našumo ir finišuoto paviršiaus. CNC apdirbimas pasiekia aukštą tikslumą (±0,025 mm) metaliniams komponentams, tačiau sudėtingumas padidina kainą. Vakuumo liejimas užpildo šias spragas siūlydamas:

• Medžiagų universalumą : Daugiau nei 80 poliuretano dalių, imituojančių ABS, PP ir aukštos temperatūros termoplastikus
• Detalių tikslumas : 25 µm raiška, viršijanti daugumos FDM/SLA spausdintų detalių raišką
• Partijos efektyvumas : Gamyba po 10–15 detalių viename cikle

Teisingo proceso pasirinkimas pagal tikslumą, partijos dydį ir terminus

Sprendimo veiksnys	Vacuum casting	3D spausdinimas	CNC talpyba
Optimalus partijos dydis	10–500 vienetų	1–50 vienetų	1–200 vienetų
Tolerancija (mm)	±0.1–0.3	±0.1–0.5	±0.025–0.05
Medžiagos stipris	85 % liejama formavimo būdu	40–60 % izotropiški	Pilno tankio metalai

A proceso parinkimo gidas rekomenduoja vakuumo liejimą 10–300 funkciniams prototipams, kuriems reikalingos lytumo kaip injekcinio formavimo savybės, CNC rezervuojant tiksliesiems metaliniams komponentams ir 3D spausdinimui – greitam formos patikrinimui.