Vad är vakuumgjutning? Process, design och tillämpningar

Så fungerar vakuumgjutningsprocessen

Vad är vakuumgjutning och hur fungerar det?

Vakuumgjutning tillverkar exakta plast- och gummidelar genom att använda silikonsvull i en vakuumuppställning. Tillverkarna skapar vanligtvis en prototyp som är 3D-skriven eller CNC-fräsad, som därefter sänks ner i flytande silikon för att bilda en flexibel svull. När silikonen har härdat ordentligt placeras svullen i en vakuumkammare och polyuretanharts injiceras under negativt tryck. Denna teknik eliminerar effektivt luftbubblor ur blandningen, vilket resulterar i delar med exakta mått och släta ytor som kan jämföras med de som tillverkas med sprutgjutning, en metod som ofta används vid massproduktion.

Steg-för-steg-guide: Från mastermodell till färdiggjuten del

1. Skapande av mastermodell : En prototypmodell tillverkas via 3D-utskrift eller CNC-bearbetning
2. Förberedelse av silikonform : Mönstret sätts i en ram, täcks med flytande silikon och härddas vid 40°C (104°F) i 16 timmar
3. Formseparation : Den hårdnade formen skärs försiktigt upp för att ta bort mastermönstret samtidigt som formhålan bevaras
4. Hällning av resin : Tvåkomponentig polyuretan blandas, avgasas och hälls i formen under 0,1 bar vakuumtryck
5. Härdning och avformning : Delarna härdas i 2–4 timmar innan de tas ut manuellt

A processstudie 2023 optimerade arbetsflöden minskar ledtider med 35 % jämfört med traditionella verktygsmetoder.

Rollen av undertryck vid minskning av porositet och förbättring av ytans kvalitet

När processen körs under vakuum (≤1 mbar återstående tryck) kollapsar gasbubblor under harminjektion, vilket resulterar i mindre än 0,5 % porositet. Denna tryckskillnad pressar materialet in i fina formstrukturer och återskapar konsekvent detaljer under 20 µm. Bilproducenter rapporterar upp till 90 % färre ytfel jämfört med gjutning i öppen luft.

Tillverkning av silikonformar och förväntad livslängd

Högtemperaturvulkaniserande (HTV) silikonformar håller vanligtvis 25–50 cykler samtidigt som toleransen ±0,15 mm upprätthålls. Platinkurade silikoner kan förlänga formens livslängd till över 80 gjutningar när de används med lågskrynkande hars såsom ABS-liknande polyuretaner. Korrekt lagring vid 22 °C och 30 % luftfuktighet förhindrar förtidig förhärdning och gör att formarna kan förbli användbara i 6–8 veckor mellan produktionstillfällen.

Designprinciper för optimala resultat vid vakuumgjutning

Viktiga designriktlinjer: väggtjocklek, förstyvningar, förtjockningar och homogenitet

Håll en jämn väggtjocklek mellan 2–4 mm för att förhindra vridning och säkerställa jämn härdning. Förstyvningar och förtjockningar bör ha en höjd-till-tjocklek-ratio på 1:3 för att undvika spänningskoncentrationer. Enligt forskning från 2023 har konstruktioner med jämn väggtjocklek 62 % färre fel än ojämna.

Hantering av underkast, reliefdetaljer och överväganden för formsprängning

• Använd utformningsvinklar på 1–3° för reliefloggor för att underlätta formsprängning
• Isolera komplexa underkast med modulära forminsatser
• Använd silikonkompatibla formsprängningsmedel för att skydda formens integritet och möjliggöra mer än 30 gjutcykler

Kompensera för materialkrympning och härdningsbeteende

Polyuretanharar krymper 5–8 % under härdningen. För att motverka detta skalar konstruktörer mastermodeller med faktorn 1,05–1,08x. Strategisk placering av sprättar och efterhärdning vid 60 °C i 4–6 timmar stabiliserar måtten inom ±0,15 mm.

Uppnå strama toleranser och hög ytfinishkvalitet

Vacugjutning uppnår toleranser på ±0,1 mm för detaljer under 50 mm och återskapar ytstrukturer finare än 20 µm. Optimerad ventileringsprocess minskar poleringstiden med 40 %, vilket ger Ra-värden mellan 0,8–1,6 µm, enligt design Efficiency Report 2024 .

Vanliga fel och hur man förhindrar porositet, vridning och ofullständiga gjutningar

Porositet minskar avsevärt – från 12 % till 2 % – när dubbla vakuumcykler (30³ Hg vid 0,8 bar) används. För att minimera vridning:

1. Håll formtemperaturen på 40±5°C
2. Använd glasförfyllda harpikser för tunna sektioner
3. Använd sekventiell gjutning för delar som överstiger 200 mm

Ofullständiga fyllnader undviks genom korrekt ventilering och kontrollerat harpiksrflöde.

Material och tillämpningar inom vacugjutning

Polyuretanhartsar och materialval för olika egenskaper

Vacuumgjutningsprocessen förlitar sig främst på polyuretanhartsar som särskilt har utvecklats för att fungera som ersättning för vanliga tekniska termoplastmaterial såsom ABS, polypropen och polycarbonat. Vad som gör dessa hartsar särskilt användbara är deras förmåga att justera hårdhetsnivåer, typiskt i intervallet 60 till 75 Shore D för de hårdare typerna. De har även inbyggd flamskyddsegenskap enligt UL94-V0-standard och bibehåller konsekvent färg under hela produktionen, vilket förklarar varför de fungerar så bra både för prototyp-testning och faktiska produktkomponenter. För applikationer som kräver något mjukare finns versioner som beter sig liknande gummimaterial använda vid tillverkning av tätningsringar. När hållfasthet är viktigast använder tillverkare glasförfyllda alternativ som nära matchar traditionella strukturplaster. En nyligen genomförd granskning av materialkompatibilitetsdata från tidig 2023 visar att cirka åtta av tio fordonsdelar producerade med vacuumgjutningstekniker använder dessa mångsidiga polyuretaner eftersom de ger precis rätt balans mellan långvarig prestanda och möjligheten att fånga fina detaljer under formsättningsprocessen.

Flexibla, klara och högtemperaturbeständiga harpikser för specialbehov

Resintyp	Huvudkännetecken	Allmänna tillämpningar
Flexibel (Shore A 40-90)	Repbeständig, vibrationsdämpande	Tätningar, ergonomiska handtag
Optiskt klart	>92 % ljusgenomsläppning	Linsprototyper, ljusledare
Högtemp (150°C+)	Minimal termisk deformation	Motorkapslade komponenter, HVAC

Dessa specialmaterial möjliggör tillverkning av medicinska tätningar och genomskinliga skal för konsumentelektronik utan sekundär efterbehandling.

Anpassning av materialkarakteristika till krav från användningsområden

Biltekniker väljer värmebeständiga hartsar för sensorer under motorhuven, medan tillverkare av elektronik föredrar UL-certifierade flamskyddsgradade material för laddarens skal. Prototyper av industriell utrustning använder ofta glasförfyllda uretaner för att efterlikna stelheten hos injektionsmoldad nylon till en tredjedel av kostnaden.

Utveckling av medicintekniska produkter med biokompatibla gjutmaterial

Vakuumgjutning stödjer ISO 10993-certifierade uretaner för kirurgiska instrument och proteser. En studie från 2022 visade att 78 % av anpassade ortopediska guider tillverkas via vakuumgjutning på grund av dess förmåga att bibehålla en noggrannhet på ±0,15 mm i biokompatibla material.

Aero- och rymdteknik samt funktionsprovning för småserietillverkade komponenter

Luft- och rymdindustrin använder vakuumgjutning för vindtunnelsmodeller och drönarhylsor som kräver strama toleranser (±0,1 mm). Senaste framsteg inom högslagfasta harpikser möjliggör över 50 flygdugliga delar per form, vilket minskar kvalificeringstider med 40 % jämfört med CNC-bearbetning.

Fördelar med vakuumgjutning för prototypframställning och liten serieproduktion

Snabb leveranstid och kostnadsfördelar jämfört med injektering

Vakuumgjutning levererar funktionsprototyper inom 5–10 arbetsdagar , vilket minskar ledtiden med 75 % jämfört med verktygscykler för injektering. Den förenklade processen med silikonform undviker dyra modifieringar av metallverktyg. För serier under 500 enheter minskas enhetskostnaderna med 30–60 %, vilket gör det idealiskt för iterativ designvalidering.

Låg investering i verktyg och skalenhet för små produktionsserier

Silikonformar kostar $800–$2,500förhand—avsevärt mindre än $15 000+ för stålgjutningsverktyg. Varje verktyg producerar typiskt 15–25 identiska delar ekonomiskt. Produktionen kan skalförstoras genom att tillverka flera verktyg parallellt, vilket säkerställer konsekvens mellan olika tillverkningsomgångar – en viktig fördel för medicinska startups som tillverkar serier om 50–300 enheter innan regulatorisk godkännande.

Högupplöst Reproduktion av Komplexa Geometrier och Ytstrukturer

Med toleranser på ±0,15 mm och ytjämnhet under 1,6 µm Ra matchar vakuumgjutning kvaliteten från injektering för detaljerade funktioner såsom:

• Mikrostrukturerade grepp (0,1–0,5 mm mönster)
• Klikkfogar med <0,2 mm spel
• Transparenta linser av optisk kvalitet (92 % ljusgenomsläppning)

Hållbarhetsfördelar genom minskat avfall i tillverkning med låga volymer

Jämfört med CNC-bearbetning genererar vakuumgjutning 68 % mindre avfall för komplexa geometrier, och återanvändbara formar minskar spill. Moderna polyuretanhar har en biobaserad halt på 25–40 % samtidigt som de bibehåller dragstyrka över 50 MPa – vilket möter den ökande efterfrågan på ekokompatibla prototyper inom fordonssektorn.

Vakuumgjutning jämfört med andra tillverkningsmetoder: När ska man välja vad

Vakuumgjutning jämfört med sprutgjutning: Kostnad, volym och leveranstid jämförelse

När det gäller att komma igång är vakuumgjutning mycket billigare från början jämfört med sprutgjutning. Tänk på cirka 800 till 2 500 dollar per form jämfört med prislappen på 15 000 till 50 000 dollar för sprutgjutningsverktyg. Dessutom tar installationen av vakuumgjutning bara 7 till 14 dagar, istället för de 6 till 12 veckor som krävs för sprutgjutningsverktyg. För mindre serier under 500 enheter kan vakuumgjutning faktiskt spara tillverkare mellan 60 % och 80 % per del. Men det finns en bieffekt. När produktionen överskrider ungefär 10 000 delar blir sprutgjutning ekonomiskt mer fördelaktigt med styckpriser under 2 dollar per enhet. Enligt vissa branschrapporter från förra året är vakuumgjutning fortfarande ledande inom prototyper och kortsiktiga produktionsbehov, medan stora tillverkare fortfarande i stor utsträckning är beroende av sprutgjutning för sina storskaliga produktionsbehov.

Jämförelse mellan vakuumgjutning, 3D-utskrift och CNC-fräsning för prototyper

Medan 3D-utskrift levererar konceptmodeller inom 24–72 timmar saknar den funktionell materialprestanda och fin ytfinish. CNC-fräsning uppnår överlägsen precision (±0,025 mm) för metallkomponenter men blir dyr med ökad komplexitet. Vakuumgjutning kompenserar dessa brister genom att erbjuda:

• Mångsidighet av material : Över 80 polyuretanhartsar som efterliknar ABS, PP och högtemperaturtermoplastar
• Detaljnoggrannhet : 25 µm upplösning, vilket överstiger de flesta FDM/SLA-utskrifter
• Satsvis effektivitet : Tillverkning av 10–15 delar per cykel

Att välja rätt process baserat på precision, satsstorlek och tidslinje

Beslutsfaktor	Vakuumgjutning	3D-utskrift	Cnc-mackning
Optimal satsstorlek	10–500 enheter	1–50 enheter	1–200 enheter
Tolerans (mm)	±0.1–0.3	±0.1–0.5	±0.025–0.05
Materialstyrka	85 % formgjutna	40–60 % isotropa	Fulltäckande metaller

A guide för processval rekommenderar vakuumgjutning för 10–300 funktionsprototyper som kräver egenskaper liknande formgjutning, och spar CNC för precisionsmetallkomponenter och 3D-utskrift för snabb formverifiering.