Elastomere onderdelen:spuitgieten van siliconen versus 3D-printen van flexibele materialen

Van industriële pakkingen tot de zolen van je schoenen, elastomere onderdelen zijn zowel alomtegenwoordig als uniek. Gemaakt van elastomeren, een groep rubberachtige polymeren , deze flexibele, rekbare en schokabsorberende componenten zijn eenvoudig te maken - en kunnen op verschillende manieren worden geproduceerd.

Een van de manieren om elastomere onderdelen te produceren is spuitgieten. Niet het spuitgieten van thermoplasten, maar het spuitgieten van thermoharders zoals vloeibaar siliconenrubber:dit materiaal wordt in vloeibare toestand geïnjecteerd en vervolgens uitgehard om het vast te maken. Maar vandaag is er een geweldig alternatief voor spuitgieten van vloeibare siliconen, en dat is het 3D-printen van flexibele materialen zoals TPE en TPU. Niet langer speciale materialen, TPE en TPU kunnen nu 3D worden geprint op goedkope FDM-printers.

Dit artikel gaat in op de basisprincipes van elastomere onderdelen:hun eigenschappen, hun toepassingen en of u moet kiezen voor spuitgieten of 3D-printen.

Wat is een elastomeer?

Een elastomeer wordt gedefinieerd als een polymeer met een lage Young's modulus , een hoge faalspanning , en visco-elasticiteit — een combinatie van viscositeit en elasticiteit. Soms eenvoudigweg aangeduid als rubbers , elastomeren zijn eigenlijk een bredere categorie die niet-gevulkaniseerde materialen omvat.

In termen van leken zijn elastomeren (elastische polymeren) materialen die in verschillende mate elastisch, rekbaar, flexibel of vervormbaar zijn bij kamertemperatuur. Dit komt door hun zwakke intermoleculaire bindingen . Dit alles maakt elastomeren ongelooflijk nuttig. Omdat ze kunnen worden gebogen en uitgerekt zonder te breken, worden ze in veel toepassingen gebruikt waar een stijver materiaal zijn doel niet zou bereiken.

Elastomeren kunnen ofwel thermosets . zijn (smelten niet bij verhitting) of thermoplasten (smelten bij verhitting), en enkele van de meest voorkomende elastomeren zijn:

• Natuurlijk rubber
• Butadieenrubber
• Styreen-butadieenrubber
• Ethyleen-propyleen monomeer

Omdat dit artikel zich echter richt op prototyping en twee productieprocessen in het bijzonder, zullen we meer aandacht besteden aan siliconen , thermoplastisch elastomeer (TPE), en thermoplastisch polyurethaan (TPU). Silicone is een thermoharder, terwijl TPE en TPU beide thermopolymeren zijn en daarom kunnen worden geëxtrudeerd door een 3D-printer.

Voorbeelden van elastomere onderdelen

Elastomeren komen ongelooflijk vaak voor en zijn te vinden in eenvoudige alledaagse voorwerpen en complexe industriële assemblages. Hier kijken we naar verschillende elastomere onderdelen gecategoriseerd per industrie, evenals enkele materiaalspecifieke toepassingen.

1. Automobiel

Voor banden en nog veel meer zijn elastomeren essentieel voor de productie van veel auto-onderdelen.

• Banden
• Trillingsdempende apparatuur
• Ruitenwissers
• Ophangingscomponenten
• Afdichtingen en pakkingen

2. Industrieel

Elastomeren worden veel gebruikt in de industrie, vooral voor afdichtingen en pakkingen voor waterdichte en luchtdichte assemblages.

• Afdichtingen en pakkingen
• Elektrische isolatie
• Transportbanden
• Aandrijfriemen
• Slangen en buizen

3. Olie en gas

Elastomeren, vooral synthetische, worden aangetroffen in de olie- en gasindustrie, waar ze vaak dienen om olielekken te voorkomen.

• Hydraulische afdichtingen
• Pijpwissers
• Pakbekers
• Slangen

4. Consumptiegoederen

Een groot aantal consumentenproducten wordt gemaakt van elastomeren, van voetballen tot potloodgommen.

• Schoeisel inclusief buitenzolen
• Regenjassen
• Sponzen
• Potloodgommen
• Sportartikelen inclusief ballen
• Voedselcontainers

Materiaalspecifieke voorbeelden

Aangezien dit artikel zich richt op spuitgietbaar vloeibaar siliconenrubber en 3D-afdrukbaar TPE- en TPU-filament, volgen hier enkele veelvoorkomende toepassingen voor deze drie materialen:

• Siliconen :Biologisch compatibele medische apparatuur, protheses, voedselveilige apparaten zoals ijsblokjestrays, afdichtingen en pakkingen, overmolded componenten
• TPE :afdichtingen en pakkingen, voeringen van flessendoppen, rupsbanden voor sneeuwscooters, medische componenten, waaronder katheters, gereedschapshandvatten, ophangbussen, overgegoten componenten
• TPU :Elektronica koffers, zwenkwielen, medische componenten, aandrijfriemen, schoeisel, opblaasbare artikelen, draadmantels en slangen

Elastomeren voor spuitgieten

Er zijn talloze manieren om elastomere onderdelen te maken, maar een van de meest betrouwbare - vooral in grote hoeveelheden - is spuitgieten.

Spuitgieten is het proces waarbij plastic onderdelen worden gemaakt door injectie , onder druk, een vloeibaar materiaal in een metalen mal , meestal gemaakt van staal of aluminium. Tijdens het proces voert de spuitgietmachine de grondstof in de mal, waarvan de geometrie een negatieve indruk is van het uiteindelijke onderdeel en die meestal bestaat uit twee secties met een holte ertussen.

Spuitgieten is compatibel met thermoharde elastomeren zoals vloeibare siliconen , en dit is een uitstekende manier om plooibare, slagvaste en temperatuurbestendige onderdelen in grote hoeveelheden te vervaardigen. Voor het vormen wordt een tweedelige siliconenoplossing met elkaar gemengd, waarvan de helft een platinakatalysator bevat die de siliconen in staat stelt uit te harden tot een vaste stof.

Spuitgieten van vloeibare siliconen kan onderdelen produceren zoals pakkingen, medische apparatuur, keukenapparatuur, overgegoten secties van assemblages van meerdere materialen en meer.

Pluspunten

Er zijn verschillende voordelen aan het spuitgieten van siliconen, waaronder snelle productie van grote volumes, hoog detailniveau, goede materiaaleigenschappen en lage kosten per onderdeel bij bepaalde middelgrote tot grote hoeveelheden.

Nadelen

Beperkingen van het spuitgieten van vloeibare siliconen omvatten hoge kosten voor metalen gereedschap en de geometrische beperkingen die inherent zijn aan het gietproces, inclusief dunne wanden en afgeronde hoeken.

Elastomeren voor 3D-printen

Een alternatief voor vloeibaar siliconen spuitgieten is het 3D printen van flexibele filamenten zoals TPE en TPU. Hoewel deze materialen ook kunnen worden gespuitgiet, biedt 3D-printen een radicaler alternatief dat geschikt kan zijn voor verschillende soorten projecten, waaronder eenmalige prototypes.

Een van de grootste voordelen van 3D-printen van elastomeren zoals TPE en TPU is dat deze materialen thermoplasten zijn en kan daarom worden verwerkt tot FDM 3D-printfilament dat geschikt is voor smelten en extrusie. FDM is de goedkoopste vorm van 3D-printen - zowel qua machine- als operationele kosten - en dit betekent dat hoogwaardige elastomere onderdelen door iedereen gemaakt kunnen worden.

TPE- en TPU-filamenten hebben beide hun nut. TPU is een harder, dichter en stijver materiaal dan TPE, met een betere slijtvastheid en minder kans op krimp. Het is echter minder flexibel dan TPE, dat kan worden gebruikt om onderdelen zo flexibel te maken als elastiekjes.

Hoewel voorzichtigheid geboden is bij het 3D-printen van elastomeren, met name TPE (printsnelheden moeten laag zijn en direct drive extruders werken beter dan Bowdens), kan vrijwel elke FDM-printer deze materialen verwerken.

Veelgebruikte 3D-geprinte elastomere onderdelen zijn onder meer tussenzolen van TPU-schoenen en draagbare elektronica, en TPE-handvatten, slangen en skins voor smartphones.

Pluspunten

Voordelen van 3D-printen van flexibele filamenten zijn onder meer zeer lage kosten, zelfs voor kleine hoeveelheden, geen gereedschapskosten en bijna onbeperkte geometrieën (intern en extern). Dit maakt het proces zeer geschikt voor elastomere prototyping.

Nadelen

Beperkingen van het 3D-printen van elastomere onderdelen van TPE en TPU zijn onder meer nauwkeurigheid en detailniveau (vergeleken met spuitgieten), productiesnelheid en schaalbaarheid, aangezien er geen schaalvoordelen zijn in termen van kosten of tijdbesparing.

Conclusie

Spuitgieten van vloeibare siliconen en FDM 3D-printen zijn beide uitstekende manieren om elastomere onderdelen te produceren. Spuitgieten is de koploper als het gaat om de kwaliteit en schaalbaarheid van onderdelen, maar 3D-printen is een handige en betaalbare optie voor prototypes, vooral eenmalige.

Bij het maken van elastomere onderdelen of prototypes moet u rekening houden met factoren zoals budget, aantal eenheden, vereiste materiaaleigenschappen en toekomstige productiebehoeften voordat u een besluit neemt over uw volgende actie — een beslissing waarbij 3ERP u kan helpen.

3ERP is een specialist in prototyping die zowel spuitgieten als 3D-printen aanbiedt, evenals vele andere diensten. Vraag nu een gratis offerte aan voor uw elastomere onderdelen.