De basis van het werken met elastomere materialen

Wat hebben autobanden, waterdichte pakkingen, schoenzolen, elastiekjes en potloodgommen allemaal gemeen? Veel van deze objecten zijn dingen waar we dagelijks mee in aanraking komen, maar ze zijn ook gemaakt met elastomeren of 'elastische polymeren'.

Elastomere materialen zijn plooibare synthetische polymeren die vergelijkbaar zijn met rubber. Hoewel de twee vergelijkbare kenmerken hebben, verschillen ze op een paar belangrijke manieren. Rubber is bijvoorbeeld een natuurlijk voorkomende verbinding die is afgeleid van latex. Hoewel het een ongelooflijk nuttig en veelzijdig materiaal is, legt de chemische samenstelling van rubber bepaalde productiebeperkingen op en maakt onderdelen ook vatbaar voor ozonscheuren. Elastomeren, aan de andere kant, zijn een familie van op aardolie gebaseerde polymeren die zeer vergelijkbaar zijn met rubber, maar betere materiaaleigenschappen bieden.

Dit artikel geeft een korte inleiding over de fabricage met elastomere materialen.

Kenmerken en mechanische eigenschappen van elastomeren definiëren

Elastomeren zijn materialen die het vermogen hebben om uit te rekken en vervolgens terug te keren naar hun oorspronkelijke vorm. Elastomeren bieden een reeks andere voordelen, waaronder hoge elasticiteit, slijtvastheid en scheurweerstand, ondoordringbaarheid, zachte texturen en slipweerstand. Ze zijn ook bestand tegen aanzienlijke temperatuurschommelingen en zijn ideaal voor temperatuur- en elektrische isolatie.

Elastomeren kunnen chemisch worden afgestemd voor een breed scala aan toepassingen. Elastomere materialen kunnen bijvoorbeeld worden afgestemd voor een verbeterde terugvering voor zoiets als een schoenzool of worden afgestemd op een lage terugvering, dempend product zoals een grip. Ze kunnen ook zorgen voor afzuiging en afdichting. Afhankelijk van de toepassing kan het selecteren van het juiste materiaal de gewenste eigenschappen van het uiteindelijke onderdeel verbeteren.

Thermoplasten versus thermoharders

Het is belangrijk op te merken dat er twee primaire soorten elastomeren zijn:thermoplasten en thermoharders. Thermoplasten worden vloeibaar bij verhitting en stollen bij afkoeling - een proces dat kan worden herhaald, waardoor de levensduur van het materiaal wordt verlengd. Deze kwaliteit maakt ze bijzonder geschikt voor het vervaardigen van spuitgegoten onderdelen met een hoog volume. Deze sterke polymeermaterialen zijn doorgaans krimpbestendig, schokabsorberend en grotendeels ook recyclebaar.

Daarentegen kunnen thermohardende kunststoffen niet worden omgesmolten en hergebruikt nadat het onderdeel is uitgehard. Het uithardingsproces veroorzaakt een chemische reactie die de vorming van ongelooflijk sterke driedimensionale verknopingen tussen moleculen in het polymeer aanzet - de bindingen zijn bijna onmogelijk te verbreken, zelfs onder extreme temperaturen. Vanwege de hoge duurzaamheid, sterkte en weerstand tegen kromtrekken die deze verbindingen bieden, worden thermoharders vaak gebruikt om andere materialen te versterken tegen impact en vervorming.

Vier belangrijke factoren voor het ontwerpen en vervaardigen van elastomere onderdelen

Om de gewenste materiaaleigenschappen van elastomere onderdelen te maximaliseren, zijn er een paar kritische overwegingen waarmee productteams rekening moeten houden.

1. Leidinggeven met duidelijk gedefinieerde eisen

De specifieke vereisten voor een bepaalde toepassing moeten de materiaalkeuze en het ontwerp voor het onderdeel bepalen. Door een duidelijk begrip van die vereisten, kunnen fabrikanten snel bepalen welk elastomeer materiaal de grootste voordelen biedt.

Het gebruik van een material requirements planning (MRP) systeem is vaak gunstig voor productteams. Deze systemen werken met terugwerkende kracht vanaf productieplannen en -schema's en genereren lijsten met component- en materiaalvereisten die inzicht geven in welke materialen nodig zijn, in welke hoeveelheid en in welk tijdsbestek - dit alles kan fabrikanten helpen om op schema te blijven en over de juiste middelen te beschikken.

2. Zorg voor de juiste conceptversie

Draft verwijst naar taps toelopende hoeken die zijn opgenomen in het ontwerp van het onderdeel en die ervoor zorgen dat het onderdeel soepel uit de mal wordt uitgeworpen. Onvoldoende trek maakt het onderdeel niet alleen moeilijker te verwijderen, maar kan ook leiden tot verbuigingen, breuken, kromtrekken en inferieure oppervlakteafwerkingen als het plastic afkoelt.

Elastomere componenten vereisen typisch een aanzienlijke hoeveelheid trek om te voorkomen dat het materiaal aan de mal zelf blijft kleven. Het toevoegen van textuur aan de uitwerppennen om ze extra grip te geven, is een andere methode om de efficiëntie van het verwijderen van onderdelen uit hun mallen te vergroten.

3. Wanddikte kalibreren volgens specifieke vereisten

Over het algemeen moet de dikte van de wanden van een onderdeel tussen 1,5 en 3 mm worden gehouden en moet deze zo uniform mogelijk zijn. Dit helpt het onderdeel sneller af te koelen (waardoor de cyclustijd wordt verkort) en voorkomt onregelmatige krimp en lelijke verzakkingen. Als een onderdeeltoepassing verschillende wanddiktes vereist, moet een geleidelijke overgang worden opgenomen om de integriteit van het ontwerp te behouden.

De buigzame aard van elastomere materialen maakt het mogelijk om onderdelen te ontwerpen met een hogere wanddikte en variaties in wanddikte. Door tijdens de productie druk uit te oefenen, kunnen ingenieurs het materiaal vormen of vormen op manieren die niet kunnen worden bereikt door spuitgieten of bij fabricage met stijvere materialen.

4. Maximaliseer de effectiviteit van overmolding

Overmolding verwijst naar het proces van het creëren van een elastomeerlaag die vervolgens wordt bevestigd aan een stijf, niet-elastomeer onderdeel. Een veelvoorkomend voorbeeld hiervan is de buigzame greep die op veel handgereedschappen wordt aangetroffen, die slipweerstand biedt en de gebruiker ervan weerhoudt zich vast te houden aan hard plastic of metaal - beide verbeteren de veiligheid en efficiëntie van het gereedschap.

Om de effectiviteit van een overmolded grip te maximaliseren, moeten ingenieurs het product zo ontwerpen dat het een goede hechtsterkte tussen de elastomere en stijve materialen mogelijk maakt via zowel chemische als mechanische methoden. Vooral de chemische hechting is belangrijk omdat de bindingen die tussen de twee materialen worden gevormd verbeteren de duurzaamheid en levensduur van het onderdeel, terwijl er ook geen extra oppervlaktevoorbehandelingen of lijmen nodig zijn.

Efficiënte productie van elastomeer — en meer

Elastomeren zijn een veelzijdige categorie van rubberachtige thermoplasten die aanzienlijk verbeterde materiaalkwaliteiten bieden. De unieke reeks chemische en fysische weerstanden van thermoplastische elastomeren - evenals hun hoge buigzaamheid en sterkte - stellen fabrikanten in staat om veel van de items te produceren waarmee we dagelijks omgaan, inclusief alles van fietsbinnenbanden tot wetsuits.

Door samen te werken met een ervaren productiepartner zoals Fast Radius, kunnen productteams het maximale uit elk materiaal of onderdeelontwerp halen. Ons team van ervaren, samenwerkende ingenieurs en ontwerpers is net zo bedreven in het praten over prototyping van elastomeer als de nieuwste processen in additive manufacturing, en we werken nauw samen met elke klant om ervoor te zorgen dat elke fase van het productieproces is geoptimaliseerd voor specifiek ontwerp, produceerbaarheid, en tijdlijnvereisten. Neem vandaag nog contact met ons op en ontdek de aandacht voor detail, efficiëntie en kosteneffectiviteit die Fast Radius met zich meebrengt.