Silicone injectiegieten vs 3D-printen: de beste keuze voor elastomere onderdelen

Van industriële pakkingen tot de zolen van uw schoenen: elastomere onderdelen zijn zowel alomtegenwoordig als uniek. Gemaakt van elastomeren, een groep rubberachtige polymeren, zijn deze flexibele, rekbare, shock absorberende componenten eenvoudig te maken – en produceren op verschillende manieren.

Eén manier is injectiegieten. Niet van thermoplasten, maar van thermoharders als vloeibare siliconenrubber: dit materiaal wordt in vloeibare toestand geïnjecteerd en vervolgens uitgehard om vast te worden. Maar vandaag is er een geweldige alternatief: 3D-printen van flexibele materialen als TPE en TPU. Deze zijn geen specialiteitsmaterialen meer en kunnen op goedkope FDM-printers worden geprint.

Dit artikel bekijkt basisprincipes van elastomere delen: eigenschappen, toepassingen, en of u moet kiezen voor injectiegieten of 3D-printen.

Wat is een elastomeer?

Een elastomeer is gedefinieerd als een polymer met een lange Young's modulus, een hoge breukstrain en viscoelasticiteit – een combinatie van viscositeit en elasticiteit. Soms simpelweg rubbers genoemd, zijn elastomeren eigenlijk een bredere categorie die niet-gevulcaniseerde materialen omvat.

In volkstaal: elastomeren (elastische polymeren) zijn materialen die, in wisselende mate, elastisch, rekbaar, flexibel of vervormbaar zijn bij kamertemperatuur. Dit door hun zwakke intermoleculaire bindingen. Omdat ze gebogen en gerekt kunnen worden zonder te breken, worden ze gebruikt in veel toepassingen waar een rigider materiaal zou falen.

Elastomeren kunnen thermoharders (smelten niet bij verhitting) of thermoplasten (smelten bij verhitting) zijn. Veelvoorkomende elastomeren:

• Natuurlijke rubber
• Butadieenrubber
• Styreen-butadieenrubber
• Ethyleen-propeenmonomeer

Omdat dit artikel zich richt op prototyping en twee specifieke processen, richten we ons op siliconen, thermoplastische elastomeren (TPE) en thermoplastisch polyurethaan (TPU). Siliconen is thermoharder; TPE en TPU zijn thermoplasten en kunnen dus geëxtrudeerd worden door een 3D-printer.

Voorbeelden van elastomere onderdelen

Elastomeren zijn ongelooflijk veelvoorkomend – van eenvoudige alledaagse objecten tot complexe industriële montages. Categorisatie per industrie en materiaalspecifieke toepassingen:

1. Automotive

Voor banden en meer, elastomeren essentieel voor auto-onderdelen.

• Banden
• Trillingsdempende apparatuur
• Ruitwissers
• Ophangingcomponenten
• Afsluitingen en pakkingen

2. Industrie

Wijd gebruikt, vooral voor afdichtingen/pakkingen voor water-/luchtdichte montages.

• Afsluitingen en pakkingen
• Elektrische isolatie
• Transportbanden
• Aandrijfbanden
• Slangen en buizen

3. Olie & Gas

Kunststofelastomeren voorkomen olielekkages.

• Hydraulische afdichtingen
• Pijpwissers
• Packer cups
• Slangen

4. Consumptiegoederen

Enorm aantal consumentenproducten van elastomeren: voetballen tot gummetjes.

• Schoeisel inclusief zolen
• Regenjasjes
• Sponsen
• Potloden/gummetjes
• Sportartikelen inclusief ballen
• Voedingsbakjes

Materiaalspecifieke voorbeelden

• Siliconen: Biologisch compatibele medische apparatuur, prothesen, voedselveilige artikelen (ijsblokjesvormpjes), afdichtingen/pakkingen, overgemolde componenten.
• TPE: Afdichtingen/pakkingen, flesdopinlegsel, sneeuwmotorbanden, medische componenten (katheters), handvaten, ophangingbussen, overgemolde componenten.
• TPU: Elektronichoesjes, wieltjes, medische componenten, aandrijfbanden, schoeisel, opblaasbare artikelen, draadmantels en buizen.

Injectiegieten van elastomeren

Een van de meest betrouwbare manieren – vooral in grote aantallen – is injectiegieten.

Proces: vloeibaar materiaal onder druk injecteren in metalen vorm (meestal staal/aluminium). Machine voedt rauwmateriaal in vorm, geometrie = negatieve afdruk van einddeel, meestal twee helften met kaviteit ertussen.

Compatibel met thermoharde elastomeren als vloeibare siliconen – uitstekende manier om buigzame, slagvaste, temperatuurbestendige delen in grote aantallen te produceren. Voor gieten: twee-deel siliconenoplossing gemengd, één helft bevat platina-katalysator voor uitharding.

Injectiegieten vloeibare siliconen levert: pakkingen, medische apparatuur, keukenapparatuur, overgemolde secties van multi-materiaal montages.

Voordelen

Snelle productie grote volumes, hoog detaillniveau, goede materiaaleigenschappen, lage kosten per deel bij medium-hoge hoeveelheden.

Nadelen

Hoge metalen toolingkosten, geometrische beperkingen (dunne wanden, afgeronde hoeken).

3D-printen van elastomeren

Alternatief: 3D-printen van flexibele filamenten TPE en TPU. Hoewel deze ook geïnjecteerd kunnen worden, biedt 3D-printen radicaal alternatief voor andere projecten, inclusief éénmalige prototypes.

Grootste voordeel: TPE/TPU zijn thermoplasten – kunnen als FDM-filament gemaakt worden voor smelten/extruderen. FDM is goedkoopste 3D-printvorm (machine + operationeel) – hoge kwaliteit elastomere delen door iedereen maakbaar.

TPE en TPU hebben elk hun toepassing. TPU: harder, dichter, rigider, betere afstootweerstand, minder krimp. TPE: flexibeler, tot rubberband-niveau.

Hoewel zorgvuldigheid geboden is bij 3D-printen van elastomeren, vooral TPE (lage printsnelheden, direct drive extruders beter dan Bowden), kan praktisch elke FDM-printer deze materialen verwerken.

Veelvoorkomende 3D-geprinte elastomere delen: TPU voetzolen/wearables, TPE handvaten/slangen/smartphone skins.

Voordelen

Zeer lage kosten zelfs voor kleine aantallen, geen toolingkosten, quasi onbeperkte geometrieën (inwendig/uitwendig). Ideaal voor elastomere prototyping.

Nadelen

Nauwkeurigheid en detaillniveau (vs injectiegieten), productiesnelheid, schaalbaarheid – geen economies of scale in kosten of tijd.

Conclusie

Vloeibare siliconen injectiegieten en FDM 3D-printen zijn beide uitstekende manieren voor elastomere delen. Injectiegieten wint op deulkwaliteit en schaalbaarheid; 3D-printen is handig en betaalbaar voor prototypes, vooral één-stuks.

Bij keuze: overweeg budget, aantal eenheden, vereiste materiaaleigenschappen, toekomstige productiebehoeftes – een beslissing waar 3ERP u bij kan helpen.

3ERP is prototypingspecialist met zowel injectiegieten als 3D-printen, en vele andere diensten. Vraag nu gratis offerte aan voor uw elastomere delen.