Productie Versnellen: Rapide Prototyping met Urethane Gieten

1. Urethane Gieten

Urethane gieten is een rapide prototyping-techniek gebruikt om producten met zachte rubberonderdelen te produceren die niet bewerkt kunnen worden met behulp van een CNC-machine of een dergelijke machine. Urethane gieten gebruikt een 3D-geprint meesterpatroon en siliconen vormen die gebruikt worden om de gewenste hoogwaardige producten te produceren tot een grootte van 30 inch.

Dit proces is heel vergelijkbaar met spruitgieten waarbij een hard gereedschap wordt gebruikt in plaats van een zacht siliconen gereedschap. Er moeten voorzorgsmaatregelen genomen worden bij het ontwerpen van het meesterpatroon voor urethane gieten om ervoor te zorgen dat het de gewenste eigenschappen bezit. Een functioneel kunststofonderdeel is het resultaat van urethane gieten dat als model gepresenteerd kan worden of gebruikt in een volledig functioneel product.

De afmetingen van de afgeronde producten geproduceerd door urethane gieten hangen af van de nauwkeurigheid van het meester model en het gietmateriaal. Over het algemeen wordt een krimpspercentage van 0,15% verwacht in de producten geproduceerd door deze productietechniek.

2. Stappen in Urethane Gieten

Over het algemeen worden vier stappen in Urethane Gieten gevolgd zoals hieronder vermeld:

Stap 1

Allereerst wordt een meesterpatroon ontworpen en geprint door middel van rapide prototyping of 3D-printtechniek. Een meesterpatroon is eigenlijk het originele onderdeel of de representatie ervan. Dit meesterpatroon wordt ook gebruikt om de vormen te maken die gebruikt kunnen worden bij gieten. Dit wordt nauwkeurig ontworpen omdat de afmetingen van de producten afhangen van dit meesterpatroon. Er zijn ook verschillende bewerkingsopties die in dit geval gebruikt kunnen worden.

Stap 2

In de tweede stap wordt het geproduceerde meesterpatroon in vloeibare siliconen ingesloten om een nauwkeurige vorm te produceren.

Stap 3

Nadat de vorm is uitgehard, wordt deze in twee helften gesneden. De resulterende caviteit wordt gebruikt voor het gieten van het eindproduct.

Stap 4

In de laatste stap injecteert de fabrikant urethane of een andere hars om de gaten te vullen. Nadat het materiaal is uitgehard, wordt het uit het gereedschap verwijderd. Dit proces wordt herhaald tot het gewenste product geproduceerd is.

3. Gietstelsel

Een gietstelsel is een stelsel van elementen die vereist zijn om de gietoperatie correct uit te voeren. Bij Urethane Gieten bestaat het gietstelsel uit een trechter, gietkanaal, luchtkanaalen, urethane vormvrijmakingsmiddel en fixatie om de vormhelften samen te houden. Al deze elementen zijn op een specifieke manier gerangschikt om het gietproces correct uit te voeren.

Het gietkanaal en de trechter zijn buizen van kunststof verbonden met het gat van de vorm. Het materiaal wordt in dit gat gegoten en stroomt door het kanaal en de trechter. Hoe hoger de trechter, hoe groter de gietdruk, zodat het polymere in staat is om alle kenmerken van het patroon te vullen.

Luchtkanalen zijn aan de tegenovergestelde kant van de vorm aanwezig zodat lucht kan ontsnappen wanneer het materiaal in het patroon wordt gegoten voor de productiefabrieksproductie. Een urethane vormvrijmakingsmiddel is eigenlijk een luchtfilm die voorkomt dat het gegoten onderdeel aan de vorm blijft plakken. Het vrijmakingsmiddel wordt gebruikt om het uitstekende element dat ontstaat als gevolg van wrijving tussen het gegoten onderdeel en de vorm te verwijderen. Het dekt ook enkele van de microscopische gaten die tijdens het gieten ontstaan, waardoor het gegoten product gladder wordt.

4. Algemene Tolerantie in het Gegoten Onderdeel

Een tolerantie van ± 0,010 inch of ±0,003 inch per inch van het onderdeel wordt typisch verwacht in het gegoten onderdeel. Een krimpspercentage van +0,15% kan verwacht worden door thermische uitrekking van de vloeistof, en de reactie van de flexibele vorm. Oneffen of te dikke geometrieën kunnen afwijkingen of doorbuiging veroorzaken door krimp.

De oppervlakte-afwerking is uiterlijk gladgemaakt tot een materiaal of mat oppervlak. Groeistrepen kunnen aanwezig zijn op interne of verborgen kenmerken. Polijsten of aangepaste afwerkingen moeten duidelijk gedefinieerd zijn. De krimp of oppervlakteafwerking van het product hangt af van het ontwerp van het meesterpatroon. Daarom moeten voorzorgsmaatregelen genomen worden in het ontwerp van het meesterpatroon.

5. Gebruikt Materiaal

Urethane gieten wordt gebruikt om producten te fabriceren met bepaalde fysische eigenschappen. Het materiaal dat in het gietproces wordt gebruikt, zal de fysische eigenschappen sterk beïnvloeden. Daarom is het geschikt voor veel verschillende typen polyurethaan kunststoffen, variërend van rigide tot flexibel. Enkele van de meest gebruikte materialen in het proces zijn:

• Rigide, hoge-impact urethane
• Rigide, hittebestendige urethane
• Flexibele, transparante urethane

6. Kleuropties

Er zijn twee kleuropties in urethane gieten, elk met zijn eigen voor- en nadelen.

1) Ingekleurde Kleuren (Cast-in Colors)

De ingekleurde kleur biedt een specifieke textuur aan het product. Bovendien kan de ingekleurde kleur niet van het oppervlak afschillen en er is geen afscheuring. Maar de ingekleurde kleuren zijn beperkt in aantal, dus de kleur van de specificatie is misschien wel of niet beschikbaar.

2) Verf

Bij het verven van het object na het gieten zijn veel kleuren beschikbaar, zodat de kleur mogelijk volgens de specificatie is. Bovendien, wanneer de verf na het gieten wordt aangebracht, kunnen de lijnen die overblijven na het scheiden van het product van de vorm worden verwijderd, wat een uniform oppervlak geeft. Maar verf na het gieten vereist arbeid na bewerking wat een toename van de productiekosten veroorzaakt. Ook, de verf kan goede bescherming bieden tegen ultraviolette straling, maar kan gemakkelijk afschillen, wat een ander nadeel is van het verven van het oppervlak.

7. Vergelijking van Spruitgieten en Urethane Gieten

Spruitgieten en Urethane zijn over het algemeen vergelijkbare processen. De verschillen liggen in de details met betrekking tot productiepraktijken.

1) Gereedschapsproductie

Het eerste verschil tussen spruitgieten en urethane gieten ligt in de productie van hun gereedschappen. Spruitgieten gebruikt een hard gereedschap vergeleken met het zachte gereedschap dat in urethane gieten gebruikt wordt. Daarom worden urethane gietstukken gemaakt door een 3D-geprint model van het afgeronde onderdeel te gieten, terwijl spruitgietgereedschappen bewerkt worden via CNC-slijpen, frezen en andere processen.

2) Hoeveelheid en Productievolume

Urethane gieten wordt gebruikt om slechts een paar onderdelen tegelijk te produceren, daarom is urethane gieten voor lage volume runs de voorkeur. Voor hoge-volume productiehoeveelheden, zullen de kwaliteit en levensduur van een gereedschapsstaalvorm over het algemeen de betere opbrengst opleveren. Het is daarom economischer om te investeren in een spruitgietopzet voor hoge-volume productie. Als de voorafgaande kosten laag gehouden moeten worden, dan is urethane gieten de voorkeur.

3) Materiaalkosten

Hoogwaardig kunststof gebruikt in spruitgieten is duurder vergeleken met de urethane of polyurethaan hars die in urethane gieten wordt gebruikt. Als men minder prototypes moet produceren, is het beter om urethane harsen te gebruiken. Voor producten die voor langere tijd gebruikt worden, of met toepassingen met bepaalde zware fysische eigenschappen, moet juist kunststof worden gebruikt en het spruitgietproces toegepast worden.

4> Levertijden

Spruitgietgereedschap vereist meer ingewikkelde en uitgebreide bewerking om te maken en zijn meestal pas na diverse weken klaar. Een typische levertijd van bijna twee maanden kan vereist zijn voor de productie van spruitgietgereedschap. Terwijl urethane gietstukken relatief minder tijd verbruiken voor productie, meestal alleen een 3D-geprint model en een zachte vorm die eromheen wordt gemaakt vereist.

5) Per-onderdeel Kosten vs. Totale Kosten

Over het algemeen zullen per-onderdeel kosten voor urethane gieten hoger zijn dan voor spruitgieten, voornamelijk door het lagere volume van gecreëerde onderdelen. Totale kosten zijn echter typisch lager voor urethane gieten vanwege lagere gereedschaps- en materiaalkosten.

6) Tolerantie

Urethane toleranties zijn +/-0,010" voor de eerste inch, en +/-0,005" voor elke inch daarna, terwijl bij spruitgieten toleranties zijn +/-0,005" voor de eerste inch, en +/-0,002" voor elke inch daarna.

7) Toepassingen

Omdat de prototypes gemaakt worden door siliconen vormen in urethane gieten wat vergelijkbaar minder duurzaam is en niet langer duurt dan 20-25 onderdelen, is dit proces geschikt voor situaties waar productievolume laag is en minder onderdelen van hoge kwaliteit, precisie en prestatiekenmerken vereist zijn. Enkele van de toepassingen van urethane gieten zijn hieronder vermeld:

• Overbrugging naar productie
• Point-of-purchase display onderdelen
• Tentoonstellingsonderdelen
• Gebruiksevaluatie
• Consumententesten
• Crowdfunding campagnes
• Conceptmodellen
• Verkoopmonsters
• Technische modellen
• Marketing test monsters
• Pre-productie runs
• Test prototypes
• Rapide prototypes
• Distributiecentra
• Printen
• Wielen voor skateboards, robots en andere draaiende toepassingen
• Transportband systemen

8. Voordelen van Urethane Gieten

Dit proces is het meest effectief in het verlagen van gereedschapskosten en productietijd. De geproduceerde onderdelen bestaan meestal uit urethane of de hars ervan, wat hun fysische eigenschappen vergroot. De onderdelen gemaakt met urethane gieten hebben de volgende voordelen:

Slijtvast: Producten geproduceerd door urethane gieten zullen rubber, kunststof of metaal overtreffen in severe slijtage en slijttoepassingen.

Chemische Weerstand: Producten geproduceerd door urethane gieten hebben uitstekende weerstand tegen de meeste oplosmiddelen, chemicaliën, alifatische oliën en vetten.

Kleuring: Twee kleuropties zijn beschikbaar in urethane gieten, beide met hun voor- en nadelen. Over het algemeen worden ingekleurde kleuren gebruikt wat afschilferend is.

Dimensionele Stabiliteit: Urethane harsen hebben uitstekende dimensionele stabiliteit over een breed bereik van drukken en temperaturen. Producten geproduceerd door deze methode zijn hoogst elastisch en kunnen tot aanzienlijke utrekking worden gerekt zonder vervorming.

Omgevingsweerstand: Urethane is substantieel inert in de aanwezigheid van ozon en zuurstof. Het is meer bestendig dan natuurlijke of synthetische rubber tegen zonlicht en algemene weersomstandigheden.

Hardheid: Urethane polymeren kunnen geformuleerd worden om een breed bereik van hardheid te dekken, van 20 Shore A durometer (de hardheid van een rubberband) tot 75 Shore D durometer (de hardheid van bot), daarom zal het geproduceerde prototype deze eigenschappen bezitten.

Impactweerstand: Terwijl conventionele kunststofmaterialen broos kunnen worden naarmate ze harder worden, behoudt urethane elasticiteit en sterkte over het complete bereik van hardheid.

Bewerkbaarheid: Urethane producten kunnen geboord, getapt en bewerkt worden als metaalproducten.

Veerkracht: Urethane polymeren kunnen aangepast geformuleerd worden om harde polyurethanen dezelfde veerkracht te geven als veel zachtere materialen, wat urethane een uitstekend materiaal maakt voor schok/trillingabsorptie.

9. Beperkingen van Urethane Gieten

Urethane gieten heeft wel een paar nadelen. Bij productie van elk complex onderdeel, kan het meesterpatroon dat ontworpen is niet alle kenmerken dekken. Bovendien omvat het veel harde werk om gietstukken en overbodig materiaal te verwijderen, wat fouten introduceert. In het geval van luchtbellen die in het gieten vastzitten, zullen materialen het gietstuk broos maken of dunne wanden voorkomen om volledig te vullen. Een andere beperking van urethane gieten is dat de vorm tamelijk temperatuurgevoelig is en geen uitgebreide periodes boven 270 graden Fahrenheit kan weerstaan.

Concluderende Opmerkingen

Dus urethane gieten is een van de belangrijkste rapide prototyping-technieken die toegepast wordt wanneer het productievolume laag is. Het stelt in staat om een prototype te produceren en te presenteren aan mensen vóór massaproductie, wat kosten en veel geld aan gereedschappen bespaart. Bovendien geven de fysische eigenschappen van urethane producten zoals hierboven beschreven een voordeel ten opzichte van conventionele materialen die minder sterkte en hardheid hebben. Dus als de productiehoeveelheid laag is, is urethane gieten een van de beste productietechnieken die toegepast kan worden, wat heel vergelijkbaar is met spruitgieten wat gebruikt wordt bij hoge productievolume en een harder gereedschap gebruikt in plaats van een zacht gereedschap.