مردم اغلب قالبگیری انتقالی سیلیکون را به عنوان یک فرآیند متعادل توصیف میکنند.
از دیدگاه ما در کارخانه، STM کمتر در مورد تعادل و بیشتر در مورد کنترل است.
ما معمولاً وقتی به قالبگیری انتقالی روی میآوریم که قالبگیری فشاری غیرقابل پیشبینی به نظر برسد و قالبگیری تزریقی برای حجم تولید غیرضروری یا بیش از حد گران به نظر برسد. اکثر پروژههای STM با یک نیاز واضح به ما مراجعه میکنند: قطعه باید از همان بار اول درست باشد، نه پس از چندین مرحله مونتاژ یا اصلاح.
این مقاله STM را آنطور که در کتابهای درسی توضیح داده شده است، توضیح نمیدهد. این مقاله توضیح میدهد که STM در طول آزمایشهای قالب، تولید در مقیاس کوچک و پروژههای واقعی مشتری چگونه رفتار میکند.
قالب گیری انتقالی سیلیکون چیست؟
قالبگیری انتقالی سیلیکون (STM) فرآیندی است که در آن سیلیکون پخت نشده از یک ظرف انتقال به داخل یک قالب بسته و گرم شده تحت فشار رانده میشود و سپس به شکل نهایی خود پخت میشود.
در عمل، STM به ندرت فقط به دلیل پیچیدگی یک قطعه انتخاب میشود.
این انتخاب به این دلیل است که قطعه نمیتواند پر شدن ناهموار، حرکت اینسرت یا رانش ابعادی را تحمل کند.
ما میبینیم که STM اغلب برای دستههای پزشکی، کپسولهای الکترونیکی و قطعات سیلیکونی که مستقیماً روی قطعات فلزی یا پلاستیکی قالبگیری میشوند، استفاده میشود. اینها قطعاتی هستند که قالبگیری فشاری برای پر کردن مداوم آنها مشکل دارد و قالبگیری تزریقی بدون مزایای مشخص، هزینه و پیچیدگی را افزایش میدهد.
نحوه کار قالبگیری انتقالی سیلیکون در کارگاه
آماده سازی قالب
اگر قطعهای که با قالبگیری انتقالی ساخته شده، از نظر بازرسی رد شود، علت اصلی اغلب هفتهها قبل، در طول طراحی قالب، پیدا میشود.
ما با قالبهای فولادی و آلومینیومی کار میکنیم. فولاد زمانی استفاده میشود که پایداری بلندمدت اهمیت داشته باشد. آلومینیوم در نمونهبرداری اولیه رایج است زیرا زمان تحویل را کوتاه میکند. اما صرف نظر از جنس، قالبهای STM باید متفاوت از ابزارهای پلاستیکی طراحی شوند.
ما پروژههایی را دیدهایم که همه چیز روی کاغذ درست به نظر میرسید، اما تلرانسهای قالب برای سیلیکون خیلی محدود بود. نتیجه، برقزدگی بیش از حد در یک ناحیه و شاتهای کوتاه در ناحیه دیگر بود. پس از آن، ما دیگر قالبهای STM را به عنوان قالبهای تزریقی سادهتر در نظر نگرفتیم. آنها اینطور نیستند.
قبل از تولید، قالبها تمیز و با عوامل جداکننده پوشش داده میشوند. این مرحله به نظر روتین میآید، اما نادیده گرفتن آن یا استفاده از پوشش اشتباه اغلب منجر به چسبندگی و نقصهای سطحی میشود که تنها پس از چندین چرخه ظاهر میشوند.
آماده سازی مواد
STM عمدتاً از لاستیک با غلظت بالا (HCR) استفاده میکند. یک دلیل آن ساده است: HCR تحت فشار انتقالی، به خصوص هنگامی که شامل اینسرت باشد، رفتار قابل پیشبینیتری دارد.
نسبتهای اختلاط معمولاً بسته به نوع ترکیب بین ۱۰:۱ و ۲۰:۱ هستند. روی کاغذ، یک انحراف کوچک جدی به نظر نمیرسد. در واقعیت، خطاهای نسبت اغلب بلافاصله خود را نشان نمیدهند.
ما یک بار یک سری تولید انجام دادیم که نسبت کمی اشتباه بود. قطعات به طور تمیز از قالب خارج شدند و ظاهر قابل قبولی داشتند. تنها در طول بازرسی نهایی متوجه تغییر سختی در همان حفره شدیم. همین برای شکست سری تولید کافی بود.
از آن زمان، ما مخلوط کردن مواد را به عنوان یک فرآیند کنترلشده در نظر میگیریم، نه یک مرحله آمادهسازی. اگر نسبت اشتباه باشد، هیچ تنظیمی در مراحل بعدی نمیتواند آن را به طور کامل اصلاح کند.
پس از مخلوط کردن، سیلیکون در ظرف انتقال قرار میگیرد. پیشگرم کردن در اینجا تفاوت قابل توجهی ایجاد میکند. مواد سرد ما را مجبور به افزایش فشار میکند که معمولاً به جای حل مشکلات جریان، مشکلات جدیدی ایجاد میکند.
مرحله انتقال
پس از بسته شدن قالب، پیستون سیلیکون را به داخل حفرهها فشار میدهد. فشارهای معمول بین ۵۰۰ تا ۲۰۰۰ psi است.
یک فرض رایج این است که فشار بالاتر، پر شدن را بهبود میبخشد. در STM، این فقط تا حدی درست است. وقتی از فشار برای جبران تهویه ضعیف استفاده میشود، نتیجه اغلب ایجاد پلیسه بیشتر و جابجایی اینسرتها است.
ما به طراحی دریچه و دریچه توجه زیادی داریم. وقتی حبابهای هوا در هر چرخه در یک مکان ظاهر میشوند، تقریباً هرگز علت آن جنس ماده نیست. معمولاً هوای محبوس شدهای است که جایی برای رفتن ندارد.
جریان خوب از کنترل دما و طراحی قالب حاصل میشود، نه از نیروی بیرحمانه.
پخت
دمای پخت معمولاً بین ۱۵۰ تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد است و زمان چرخه بسته به ضخامت قطعه متفاوت است.
برای قطعات نازک، عمل آوری سریع و سرراست به نظر میرسد. برای قطعات ضخیمتر یا سازهای، زمان عمل آوری بسیار مهم میشود. ما اغلب عمل آوری نهایی در دمای حدود ۲۰۰ درجه سانتیگراد به مدت چند ساعت را توصیه میکنیم، به خصوص برای کاربردهای پزشکی یا دماهای بالا.
صرف نظر کردن از مرحلهی پخت پس از تولید، در زمان تولید صرفهجویی میکند، اما اغلب منجر به گیرش فشاری یا مشکلات مکانیکی ماهها بعد میشود. توضیح این مشکلات به مشتری بسیار دشوارتر از توضیح یک چرخهی پخت طولانیتر از قبل است.
تخریب
دمولد کردن یکی از مراحلی است که به ندرت مورد توجه قرار میگیرد تا زمانی که مشکلی پیش نیاید.
پینهای بیرونانداز باید با دقت قرار داده شوند. نیروی زیاد یا قرارگیری نامناسب میتواند سیلیکون نرم را تغییر شکل دهد یا ردهای قابل مشاهدهای از خود به جا بگذارد. برای قطعات ظریف، گاهی اوقات از قالبگیری با کمک خلاء برای کاهش تنش در حین جداسازی استفاده میکنیم.
اگر قطعهای در این مرحله آسیب ببیند، هیچ مقدار قالبگیری خوب در مراحل بعدی نمیتواند آن را بازیابی کند.
پس پردازش
پلیسه در STM رایج است. ضخامت معمول پلیسه از 0.05 میلیمتر تا 0.2 میلیمتر متغیر است که به تناسب قالب و نیروی گیره بستگی دارد.
برای قطعات با حجم بالا، ما اغلب از روش کرایوژنیک برای حذف پلیسه استفاده میکنیم. برای قطعات قابل مشاهده یا کم حجم، برش دستی کنترل بهتری را ارائه میدهد. عملیات سطحی مانند فعالسازی پلاسما در صورت نیاز به اتصال یا پوششدهی اضافه میشوند.
این مراحل اغلب در طول نقل قول دست کم گرفته میشوند، اما نقش عمدهای در ظاهر و ثبات نهایی دارند.
انتخاب مواد: چرا HCR هنوز هم پیشفرض است
HCR همچنان ماده اصلی برای STM است زیرا مقاومت پارگی و پایداری ابعادی بهتری را تحت فشار ارائه میدهد.
سختی معمولاً بین 30 تا 80 Shore A متغیر است. مواد نرمتر به راحتی جریان مییابند اما به تهویه بهتری نیاز دارند. مواد سختتر شکل خود را بهتر حفظ میکنند اما به کنترل دقیقتر دما و فشار نیاز دارند.
برای کاربردهای پزشکی و تماس با مواد غذایی، ترکیبات دارای گواهینامه استاندارد هستند. ما همیشه رفتار پخت را در طول آزمایشهای واقعی، نه فقط از طریق برگههای اطلاعات، تأیید میکنیم.
پارامترهای فرآیندی که بر بازده تأثیر میگذارند
از دادههای تولید ما، حساسترین پارامترها عبارتند از:
- فشار انتقالی: ۵۰۰ تا ۲۰۰۰ پوند بر اینچ مربع
- دمای قالب: ۱۵۰–۲۰۰ درجه سانتیگراد
- سرعت انتقال: خیلی سریع هوا را به دام میاندازد، خیلی آهسته خطر خشک شدن زودرس را به همراه دارد
- زمان کیورینگ: زمان ناکافی اغلب منجر به نرم شدن هستهها میشود.
وقتی این پارامترها تغییر میکنند، نقصها به سرعت ایجاد میشوند.
دستورالعملهای طراحی که در زمان صرفهجویی میکنند
ضخامت یکنواخت دیواره هنوز هم قابل اعتمادترین قانون است. تغییرات ناگهانی ضخامت اغلب منجر به پر شدن ناقص یا تنش داخلی میشود.
محل قرارگیری دروازه و راهگاه باید از جریان روان پشتیبانی کند، نه فقط کوتاهترین مسیرها. اینسرتها باید تا حد امکان به صورت مکانیکی ثابت شوند. تکیه صرف بر جریان سیلیکونی برای نگه داشتن اینسرتها معمولاً منجر به مشکلات همترازی میشود.
طراحی خوب، ضایعات را به طور مؤثرتری نسبت به تنظیمات پارامتری تهاجمی کاهش میدهد.
کنترل کیفیت: تشخیص زودهنگام مشکلات
عیوب رایج STM شامل حبابهای هوا، شاتهای کوتاه، فلش بیش از حد و پخت ناکافی است.
ما به طور معمول سختی، استحکام کششی و ابعاد را بررسی میکنیم. برای قطعات پزشکی و الکترونیکی، اعتبارسنجی اضافی، عملکرد بلندمدت را تضمین میکند.
بیشتر نقصها به طراحی دریچه یا ناپایداری پارامترها برمیگردند، نه کیفیت مواد.
مزایا و محدودیتها در استفاده واقعی
کاری که STM به خوبی انجام میدهد
- پرکنندگی یکنواخت برای هندسههای پیچیده
- قالبگیری تزریقی قابل اعتماد بدون مونتاژ ثانویه
- هزینه ابزار مناسب برای حجم متوسط
جایی که STM محدودیتهایی دارد
- زمان پخت طولانیتر نسبت به قالبگیری تزریقی
- ضایعات مواد از راهگاهها و گلدانهای انتقال
- اتکای بیشتر به تخصص قالبسازی و فرآیند
STM زمانی بهترین عملکرد را دارد که دقت و قابلیت اطمینان بیش از سرعت خام اهمیت داشته باشند.
کاربردهای معمولی که ما مدیریت میکنیم
STM معمولاً برای موارد زیر استفاده میشود:
- اجزای دستگاه پزشکی
- کپسولهسازیهای الکترونیکی
- آببندهای صنعتی با درج
- محصولات مصرفی تخصصی
قدرت آن در تولید قطعاتی است که باید به طور مداوم کار کنند، نه فقط درست به نظر برسند.
قالبگیری انتقالی در مقابل سایر روشهای قالبگیری سیلیکونی
انتقال در مقابل قالب گیری فشاری
قالبگیری فشاری برای قطعات ساده و ضخیم مقرون به صرفه است. قالبگیری انتقالی کنترل جریان بهتر و ادغام قطعات دقیق را ارائه میدهد.
انتقال در مقابل قالب گیری تزریقی
قالبگیری تزریقی در اتوماسیون با حجم بالا برتری دارد. قالبگیری انتقالی برای حجمهای متوسط با استفاده از مواد HCR انعطافپذیرتر و مقرونبهصرفهتر است.
سوالات متداول
هزینه اس تی ام چقدر است؟
هزینهها به پیچیدگی و حجم قطعه بستگی دارد. STM معمولاً از نظر هزینه کلی بین قالبگیری فشاری و تزریقی قرار میگیرد.
یک چرخه STM چقدر طول میکشد؟
خودِ انتقال سریع است، اما خشک شدن معمولاً بسته به ضخامت و جنس، ۱ تا ۱۵ دقیقه طول میکشد.
آیا STM برای دستگاههای پزشکی مناسب است؟
بله. STM به دلیل پایداری مواد و قابلیت قالبگیری تزریقی، به طور گسترده برای قطعات پزشکی استفاده میشود.
STM چه تفاوتی با قالبگیری تزریقی دارد؟
STM در فشار پایینتری کار میکند و برای قطعات پیچیده با حجم متوسط مناسب است. قالبگیری تزریقی، تولید خودکار و با حجم بالا را ترجیح میدهد.
نتیجه
قالبگیری انتقالی سیلیکون به دلیل شیک بودن یا سادگیاش انتخاب نمیشود، بلکه به این دلیل انتخاب میشود که مشکلات خاصی را که سایر روشهای قالبگیری با آن دست و پنجه نرم میکنند، حل میکند.
وقتی طراحی قالب، انتخاب مواد و کنترل فرآیند به درستی انجام شود، STM قطعاتی با عملکرد بالا و ثابت با کمترین غافلگیری در مراحل بعدی تولید ارائه میدهد.
ما سالهاست که با قالبگیری سیلیکونی در صنایع مختلف کار میکنیم. اگر در حال ارزیابی STM برای محصول خود هستید یا گزینههای قالبگیری را مقایسه میکنید، خوشحال میشویم که پروژه شما را بر اساس شرایط واقعی تولید، نه فرضیات، مورد بحث قرار دهیم.
