מדריך מלא לעיצוב סיליקון להעברה

אנשים מתארים לעתים קרובות יציקת סיליקון כתהליך מאוזן.

מהצד שלנו של רצפת המפעל, STM עוסק פחות באיזון ויותר בשליטה.

בדרך כלל אנו פונים ליציקת העברה (Transfer Moulding) כאשר יציקה בדחיסה מתחילה להרגיש בלתי צפויה, ויציקה בהזרקה מרגישה מיותרת או יקרה מדי עבור הנפח. רוב פרויקטי ה-STM מגיעים אלינו עם דרישה אחת ברורה: החלק חייב להיות נכון בפעם הראשונה, לא אחרי שלבי הרכבה או תיקון מרובים.

מאמר זה אינו מסביר את תהליך ה-STM כפי שעושים ספרי לימוד. הוא מסביר כיצד STM מתנהג בפועל במהלך ניסויי תבניות, ייצור בקבוצות קטנות ופרויקטים של לקוחות אמיתיים.

מהי יציקת סיליקון?

יציקת סיליקון (STM) היא תהליך שבו סיליקון לא מוקשה נדחף מכלי העברה לתבנית סגורה ומחוממת תחת לחץ, ולאחר מכן מתקשה לצורתו הסופית.

בפועל, STM נבחר לעיתים רחוקות רק משום שחלק מורכב.

הוא נבחר מכיוון שהחלק אינו יכול לסבול מילוי לא אחיד, תנועת הכנס או סחיפה ממדית.

אנו רואים STM בשימוש לרוב עבור ידיות רפואיות, אנקפסולציות אלקטרוניות וחלקי סיליקון המעוצבים ישירות על גבי מתכת או פלסטיק. אלו חלקים שבהם יציקה בדחיסה מתקשה למלא באופן עקבי, ויציקה בהזרקה מוסיפה עלות ומורכבות ללא יתרונות ברורים.

כיצד פועלת יציקת סיליקון ברצפת החנות

הכנת עובש

אם חלק שיצוק באמצעות העברה נכשל בבדיקה, שורש התוצאה נמצא לעתים קרובות שבועות קודם לכן, במהלך תכנון התבנית.

אנו עובדים עם תבניות פלדה ואלומיניום כאחד. פלדה משמשת כאשר יציבות לטווח ארוך חשובה. אלומיניום נפוץ במהלך דגימה מוקדמת מכיוון שהוא מקצר את זמן ההכנה. אך ללא קשר לחומר, תבניות STM צריכות להיות מתוכננות באופן שונה מכלי פלסטיק.

ראינו פרויקטים שבהם הכל נראה נכון על הנייר, אבל הסבולות של התבנית הייתה פשוט צמודה מדי עבור סיליקון. התוצאה הייתה הבזק מוגזם באזור אחד וירי קצר באזור אחר. לאחר מכן, הפסקנו להתייחס לתבניות STM כתבניות הזרקה פשוטות יותר. הן לא כאלה.

לפני הייצור, התבניות מנוקות ומצופות בחומרי שחרור. שלב זה נשמע שגרתי, אך דילוג עליו או שימוש בציפוי שגוי מובילים לעיתים קרובות להידבקות ופגמים על פני השטח שמופיעים רק לאחר מספר מחזורים.

הכנת חומר

STM משתמש בעיקר בגומי בעל עקביות גבוהה (HCR). סיבה אחת פשוטה: HCR מתנהג בצורה צפויה יותר תחת לחץ העברה, במיוחד כאשר מעורבים בו מוספים.

יחסי ערבוב הם בדרך כלל בין 10:1 ל-20:1, תלוי בתרכובת. על הנייר, סטייה קטנה לא נראית חמורה. במציאות, שגיאות ביחס לרוב אינן מופיעות מיד.

פעם אחת ביצענו אצווה שבה היחס היה מעט שונה. החלקים הוצאו מהתבנית בצורה נקייה ונראו סבירים. רק במהלך הבדיקה הסופית שמנו לב לשינויים בקשיות באותו חלל. זה היה מספיק כדי להיכשל באצווה.

מאז, אנו מתייחסים לערבוב חומרים כתהליך מבוקר, ולא כשלב הכנה. אם היחס שגוי, שום התאמה במורד הזרם לא תוכל לתקן אותו לחלוטין.

לאחר הערבוב, הסיליקון מוכנס לכלי ההעברה. חימום מוקדם כאן עושה הבדל ניכר. חומר קר מאלץ אותנו להגביר את הלחץ, מה שבדרך כלל יוצר בעיות חדשות במקום לפתור בעיות זרימה.

שלב ההעברה

לאחר סגירת התבנית, הבוכנה דוחפת סיליקון לתוך החללים. לחצים אופייניים נעים בין 500 ל-2,000 psi.

הנחה נפוצה היא שלחץ גבוה יותר משפר את המילוי. ב-STM, זה נכון רק באופן חלקי. כאשר משתמשים בלחץ כדי לפצות על אוורור לקוי, התוצאה היא לעתים קרובות יותר הבזקים ותוספות זזות.

אנו מקדישים תשומת לב רבה לתכנון הפתחים והפתחים. כאשר בועות אוויר מופיעות באותו מיקום בכל מחזור, הסיבה כמעט אף פעם לא נעוצה בחומר. בדרך כלל מדובר באוויר לכוד שאין לו לאן ללכת.

זרימה טובה נובעת מבקרת טמפרטורה ועיצוב עובש, לא מכוח גס.

הִתרַפְּאוּת

טמפרטורות הייבוש נעות בדרך כלל בין 150°C ל-200°C, כאשר זמני המחזור משתנים בהתאם לעובי החלק.

עבור חלקים דקים, נראה כי הייבוש מהיר וישיר. עבור חלקים עבים יותר או מבניים, זמן הייבוש הופך להיות קריטי. לעתים קרובות אנו ממליצים על ייבוש לאחר מכן בטמפרטורה של כ-200 מעלות צלזיוס למשך מספר שעות, במיוחד עבור יישומים רפואיים או יישומים בטמפרטורה גבוהה.

דילוג על תהליך הייבוש לאחר הייצור חוסך זמן במהלך הייצור, אך לעיתים קרובות הוא מוביל לתלונות על דחיסה או תלונות מכניות חודשים לאחר מכן. בעיות אלו קשות הרבה יותר להסביר ללקוח מאשר מחזור ייבוש ארוך יותר מראש.

הורדת מבנה

פירוק עובש הוא אחד מאותם שלבים שכמעט ולא מקבלים תשומת לב עד שמשהו משתבש.

יש להניח את פיני הפליטה בזהירות. כוח רב מדי או מיקום לקוי עלולים לעוות סיליקון רך או להשאיר סימנים גלויים. עבור חלקים עדינים, אנו משתמשים לעיתים בהסרת תבנית בסיוע ואקום כדי להפחית את הלחץ במהלך ההסרה.

אם חלק ניזוק בשלב זה, שום כמות של יציקה טובה במעלה הזרם לא תוכל לשקם אותו.

לאחר עיבוד

פלאש נפוץ ב-STM. עובי הפלאש האופייני נע בין 0.05 מ"מ ל-0.2 מ"מ, תלוי בהתאמת התבנית וכוח ההידוק.

עבור חלקים בנפח גבוה, אנו משתמשים לעתים קרובות בהסרת פלאש קריוגנית. עבור חלקים גלויים או בנפח נמוך, חיתוך ידני מעניק שליטה טובה יותר. טיפולי שטח כגון הפעלת פלזמה מתווספים כאשר נדרשת הדבקה או ציפוי.

שלבים אלה לעיתים קרובות אינם מוערכים כראוי במהלך הצעת מחיר, אך הם ממלאים תפקיד מרכזי במראה הסופי ובעקביות.

בחירת חומרים: מדוע HCR עדיין ברירת המחדל

HCR נותר החומר העיקרי עבור STM מכיוון שהוא מציע עמידות טובה יותר לקרע ויציבות ממדית תחת לחץ.

קשיות נעה בדרך כלל בין 30 ל-80 Shore A. חומרים רכים יותר זורמים בקלות אך דורשים אוורור טוב יותר. חומרים קשים יותר שומרים על צורתם טוב יותר אך דורשים בקרת טמפרטורה ולחץ מדויקת יותר.

עבור יישומים רפואיים ובמגע עם מזון, תרכובות מאושרות הן סטנדרטיות. אנו תמיד מאמתים את התנהגות הריפוי במהלך ניסויים בפועל, לא רק באמצעות גיליונות נתונים.

פרמטרי תהליך המשפיעים על התשואה

מנתוני הייצור שלנו, הפרמטרים הרגישים ביותר הם:

• לחץ העברה: 500–2,000 psi
• טמפרטורת עובש: 150–200 מעלות צלזיוס
• מהירות העברה: מהיר מדי לוכד אוויר, איטי מדי מסכן ריפוי מוקדם
• זמן ריפוי: זמן לא מספק מוביל לעיתים קרובות לליבות רכות

כאשר פרמטרים אלה משתנים, פגמים מופיעים במהירות.

הנחיות עיצוב שחוסכות זמן בהמשך

עובי דופן אחיד הוא עדיין הכלל האמין ביותר. שינויים פתאומיים בעובי מובילים לעיתים קרובות למילוי חלקי או למאמץ פנימי.

מיקום השער והראנר צריך לתמוך בזרימה חלקה, לא רק בנתיבים הקצרים ביותר. יש לקבע את התוספות באופן מכני במידת האפשר. הסתמכות על זרימת סיליקון בלבד לאחיזה של התוספות מובילה בדרך כלל לבעיות יישור.

תכנון טוב מפחית גרוטאות בצורה יעילה יותר מאשר התאמות פרמטרים אגרסיביות.

בקרת איכות: איתור בעיות מוקדם

פגמי STM נפוצים כוללים בועות אוויר, יריות קצרות, הבזק מוגזם ותת-ריפוי.

אנו בודקים באופן שגרתי קשיות, חוזק מתיחה ומידות. עבור חלקים רפואיים ואלקטרוניים, אימות נוסף מבטיח ביצועים לטווח ארוך.

רוב הפגמים נובעים מתכנון האוורור או מחוסר יציבות בפרמטרים, ולא מאיכות החומר.

יתרונות ומגבלות בשימוש אמיתי

מה ש-STM עושה טוב

• מילוי עקבי עבור גיאומטריות מורכבות
• יציקת הכנסות אמינה ללא הרכבה משנית
• עלות כלי עבודה סבירה עבור נפחים בינוניים

היכן שיש גבולות ל-STM

• זמני ריפוי ארוכים יותר מאשר הזרקה
• פסולת חומרית מרצפות ומעציצי העברה
• הסתמכות גבוהה יותר על מומחיות בתבניות ובתהליכים

STM עובד בצורה הטובה ביותר כאשר דיוק ואמינות חשובים יותר ממהירות גולמית.

יישומים אופייניים שאנו מטפלים בהם

STM משמש בדרך כלל עבור:

• רכיבי מכשור רפואי
• אנקפסולציות אלקטרוניות
• אטמים תעשייתיים עם מוספים
• מוצרי צריכה מיוחדים

כוחה טמון בייצור חלקים שחייבים לתפקד באופן עקבי, לא רק להיראות נכון.

יציקת העברה לעומת שיטות יציקת סיליקון אחרות

העברה לעומת דפוס דחיסה

יציקת דחיסה היא חסכונית עבור חלקים פשוטים ועבים. יציקת העברה מציעה בקרת זרימה טובה יותר ושילוב תוספות עבור רכיבים מדויקים.

העברה לעומת הזרקה

הזרקת גז מצטיינת באוטומציה בנפחים גבוהים. יציקת העברה גמישה וחסכונית יותר עבור נפחים בינוניים באמצעות חומרי HCR.

שאלות נפוצות

כמה עולה STM?

העלויות תלויות במורכבות החלק ובנפחו. STM בדרך כלל נמצא בין דחיסה ליציקה בהזרקה מבחינת העלות הכוללת.

כמה זמן נמשך מחזור STM אחד?

ההעברה עצמה מהירה, אך תהליך הייבוש אורך בדרך כלל בין דקה ל-15 דקות, תלוי בעובי ובחומר.

האם STM מתאים למכשירים רפואיים?

כן. STM נמצא בשימוש נרחב עבור רכיבים רפואיים בשל יציבות החומר ויכולת העיצוב שלו.

במה שונה STM מיציקה בהזרקה?

STM פועל בלחץ נמוך יותר ומתאים לחלקים מורכבים בנפח בינוני. יציקה בהזרקה מעדיפה ייצור אוטומטי בנפח גבוה.

סיכום

יציקת סיליקון לא נבחרה בגלל שהיא אופנתית או פשוטה. היא נבחרה מכיוון שהיא פותרת בעיות ספציפיות ששיטות יציקה אחרות מתמודדות איתן.

כאשר תכנון תבניות, בחירת חומרים ובקרת תהליכים נעשים בצורה נכונה, STM מספקת חלקים עקביים ובעלי ביצועים גבוהים עם פחות הפתעות במורד הזרם.

במשך שנים עבדנו עם יציקת סיליקון בתעשיות רבות. אם אתם בוחנים את שיטות היציקה (STM) עבור המוצר שלכם או משווים אפשרויות יציקה, נשמח לדון בפרויקט שלכם על סמך תנאי ייצור אמיתיים, ולא על הנחות.