Ludzie często opisują formowanie transferowe silikonu jako proces zrównoważony.
Z naszej perspektywy, STM to nie tyle kwestia równowagi, co kontroli.
Zazwyczaj decydujemy się na formowanie transferowe, gdy formowanie tłoczne staje się nieprzewidywalne, a formowanie wtryskowe wydaje się niepotrzebne lub zbyt drogie w stosunku do wielkości produkcji. Większość projektów STM trafia do nas z jednym jasnym wymaganiem: część musi być prawidłowa od razu, a nie po wielokrotnym montażu lub korekcie.
W tym artykule nie wyjaśniono metody STM w sposób opisany w podręcznikach. Wyjaśniono natomiast, jak STM zachowuje się w praktyce podczas prób z formami, produkcji małoseryjnej i rzeczywistych projektów dla klientów.
Czym jest formowanie transferowe silikonu?
Formowanie transferowe silikonu (ang. Silicone Transfer Molding, STM) to proces, w którym nieutwardzony silikon jest wtłaczany z pojemnika transferowego do zamkniętej, podgrzanej formy pod ciśnieniem, a następnie utwardzany do ostatecznego kształtu.
W praktyce STM jest rzadko wybierany tylko ze względu na złożoność części.
Wybrano tę opcję, ponieważ część nie toleruje nierównomiernego wypełnienia, ruchu wkładki lub zmian wymiarów.
Metoda STM jest najczęściej stosowana w uchwytach medycznych, obudowach elektronicznych oraz elementach silikonowych formowanych bezpośrednio na wkładkach metalowych lub plastikowych. Są to elementy, w których formowanie tłoczne ma trudności z równomiernym wypełnieniem, a formowanie wtryskowe zwiększa koszty i złożoność, nie przynosząc wyraźnych korzyści.
Jak działa formowanie transferowe silikonu na hali produkcyjnej
Przygotowanie formy
Jeśli część formowana metodą transferową nie przejdzie kontroli, przyczynę problemu często udaje się znaleźć wiele tygodni wcześniej, na etapie projektowania formy.
Pracujemy zarówno z formami stalowymi, jak i aluminiowymi. Stal jest wykorzystywana, gdy liczy się długoterminowa stabilność. Aluminium jest powszechnie stosowane na wczesnym etapie pobierania próbek, ponieważ skraca czas realizacji. Jednak niezależnie od materiału, formy STM muszą być projektowane inaczej niż formy z tworzyw sztucznych.
Widzieliśmy projekty, w których wszystko wyglądało poprawnie na papierze, ale tolerancje formy były po prostu zbyt wąskie dla silikonu. Rezultatem były nadmierne nadlewy w jednym obszarze i niedolewy w innym. Po tym przestaliśmy traktować formy STM jako prostsze formy wtryskowe. Nie są.
Przed produkcją formy są czyszczone i pokrywane środkami antyadhezyjnymi. Ten etap wydaje się rutynowy, ale pominięcie go lub użycie niewłaściwej powłoki często prowadzi do przywierania i wad powierzchni, które ujawniają się dopiero po kilku cyklach.
Przygotowanie materiału
STM wykorzystuje głównie gumę o wysokiej konsystencji (HCR). Powód jest prosty: HCR zachowuje się bardziej przewidywalnie pod wpływem ciśnienia transferowego, zwłaszcza w przypadku wkładek.
Proporcje mieszania wynoszą zazwyczaj od 10:1 do 20:1, w zależności od rodzaju mieszanki. Na papierze niewielkie odchylenie nie wygląda na poważne. W rzeczywistości błędy w proporcjach często nie są od razu widoczne.
Kiedyś wyprodukowaliśmy partię, w której proporcje były lekko nieprawidłowe. Części wyjęto z formy czysto i wyglądały akceptowalnie. Dopiero podczas kontroli końcowej zauważyliśmy różnice w twardości w obrębie tej samej komory. To wystarczyło, aby odrzucić partię.
Od tego czasu traktujemy mieszanie materiałów jako proces kontrolowany, a nie etap przygotowawczy. Jeśli proporcje są nieprawidłowe, żadna późniejsza regulacja nie jest w stanie ich w pełni naprawić.
Po wymieszaniu silikon umieszcza się w pojemniku przelewowym. Podgrzanie wstępne daje zauważalną różnicę. Zimny materiał zmusza nas do zwiększenia ciśnienia, co zazwyczaj stwarza nowe problemy zamiast rozwiązywać problemy z przepływem.
Etap transferu
Po zamknięciu formy tłok wtłacza silikon do gniazd. Typowe ciśnienie mieści się w zakresie od 500 do 2000 psi.
Powszechnie przyjmuje się, że wyższe ciśnienie poprawia wypełnienie. W przypadku STM jest to jednak tylko częściowo prawdą. Gdy ciśnienie jest wykorzystywane do kompensacji słabego odpowietrzania, często skutkuje to większą ilością wypływek i przesunięć wkładek.
Przywiązujemy dużą wagę do konstrukcji wlotu i wylotu. Kiedy pęcherzyki powietrza pojawiają się w tym samym miejscu w każdym cyklu, przyczyną prawie nigdy nie jest materiał. Zazwyczaj jest to uwięzione powietrze, które nie ma dokąd uciec.
Dobry przepływ jest wynikiem kontroli temperatury i konstrukcji formy, a nie stosowania brutalnej siły.
Odnalezienie
Temperatura utwardzania zwykle mieści się w przedziale od 150°C do 200°C, a czas cyklu różni się w zależności od grubości elementu.
W przypadku cienkich elementów utwardzanie wydaje się szybkie i proste. W przypadku grubszych lub konstrukcyjnych elementów czas utwardzania staje się kluczowy. Często zalecamy utwardzanie końcowe w temperaturze około 200°C przez kilka godzin, szczególnie w zastosowaniach medycznych lub wysokotemperaturowych.
Pominięcie utwardzania wtórnego oszczędza czas w trakcie produkcji, ale często prowadzi do odkształceń trwałych lub problemów mechanicznych po miesiącach. Problemy te są znacznie trudniejsze do wyjaśnienia klientowi niż dłuższy cykl utwardzania z góry.
Rozformowanie
Rozformowywanie to jeden z tych etapów, na który rzadko zwraca się uwagę, dopóki coś nie pójdzie nie tak.
Kołki wypychające należy umieszczać ostrożnie. Zbyt duża siła lub nieprawidłowe umiejscowienie może odkształcić miękki silikon lub pozostawić widoczne ślady. W przypadku delikatnych części czasami stosujemy wyjmowanie z formy wspomagane próżnią, aby zmniejszyć naprężenia podczas wyjmowania.
Jeżeli część ulegnie uszkodzeniu na tym etapie, żadna dobra jakość formowania w poprzednim etapie nie będzie w stanie jej naprawić.
Przetwarzanie końcowe
Wypływki są powszechne w obróbce strumieniowo-ściernej (STM). Typowa grubość wypływek waha się od 0,05 mm do 0,2 mm, w zależności od dopasowania formy i siły zacisku.
W przypadku części wielkoseryjnych często stosujemy kriogeniczne usuwanie wypływek. W przypadku części widocznych lub małoseryjnych, ręczne przycinanie zapewnia lepszą kontrolę. Obróbka powierzchni, taka jak aktywacja plazmowa, jest stosowana, gdy wymagane jest klejenie lub powlekanie.
Te kroki są często niedoceniane podczas tworzenia wyceny, ale odgrywają one kluczową rolę w końcowym wyglądzie i spójności.
Wybór materiału: Dlaczego HCR nadal jest rozwiązaniem domyślnym
HCR pozostaje podstawowym materiałem do STM, ponieważ zapewnia lepszą odporność na rozdarcie i stabilność wymiarową pod wpływem ciśnienia.
Twardość zazwyczaj waha się od 30 do 80 w skali Shore'a A. Miękkie materiały łatwiej się przepływają, ale wymagają lepszego odpowietrzania. Twardsze materiały lepiej zachowują kształt, ale wymagają bardziej precyzyjnej kontroli temperatury i ciśnienia.
W zastosowaniach medycznych i w kontakcie z żywnością, certyfikowane związki są standardem. Zawsze weryfikujemy proces utwardzania podczas rzeczywistych prób, a nie tylko na podstawie kart charakterystyki.
Parametry procesu wpływające na wydajność
Z naszych danych produkcyjnych wynika, że najbardziej wrażliwymi parametrami są:
- Ciśnienie przesyłowe: 500–2000 psi
- Temperatura formy: 150–200°C
- Prędkość transferu: zbyt szybkie napowietrzanie, zbyt wolne naraża na przedwczesne utwardzenie
- Czas utwardzania: brak czasu często prowadzi do powstawania miękkich rdzeni
Gdy parametry te ulegają zmianom, szybko pojawiają się defekty.
Wytyczne projektowe, które oszczędzają czas później
Jednolita grubość ścianki jest nadal najpewniejszą zasadą. Nagłe zmiany grubości często prowadzą do niepełnego wypełnienia lub naprężeń wewnętrznych.
Umiejscowienie wlewu i kanału doprowadzającego powinno zapewniać płynny przepływ, a nie tylko najkrótsze ścieżki. Wkładki powinny być mocowane mechanicznie, jeśli to możliwe. Poleganie wyłącznie na silikonowym płynie do mocowania wkładek zazwyczaj prowadzi do problemów z wyrównaniem.
Dobry projekt pozwala skuteczniej ograniczyć ilość odpadów niż agresywne dostosowywanie parametrów.
Kontrola jakości: wczesne wykrywanie problemów
Do typowych wad STM zalicza się pęcherzyki powietrza, niedostateczne utwardzenie, nadmierne błyski i niedostateczne utwardzenie.
Rutynowo kontrolujemy twardość, wytrzymałość na rozciąganie i wymiary. W przypadku części medycznych i elektronicznych, dodatkowa walidacja gwarantuje długotrwałą wydajność.
Większość usterek ma swoje źródło w konstrukcji odpowietrznika lub niestabilności parametrów, a nie w jakości materiału.
Zalety i ograniczenia w rzeczywistym użytkowaniu
Co STM robi dobrze
- Spójne wypełnianie złożonych geometrii
- Niezawodne formowanie wtryskowe bez konieczności montażu wtórnego
- Rozsądny koszt oprzyrządowania dla średnich wolumenów
Gdzie STM ma ograniczenia
- Dłuższy czas utwardzania niż w przypadku formowania wtryskowego
- Odpad materiałowy z kanałów i pojemników transferowych
- Większe poleganie na wiedzy specjalistycznej w zakresie form i procesów
STM działa najlepiej, gdy precyzja i niezawodność mają większe znaczenie niż sama prędkość.
Typowe zastosowania, którymi się zajmujemy
STM jest powszechnie stosowany do:
- Elementy urządzeń medycznych
- Kapsułki elektroniczne
- Uszczelnienia przemysłowe z wkładkami
- Specjalistyczne produkty konsumenckie
Jego siła leży w produkcji części, które muszą działać spójnie, a nie tylko wyglądać poprawnie.
Formowanie transferowe a inne metody formowania silikonu
Transfer vs Formowanie tłoczne
Formowanie tłoczne jest opłacalne w przypadku prostych, grubych elementów. Formowanie transferowe zapewnia lepszą kontrolę przepływu i integrację wkładek w przypadku precyzyjnych komponentów.
Transfer vs Formowanie wtryskowe
Formowanie wtryskowe doskonale sprawdza się w automatyzacji dużych wolumenów. Formowanie transferowe jest bardziej elastyczne i ekonomiczne w przypadku średnich wolumenów z wykorzystaniem materiałów HCR.
Często Zadawane Pytania
Ile kosztuje STM?
Koszty zależą od złożoności i objętości części. Formowanie metodą STM zazwyczaj plasuje się pomiędzy formowaniem tłocznym a formowaniem wtryskowym pod względem kosztów całkowitych.
Jak długi jest jeden cykl STM?
Sam transfer jest szybki, ale utwardzanie trwa zazwyczaj od 1 do 15 minut, w zależności od grubości i materiału.
Czy STM nadaje się do urządzeń medycznych?
Tak. Technologia STM jest powszechnie stosowana w produkcji podzespołów medycznych ze względu na stabilność materiału i możliwość formowania wtryskowego.
Czym STM różni się od formowania wtryskowego?
STM pracuje przy niższym ciśnieniu i nadaje się do produkcji złożonych elementów o średniej objętości. Formowanie wtryskowe sprzyja zautomatyzowanej produkcji wielkoseryjnej.
Wniosek
Formowanie transferowe silikonu nie jest wybierane ze względu na modę czy prostotę. Wybiera się je, ponieważ rozwiązuje specyficzne problemy, z którymi borykają się inne metody formowania.
Gdy projekt formy, dobór materiałów i kontrola procesu są wykonane prawidłowo, STM dostarcza spójne, wysokowydajne części z mniejszą liczbą niespodzianek na późniejszym etapie.
Od lat zajmujemy się formowaniem silikonowym w wielu branżach. Jeśli rozważasz zastosowanie STM w swoim produkcie lub porównujesz opcje formowania, chętnie omówimy Twój projekt w oparciu o rzeczywiste warunki produkcyjne, a nie założenia.
