Người ta thường mô tả ép khuôn chuyển silicon là một quy trình cân bằng.
Từ góc nhìn của chúng tôi tại nhà máy, STM không chỉ đơn thuần là về sự cân bằng mà còn là về sự kiểm soát.
Chúng tôi thường chuyển sang ép chuyển khi ép nén trở nên không ổn định, còn ép phun thì không cần thiết hoặc quá tốn kém so với sản lượng. Hầu hết các dự án STM đều đến với chúng tôi với một yêu cầu rõ ràng: sản phẩm phải đạt chất lượng ngay từ lần đầu tiên, chứ không phải sau nhiều bước lắp ráp hoặc chỉnh sửa.
Bài viết này không giải thích STM theo cách mà sách giáo khoa vẫn làm. Nó giải thích cách STM thực sự hoạt động trong quá trình thử nghiệm khuôn mẫu, sản xuất theo lô nhỏ và các dự án thực tế của khách hàng.
Đúc chuyển silicone là gì?
Ép khuôn chuyển silicon (Silicone Transfer Molding - STM) là một quy trình trong đó silicon chưa đông cứng được đẩy từ một thùng chứa vào một khuôn kín, được gia nhiệt dưới áp suất, sau đó được làm đông cứng thành hình dạng cuối cùng.
Trên thực tế, STM hiếm khi được lựa chọn chỉ vì một bộ phận nào đó phức tạp.
Nó được chọn vì chi tiết này không thể chịu được việc điền đầy không đều, sự dịch chuyển của chi tiết chèn hoặc sự sai lệch kích thước.
Chúng ta thường thấy công nghệ STM được sử dụng nhiều nhất cho các tay cầm y tế, vỏ bọc điện tử và các bộ phận silicon được đúc trực tiếp lên các chi tiết kim loại hoặc nhựa. Đây là những bộ phận mà phương pháp ép khuôn gặp khó khăn trong việc tạo hình khối đồng đều, còn ép phun lại làm tăng chi phí và độ phức tạp mà không mang lại lợi ích rõ ràng.
Cách thức hoạt động của phương pháp ép khuôn chuyển silicon trong xưởng sản xuất
Chuẩn bị khuôn
Nếu một chi tiết được sản xuất bằng phương pháp đúc chuyển tiếp không đạt yêu cầu kiểm tra, nguyên nhân gốc rễ thường được tìm ra từ nhiều tuần trước đó, trong giai đoạn thiết kế khuôn.
Chúng tôi sử dụng cả khuôn thép và khuôn nhôm. Thép được dùng khi cần độ ổn định lâu dài. Nhôm thường được sử dụng trong giai đoạn lấy mẫu ban đầu vì nó giúp rút ngắn thời gian sản xuất. Nhưng bất kể vật liệu nào, khuôn STM cần được thiết kế khác với khuôn nhựa.
Chúng tôi đã từng thấy những dự án mà mọi thứ trông có vẻ đúng trên giấy tờ, nhưng dung sai khuôn quá khắt khe đối với silicone. Kết quả là xuất hiện bavia quá nhiều ở một khu vực và thiếu vật liệu ở khu vực khác. Sau đó, chúng tôi không còn coi khuôn STM như những khuôn ép phun thông thường nữa. Chúng không giống nhau.
Trước khi sản xuất, khuôn được làm sạch và phủ chất chống dính. Bước này nghe có vẻ đơn giản, nhưng bỏ qua hoặc sử dụng chất chống dính không phù hợp thường dẫn đến hiện tượng dính khuôn và các khuyết tật bề mặt chỉ xuất hiện sau vài lần sử dụng.
Chuẩn bị vật liệu
STM chủ yếu sử dụng cao su có độ nhớt cao (HCR). Một lý do rất đơn giản: HCR hoạt động ổn định hơn dưới áp lực truyền tải, đặc biệt là khi có các chi tiết chèn.
Tỷ lệ pha trộn thường nằm trong khoảng từ 10:1 đến 20:1, tùy thuộc vào hợp chất. Trên lý thuyết, một sai lệch nhỏ có vẻ không nghiêm trọng. Nhưng trên thực tế, sai sót về tỷ lệ thường không thể hiện ngay lập tức.
Chúng tôi từng sản xuất một mẻ với tỷ lệ pha trộn hơi lệch. Các chi tiết được tách khuôn sạch sẽ và trông đạt yêu cầu. Chỉ đến khi kiểm tra cuối cùng, chúng tôi mới nhận thấy sự khác biệt về độ cứng trong cùng một khoang khuôn. Điều đó đủ để khiến lô hàng bị lỗi.
Kể từ đó, chúng tôi coi việc trộn nguyên liệu là một quy trình được kiểm soát, chứ không phải là một bước chuẩn bị. Nếu tỷ lệ không đúng, thì không có điều chỉnh nào ở các bước tiếp theo có thể khắc phục hoàn toàn được.
Sau khi trộn, hỗn hợp silicone được cho vào bình chuyển. Việc làm nóng trước ở đây tạo ra sự khác biệt đáng kể. Vật liệu lạnh buộc chúng ta phải tăng áp suất, điều này thường tạo ra các vấn đề mới thay vì giải quyết các vấn đề về dòng chảy.
Giai đoạn chuyển tiếp
Sau khi khuôn được đóng lại, pít tông sẽ đẩy silicon vào các khoang. Áp suất thông thường dao động từ 500 đến 2.000 psi.
Một giả định phổ biến là áp suất cao hơn sẽ cải thiện quá trình điền đầy. Trong STM, điều này chỉ đúng một phần. Khi sử dụng áp suất để bù đắp cho việc thoát khí kém, kết quả thường là tạo ra nhiều bavia hơn và các mảnh chèn bị xê dịch.
Chúng tôi đặc biệt chú trọng đến thiết kế cửa van và lỗ thông hơi. Khi bọt khí xuất hiện ở cùng một vị trí trong mỗi chu kỳ, nguyên nhân hầu như không phải do vật liệu. Thông thường đó là do không khí bị kẹt không có chỗ thoát ra.
Khả năng chảy tốt đến từ việc kiểm soát nhiệt độ và thiết kế khuôn, chứ không phải từ sức mạnh thô bạo.
chữa bệnh
Nhiệt độ sấy thường nằm trong khoảng từ 150°C đến 200°C, với thời gian chu kỳ thay đổi tùy thuộc vào độ dày của chi tiết.
Đối với các chi tiết mỏng, quá trình đóng rắn diễn ra nhanh chóng và đơn giản. Đối với các chi tiết dày hơn hoặc có cấu trúc, thời gian đóng rắn trở nên rất quan trọng. Chúng tôi thường khuyến nghị xử lý nhiệt sau đóng rắn ở khoảng 200°C trong vài giờ, đặc biệt là đối với các ứng dụng y tế hoặc nhiệt độ cao.
Việc bỏ qua giai đoạn xử lý sau in giúp tiết kiệm thời gian trong sản xuất, nhưng thường dẫn đến hiện tượng biến dạng do nén hoặc các vấn đề về cơ học vài tháng sau đó. Những vấn đề này khó giải thích cho khách hàng hơn nhiều so với việc kéo dài chu kỳ xử lý ban đầu.
tháo khuôn
Tháo khuôn là một trong những bước ít được chú ý cho đến khi xảy ra sự cố.
Cần đặt chốt đẩy cẩn thận. Dùng lực quá mạnh hoặc đặt sai vị trí có thể làm biến dạng silicon mềm hoặc để lại vết hằn. Đối với các chi tiết mỏng manh, đôi khi chúng tôi sử dụng phương pháp hút chân không để giảm ứng suất trong quá trình tháo khuôn.
Nếu một chi tiết bị hư hỏng ở giai đoạn này, thì dù có gia công tốt đến đâu ở các công đoạn trước đó cũng không thể khắc phục được.
Xử lý hậu kỳ
Hiện tượng bavia (flash) khá phổ biến trong STM. Độ dày bavia điển hình dao động từ 0,05 mm đến 0,2 mm, tùy thuộc vào độ khít của khuôn và lực kẹp.
Đối với các chi tiết sản xuất số lượng lớn, chúng tôi thường sử dụng phương pháp loại bỏ bavia bằng phương pháp đông lạnh. Đối với các chi tiết nhỏ hoặc sản xuất số lượng ít, việc cắt gọt thủ công cho phép kiểm soát tốt hơn. Các phương pháp xử lý bề mặt như kích hoạt plasma được thêm vào khi cần liên kết hoặc phủ lớp.
Các bước này thường bị đánh giá thấp trong quá trình báo giá, nhưng chúng đóng vai trò quan trọng trong hình thức và tính nhất quán cuối cùng.
Lựa chọn vật liệu: Tại sao HCR vẫn là lựa chọn mặc định
HCR vẫn là vật liệu chính cho STM vì nó có khả năng chống rách và ổn định kích thước tốt hơn dưới áp lực.
Độ cứng thường nằm trong khoảng từ 30 đến 80 Shore A. Vật liệu mềm hơn dễ chảy nhưng cần khả năng thông gió tốt hơn. Vật liệu cứng hơn giữ hình dạng tốt hơn nhưng đòi hỏi kiểm soát nhiệt độ và áp suất chính xác hơn.
Đối với các ứng dụng y tế và tiếp xúc với thực phẩm, các hợp chất được chứng nhận là tiêu chuẩn. Chúng tôi luôn xác minh hành vi đóng rắn trong các thử nghiệm thực tế, chứ không chỉ thông qua bảng dữ liệu.
Các thông số quy trình ảnh hưởng đến năng suất
Dựa trên dữ liệu sản xuất của chúng tôi, các thông số nhạy cảm nhất là:
- Áp suất truyền tải: 500–2.000 psi
- Nhiệt độ khuôn: 150–200°C
- Tốc độ truyền tải: Quá nhanh sẽ giữ lại không khí, quá chậm lại có nguy cơ làm khô sớm.
- Thời gian đông cứng: Thiếu thời gian thường dẫn đến lõi mềm.
Khi các thông số này thay đổi, các lỗi sẽ nhanh chóng xuất hiện.
Nguyên tắc thiết kế giúp tiết kiệm thời gian về sau
Độ dày thành đồng nhất vẫn là quy tắc đáng tin cậy nhất. Sự thay đổi độ dày đột ngột thường dẫn đến việc lấp đầy không hoàn toàn hoặc ứng suất bên trong.
Vị trí đặt cổng phun và đường dẫn phải đảm bảo dòng chảy trơn tru, chứ không chỉ là đường đi ngắn nhất. Các chi tiết chèn nên được cố định bằng cơ học bất cứ khi nào có thể. Chỉ dựa vào dòng chảy của silicone để giữ các chi tiết chèn thường dẫn đến các vấn đề về căn chỉnh.
Thiết kế tốt giúp giảm thiểu phế phẩm hiệu quả hơn so với việc điều chỉnh thông số một cách mạnh mẽ.
Kiểm soát chất lượng: Phát hiện vấn đề sớm
Các lỗi thường gặp trong công nghệ STM bao gồm bọt khí, thiếu vật liệu, hiện tượng bavia quá mức và đóng rắn chưa hoàn toàn.
Chúng tôi thường xuyên kiểm tra độ cứng, độ bền kéo và kích thước. Đối với các bộ phận y tế và điện tử, việc kiểm định bổ sung đảm bảo hiệu suất lâu dài.
Hầu hết các lỗi đều bắt nguồn từ thiết kế hệ thống thông gió hoặc sự không ổn định của các thông số, chứ không phải chất lượng vật liệu.
Ưu điểm và hạn chế trong sử dụng thực tế
Những điểm mạnh của STM
- Điền đầy đều cho các hình dạng phức tạp
- Đúc khuôn chèn đáng tin cậy mà không cần lắp ráp thứ cấp.
- Chi phí dụng cụ hợp lý cho sản lượng trung bình.
Những hạn chế của STM
- Thời gian đóng rắn lâu hơn so với ép phun.
- Vật liệu thừa từ các đường dẫn và chậu chuyển
- Phụ thuộc nhiều hơn vào chuyên môn về khuôn mẫu và quy trình.
Công nghệ STM hoạt động hiệu quả nhất khi độ chính xác và độ tin cậy quan trọng hơn tốc độ thô.
Các ứng dụng tiêu biểu mà chúng tôi xử lý
STM thường được sử dụng cho:
- Linh kiện thiết bị y tế
- Bao bọc điện tử
- Gioăng công nghiệp có miếng lót
- Sản phẩm tiêu dùng chuyên dụng
Điểm mạnh của nó nằm ở việc sản xuất các bộ phận phải hoạt động ổn định, chứ không chỉ trông đẹp mắt.
So sánh phương pháp đúc chuyển tiếp và các phương pháp đúc silicon khác
Chuyển nhượng vs Tạo hình bằng khuôn ép
Ép khuôn nén tiết kiệm chi phí cho các chi tiết đơn giản, dày. Ép khuôn chuyển tiếp cung cấp khả năng kiểm soát dòng chảy tốt hơn và tích hợp các chi tiết phụ trợ cho các bộ phận chính xác.
Chuyển nhượng vs ép phun
Ép phun có ưu điểm vượt trội về tự động hóa sản xuất hàng loạt. Ép chuyển nhiệt linh hoạt và tiết kiệm chi phí hơn đối với sản lượng trung bình khi sử dụng vật liệu HCR.
Các câu hỏi thường gặp
STM có giá bao nhiêu?
Chi phí phụ thuộc vào độ phức tạp và số lượng của chi tiết. Chi phí tổng thể của công nghệ STM thường nằm giữa ép khuôn và ép phun.
Một chu kỳ STM kéo dài bao lâu?
Quá trình chuyển hình diễn ra nhanh chóng, nhưng thời gian đông cứng thường mất từ 1 đến 15 phút, tùy thuộc vào độ dày và chất liệu.
STM có phù hợp với thiết bị y tế không?
Đúng vậy. STM được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các linh kiện y tế nhờ tính ổn định vật liệu và khả năng đúc khuôn chèn.
STM khác với ép phun như thế nào?
Công nghệ STM hoạt động ở áp suất thấp hơn và phù hợp với các chi tiết phức tạp, có khối lượng sản xuất trung bình. Ép phun thích hợp cho sản xuất tự động, khối lượng lớn.
Phần kết luận
Phương pháp đúc chuyển silicon không được lựa chọn vì nó hợp thời trang hay đơn giản. Nó được lựa chọn vì giải quyết được những vấn đề cụ thể mà các phương pháp đúc khác gặp khó khăn.
Khi thiết kế khuôn mẫu, lựa chọn vật liệu và kiểm soát quy trình được thực hiện đúng cách, STM sẽ cung cấp các bộ phận có hiệu suất cao, ổn định với ít sự cố phát sinh hơn trong các giai đoạn tiếp theo.
Chúng tôi đã có nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực đúc khuôn silicon tại nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Nếu bạn đang đánh giá công nghệ STM cho sản phẩm của mình hoặc so sánh các lựa chọn đúc khuôn, chúng tôi rất sẵn lòng thảo luận về dự án của bạn dựa trên điều kiện sản xuất thực tế, chứ không phải dựa trên giả định.
