Литье под давлением с использованием вулканизированной резины

Формы из вулканизированной резины используются для производства восковых мастер-форм для литья по выплавляемым моделям металлических деталей, таких как ювелирные изделия, небольшие промышленные компоненты и игровые миниатюры. Этот процесс может быть полезен, когда Вы хотите создать несколько экземпляров той же модели, сохранить дизайн в архивных целях или хотите использовать литье из восковой детали, а не непосредственно напечатанного фотополимера. В то время как Formlabs предлагает полимер Castable Resin для непосредственного литья по выплавляемым моделям, использование вулканизации позволяет создать форму, способную производить несколько копий восковых моделей для более быстрого и легкого процесса выгорания. Formlabs проверила совместимость непосредственно отпечатанных мастер-моделей для вулканизации из черного полимера Black Resin и высокотемпературного полимера High Temp Resin при комнатной температуре и высокотемпературными формовочными каучуками. Результаты показывают, что мастер-модели, напечатанные с помощью Form 2, подходят для вулканизации при комнатной температуре (RTV) и вулканизации высокотемпературного натурального каучука.

ВВЕДЕНИЕ

Формы из вулканизированной резины используются для производства восковых мастер-форм для литья по выплавляемым моделям металлических деталей, таких как ювелирные изделия, небольшие промышленные компоненты и игровые миниатюры. Во время химического процесса вулканизации резина, которая является жесткой и слабой в своем естественном состоянии, становится более прочной и устойчивой к разрыву. Как натуральный каучук, так и силикон могут быть вулканизированы.

Натуральный каучук и большинство силиконовых формовочных материалов вулканизируются при воздействии высоких температур и давления. Этот метод, традиционно используемый профессиональными ювелирами, требует инвестиций в специализированное оборудование для вулканизации при воздействии высоких температур. Доступны самые разнообразные материалы с различной твердостью.

Некоторые силиконовые формовочные каучуки отверждаются при комнатной температуре с добавлением химического катализатора; это называется вулканизацией при комнатной температуре (RTV) или холодным формованием. Этот метод требует гораздо более низких первоначальных инвестиций, но текущие материальные затраты могут быть выше. Формы RTV могут потребовать от одного часа до восемнадцати часов для отверждения. Формы обычно немного прочнее натурального каучука или вулканизированного нагревом силикона.

Мастер-формы для изготовления отливочных форм традиционно обрабатываются из металла (что дорого и неприбыльно для мелкосерийного производства) или путем ручной обработки (что может быть недостаточно точным для некоторых применений). 3D-печать представляет собой недорогой метод для создания точных мастер- моделей CAM для вулканизованных резиновых форм.

Примечание: RTV может быть привлекательным методом для мелкосерийного производства, требуя меньше первоначальных инвестиций, чем установка для вулканизации под нагревом. Для небольшого цеха это делает производство отливочных форм очень разумным дополнением к вашему рабочему процессу. Существует широкий спектр материалов форм. Такие продукты, как Castaldo ICE RTV, затвердевают в течение 60 — 90 минут или менее, что может быть очень быстрым и удобным решением.

ТЕСТИРОВАНИЕ СОВМЕСТИМОСТИ ОСНОВНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

Мы провели эксперимент, чтобы определить, какие резиновые формовочные материалы достигают наилучших результатов с помощью мастер-форм, напечатанных на 3D принтере с использованием полимера Formlabs Black Resin, универсального прототипирующего полимера с высокой детализацией и точностью, и полимера High Temp Resin, высокоэффективного инженерного полимера с отклонением температуры нагрева (HDT) 289 °C при 0,45 МПа.

МЕТОД

Несколько копий простого кольца были напечатаны на стереолитографическом 3D-принтере Форма 2 (SLA) из черного и высокотемпературного полимера при толщине 25 микрон. После печати мы промывали модели в течение 20 минут в растворе 99% изопропилового спирта (IPA), давали им высохнуть на воздухе и выдерживали их в течение 4 часов под ультрафиолетовой лампой 365 нм.

Formlabs сотрудничала с Alan Leavitt Jewelers в Бостоне, штат Массачусетс, в выполнении процесса упаковки, вулканизации, разделения и оценки форм. После пост-отверждения мы закрыли модели с формой и покрыли их неотвержденной резиной или силиконом. Силиконовые формы комнатной температуры отверждались в течение 18 часов, а высокотемпературные формы из натурального каучука были вулканизированы нагревом и давлением. После вулканизации мы разрезали формы, открытые ступенчатым процессом, чтобы создать взаимосвязанные геометрии и ключи, которые помогают перемещать две половины формы.

Form Cure спроектирован и широко протестирован для достижения оптимального пост-отверждения для полимеров Formlabs, обеспечивая надежное, профессиональное решение для пост-отверждения. Используя настройки, уникальные для каждого материала, Form Cure сочетает в себе мощность источника света 405 нм с точным контролем температуры, чтобы обеспечить полное пост-отверждение каждой детали.

РЕЗУЛЬТАТЫ: СИЛИКОН С ВУЛКАНИЗАЦИЕЙ ПРИ КОМНАТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ (RTV)

Smooth-On SORTA-Clear 40 силикон, который отверждается при комнатной температуре (21 °C или 70 °F), дает успешные формы с использованием как черных, так и высокотемпературных полимеров. Ни одна из мастер-моделей не треснула или не изменила форму во время вулканизации. Полимер Black Resin можно легко наблюдать сквозь прозрачный материал, поэтому ювелир может быстро и уверенно разрезать форму.

Black Resin можно легко увидеть сквозь прозрачную силиконовую форму.

РЕЗУЛЬТАТЫ: НАТУРАЛЬНЫЙ КАУЧУК С ВУЛКАНИЗАЦИЕЙ ПРИ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ

Смесь каучука Romanoff Blue Lo-Shrink Rubber и каучука Castaldo Gold Label natural rubber, которые отверждаются при температуре 155 °C (310 °F) и 153 °C (307 °F), соответственно, дает успешную форму с высокотемпературным полимером, но не с черным полимером. Высокотемпературная мастер-форма оставалась геометрически точной во время и после вулканизации, и форма четко отображала каждую деталь.

Внутренняя часть формы из натурального каучука, изготовленная с помощью мастер- формы, напечатанной на Form 2 с высокотемпературным полимером.

Кольцо мастер-модели из черного полимера Black Resin слабо деформировалось во время вулканизации. Форма открывалась нормально и создавала гладкую и детальную полость, но геометрия конструкции искажалась. Мы ожидали этого результата: Black Resin не предназначен для высокотемпературных применений и деформируется при воздействии тепла или высокого давления.

Оригинальная форма кольца, напечатанная из Black Resin (слева), искажена при воздействии высокотемпературной вулканизации, что приводит к образованию деформированной формы и низкокачественных формованных восков (справа). Такой проблемы не возникало при использовании высокотемпературного полимера, который имеет более высокую температуру отталкивания тепла (HDT).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ / РЕКОМЕНДАЦИИ

Стандартный полимер Black Resin Formlabs и высокотемпературный полимер High Temp Resin могут использоваться для изготовления вулканизованных резиновых форм. Black Resin хорошо работает для «холодной формовки» при комнатной температуре с силиконом и образует хорошую форму. Его видимость во время резки упростила процесс. Высокотемпературный полимер также работает для холодного формования, но не обладает такой же удобной видимостью.

Другие стандартные полимеры Formlabs — серый, белый и прозрачный — механически подобны черному полимеру Black Resin и могут также использоваться для литья под давлением в помещении. Серый полимер — это самый точный стандартный полимер Formlabs. Полимер Dental Model Resin, самый точный из всех полимеров Formlabs, также подходит для образования форм при комнатных температурах.

Герметизирующий полимер Castable Resin также может использоваться для процессов RTV. Это может быть полезно для ювелиров, уже работающих с этим материалом. Печатные объекты из Castable Resin более мягкие, чем наши стандартные полимеры, и поэтому после отверждения требуется использование герметизирующих печатных деталей в качестве мастер-моделей. После создания формы RTV герметизирующие мастер-модели должны быть проверены на предмет любой деформации, чтобы подтвердить целостность формы. Castable Resin не пригоден для высокотемпературной вулканизации.

Высокотемпературный полимер хорошо работает для высокотемпературной вулканизации и может использоваться с натуральным каучуком. Высокотемпературные формовочные силиконы могут иметь различное механическое поведение.

Примечание: существуют также «LTV» силиконовые вулканизируемые нагревом каучуки для более низких температур, которые, как мы ожидаем, будут хорошо работать с высокотемпературным полимером и могут потенциально хорошо работать с нашими стандартными полимерами, такими как Black Resin.

	СТАНДАРТНЫЕ ПОЛИМЕРЫ	ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ПОЛИМЕРЫ
Силикон комнатной температуры (затвердевает при 21 °C, 72 °F)
Натуральный каучук (затвердевает при 153 °C, 307 °F)

Рекомендуемые комбинации полимера и формовочного материала.