Лиття в силікон за допомогою 3D друку: сучасний підхід

Сучасні технології 3D друку відкривають нові можливості для виготовлення форм і моделей. Одним із найпрактичніших способів тиражування є лиття в силікон. Поєднання цих двох методів дозволяє швидко та економно створювати високоточні копії виробів зі складною геометрією. У цій статті розглянемо, як саме працює цей процес, які матеріали використовуються та які переваги він надає.

Процес заливки у силіконову форму та вибір матеріалів

Після виготовлення силіконової форми та вилучення з неї майстер-моделі форму можна використовувати для заливки різних матеріалів залежно від мети та технічних вимог майбутнього виробу. Це може бути:

• Поліуретан: ідеально підходить для функціональних виробів, відзначається міцністю та зносостійкістю
• Епоксидна смола: забезпечує високу твердість, прозорість та естетичний вигляд
• Гіпс: часто застосовується для архітектурних макетів, недорогий та зручний у використанні
• Віск: використовується для виготовлення виплавлюваних моделей у ювелірному виробництві
• Силікон: підходить для гнучких та еластичних деталей

Матеріали змішуються згідно з інструкцією виробника, витримується необхідний час для хімічної реакції. Перед заливкою форму очищають від пилу, перевіряють на герметичність і, за потреби, обробляють розділювальним агентом. Це полегшує вилучення готового виробу та продовжує термін служби форми.

Суміш заливається у форму через спеціально передбачений отвір. Щоб уникнути повітряних бульбашок, використовують вібраційний стіл або вакуумну камеру. Після заливки форма витримується певний час – залежно від властивостей матеріалу та умов навколишнього середовища. Коли виріб затвердіє, його виймають і, якщо потрібно, проводять додаткову механічну або декоративну обробку.

Силіконові форми, як правило, придатні для багаторазового використання, що робить їх економічно доцільними для дрібносерійного або індивідуального виробництва.

Переваги методу лиття в силікон за допомогою 3D друку

Швидке виготовлення малих серій виробів

• Ідеально підходить для виготовлення 5-50 однакових копій.
• Особливо зручно для тестування продуктів перед запуском серійного виробництва.
• Підходить для виготовлення сувенірів, декоративних елементів, функціональних деталей.

Висока точність відтворення форми

• Силікон відтворює найменші деталі 3D-друкованої моделі – текстуру, виступи, пази.
• Якість майстер-моделі напряму впливає на точність готових копій.
• Після заливки можна отримати поверхню, придатну навіть без додаткового шліфування.

Низька вартість виготовлення форм

• Вартість силіконової форми в рази нижча за металічну або алюмінієву прес-форму.
• Суттєва економія для невеликих партій або разових замовлень.
• Не потрібна дорога металообробка чи ЧПУ-фрезерування.

Гнучкість у виборі матеріалів для заливки

• Поліуретанові смоли: для міцних і зносостійких виробів.
• Епоксидні композити: для прозорих, твердих або художніх об’єктів.
• Гіпс: для архітектурних макетів або фігурок.
• Силікон: для м’яких еластичних деталей.
• Віск або віскоподібні склади: для лиття за виплавлюваними моделями.

Залежно від завдань можна змінювати жорсткість, колір або інші властивості кінцевого продукту.

Можливість повторного використання форм

• Одна форма витримує в середньому від 10 до 50 циклів заливки.
• При акуратному використанні та дотриманні технології кількість копій може бути ще більшою.
• Форму можна зберігати та використовувати повторно при появі нових потреб у виробництві.

Гнучкість і швидкість змін у проєкті

• Якщо потрібно змінити модель, її можна швидко відредагувати в CAD-програмі та знову надрукувати на 3D-принтері.
• Немає потреби переробляти дорогі прес-форми – лише оновити майстер-модель.

Застосування лиття в силікон з використанням 3D-друку

Прототипування нових виробів

• Метод дозволяє швидко виготовити фізичну копію цифрової 3D-моделі без потреби запуску повноцінного виробництва.
• Це зручно на етапах розробки технічних пристроїв, корпусів, інтерфейсів чи деталей, які потрібно протестувати на зручність, габарити або з’єднання з іншими елементами.
• Можна швидко внести зміни в модель, надрукувати нову версію та зробити нову форму без значних витрат.
  

Виготовлення декоративних елементів

• Часто застосовується у створенні предметів інтер’єру, елементів оформлення, арт-об’єктів або сувенірної продукції.
• Силіконові форми дозволяють зберігати дрібну деталізацію та складну геометрію, характерну для художніх виробів.
• Можна експериментувати з матеріалами для досягнення бажаного кольору, прозорості чи текстури.

Створення функціональних деталей для тестування

• Метод підходить для виготовлення дрібних серій деталей, які мають виконувати реальні функції – наприклад, елементи кріплення, кришки, корпуси, ущільнювачі.
• Такий підхід зручний для інженерів, які перевіряють відповідність матеріалу до умов експлуатації: термостійкість, навантаження, стирання тощо.
• Можна виготовити кілька варіантів одного виробу для паралельного тестування.

Мале серійне виробництво

• Ідеальне рішення для обмежених партій продукції, наприклад, 10-100 виробів без запуску дорогої прес-форми.
• Зручно для авторських брендів, стартапів або компаній, які виробляють нестандартні деталі під конкретне замовлення.
• Дає змогу швидко вивести товар на ринок, перевірити попит, отримати зворотний зв’язок і за потреби масштабувати виробництво.

Технологія та обладнання для 3D друку в процесі лиття в силікон

У технології лиття в силікон якість поверхні майстер-моделі є критичною. Щоб уникнути появи дефектів на готових відливках, модель повинна бути максимально гладкою. Саме тому найбільш доцільним рішенням є використання SLA 3D принтерів, які забезпечують високу точність та мінімальну шаруватість завдяки затвердінню фотополімеру лазером.

Одним з важливих чинників, що впливають на якість готового виробу при литті в силікон, є стан поверхні майстер-моделі. Силікон дуже точно передає рельєф моделі, включно з усіма мікронерівностями. Якщо поверхня буде шорсткою або матиме видимі дефекти, ці недоліки точно відобразяться на всіх відливках. Тому якість 3D-друку відіграє ключову роль.

Технології 3D друку:

FDM (екструзія пластику)

Це найпоширеніша технологія, але її вироби мають характерну шаруватість. Щоб зробити поверхню гладкою, потрібно додатково шліфувати, шпаклювати або покривати виріб ґрунтом, що збільшує час і трудовитрати. Через це FDM не завжди підходить для виготовлення майстер-моделей для лиття.

SLA (стереолітографія)

Найбільш підходяща технологія для виготовлення майстер-моделей. Вона забезпечує високу роздільну здатність (до 10 мікрон по осі Z), гладку поверхню та мінімальну післяобробку. SLA-друк виконується шляхом затвердіння фотополімерної смоли лазером шар за шаром. Такі моделі відразу готові до заливки силіконом або потребують лише незначного полірування.

Етапи технологічного процесу

Підготовка 3D-моделі майбутньої форми

Проєктування або редагування моделі в CAD-програмі з урахуванням допусків, фактури поверхні, а також розташування каналів для виливів і вентиляції.

SLA-друк майстер-моделі з фотополімеру

Використання SLA-технології для створення надточної, гладкої майстер-моделі з фотополімерної смоли з роздільною здатністю до 10 мікрон.

Полімеризація моделі в УФ-камері

Додаткове опромінення моделі ультрафіолетом для забезпечення повного затвердіння по всьому об’єму, що підвищує її стабільність і міцність.

Шліфування та полірування при потребі

Ручна або машинна обробка поверхонь для усунення слідів підтримок і досягнення ідеального фінішу, особливо на видимих або з’єднувальних ділянках.

Заливка силікону навколо майстер-моделі

Установка моделі в опалубку та заливка силікону з використанням вакууму або вібраційного столу для уникнення бульбашок.

Витягування силіконової форми після затвердіння

Після повного затвердіння силікону форма розкривається і модель витягується, залишаючи точну від’ємну копію в силіконовій формі.

Багаторазове повторення процесу

Силіконова форма може використовуватись десятки разів, що робить процес рентабельним для малого серійного виробництва або прототипування.

Easy3DPrint та лиття в силікон за допомогою 3D друку

У компанії Easy3DPrint ми спеціалізуємося на литті в силікон із використанням майстер-моделей, створених за допомогою 3D-друку. Ми самостійно розробляємо 3D моделі, виконуємо друк, виготовляємо силіконові форми з високою точністю та здійснюємо відливання готових виробів – усе в межах одного виробничого процесу.

Поєднання 3D друку з литтям у силікон дозволяє нам виготовляти прототипи, макети, малі серії виробів і складні декоративні елементи. Цей підхід забезпечує точне відтворення геометрії, скорочення термінів виготовлення оснастки та гнучкість у реалізації індивідуальних технічних вимог клієнтів.

Приклади SLA та LCD принтерів:

Anycubic Photon Mono M5

Anycubic Photon Mono M5 – роздільна здатність 12K, область друку 200×223×124 мм, ціна: 20,940 грн. Ця модель поєднує надвисоку точність з доволі великою зоною друку, що дозволяє створювати як дрібні, так і середньогабаритні моделі з неймовірною деталізацією. Завдяки 10.1-дюймовому монохромному екрану та сучасній системі охолодження, Mono M5 забезпечує швидкий і стабільний друк, ідеально підходячи для хобістів, дизайнерів та майстрів мініатюр.

Anycubic Photon D2

Anycubic Photon D2 – DLP технологія, ідеально підходить для точної дрібної деталізації, ціна: 30,400 грн. Photon D2 використовує DLP (Digital Light Processing) технологію замість традиційного LCD, що забезпечує неймовірну точність та довговічність джерела світла. Завдяки високій стабільності проєкції та мінімальному зносу компонентів, цей принтер ідеально підходить для ювелірної справи, стоматології та інших сфер, де важлива мікронна точність.

Anycubic Photon Mono M5s Pro (14K)

Anycubic Photon Mono M5s Pro (14K) – розширена версія з точністю 14K, підвищена деталізація, ціна: 25,900 грн. Модель M5s Pro пропонує вражаючу роздільну здатність 14K, що дозволяє досягати надзвичайної деталізації навіть у найдрібніших елементах. Оснащена покращеним механізмом вирівнювання платформи, системою контролю друку в реальному часі та вбудованим сенсором рівня смоли, ця модель ідеально підходить для професіоналів, яким потрібна максимальна точність без зайвого клопоту.

Anycubic Photon M3 Max

Anycubic Photon M3 Max – великий об’єм друку для більш габаритних моделей (300×298×164 мм), ціна: 41,750 грн. Це справжній гігант серед настільних 3D-принтерів на смолі. Завдяки великій області друку, Photon M3 Max дає змогу виготовляти великі або складні моделі за один прохід, що зручно для архітекторів, художників і виробництва прототипів. Удосконалена система фільтрації та інтелектуальні сенсори забезпечують комфортну й безпечну роботу.

Anycubic Photon Mono M7 Pro

Anycubic Photon Mono M7 Pro – підходить для серійного виготовлення та роботи з великими деталями, ціна: 33,900 грн. Цей принтер створений для високопродуктивної роботи. Модель підтримує автоматичну перевірку стану, адаптивне охолодження та швидке зчитування даних, що робить її чудовим вибором для малого виробництва. Photon Mono M7 Pro відзначається не лише високою роздільною здатністю, а й надзвичайною стабільністю при тривалому друці, дозволяючи економити час та зменшувати кількість браку.

Сфери застосування 3D-друку силиконом:

• виготовлення корпусів слухових апаратів;
• медичні вставки та прокладки;
• прототипування в умовах, де потрібна гнучкість;
• герметики, амортизатори, технічні ущільнювачі.

Хоча технологія ще не набула широкого поширення через вартість обладнання та матеріалів, вона активно розвивається. Уже сьогодні на ринку представлені рішення від компаній Envisiontec, Carbon 3D, Fripp Design, які створюють спеціалізовані принтери та фоточутливі силікони для адитивного виробництва.

Висновок

Лиття в силікон із використанням 3D-друкованих майстер-моделей – це гнучкий і економічно обґрунтований метод виробництва, який поєднує точність цифрових технологій із можливістю створення багаторазових форм. Такий підхід дозволяє виготовляти прототипи, функціональні деталі та малі серії виробів із високою точністю, зменшуючи витрати часу і коштів у порівнянні з традиційним інструментальним виробництвом.

Особливо ефективним є застосування SLA-друку, який забезпечує гладку поверхню моделей і зменшує потребу в додатковій обробці. Завдяки цьому технологія знаходить застосування в інженерії, дизайні, медицині, моделюванні та багатьох інших галузях, де важливі точність, повторюваність і адаптивність до змін.

FAQ