איך הכי משתלם לייצר סדרות קטנות?

תבניות סיליקון מאחדות שתי טכנולוגיות: הדפסה 3D לייצור מודל מסטר המועתק במדויק בתבנית, ותאי ואקום לערבוב ושפיכת החומרים לתבנית. התוצאה היא חלקים איכותיים במחיר ובקצב ייצור התומכים בפיתוח מהיר

תמונה 1: דוגמה לייצור מוצר (באפור) בתבנית סיליקון גמישה (תבנית לבנה).

מה יעשה יצרן שנתקל בדרישה לסדרת ייצור קטנה של עשרות פריטים תוך ימים בודדים? ייצור תבנית הזרקה לא באה בחשבון, מבחינת זמן, עלויות ותכנון תבנית יקרים. הדפסה תלת ממדית גם היא בעייתית מפאת לוחות הזמנים הקצרים.

הפתרון בא בצורת יציקה (Casting) בוואקום לתבניות גמישות (תמונה 2). שיטה זו שמשלבת את שתי הטכנולוגיות יחד – את התוצאה המיידית של הדפסה תלת ממדית יחד עם קצב הייצור הגבוה של הזרקה.

שפיכה/הזרקה בוואקום לתבניות גמישות

תהליך היציקה בוואקום הוא למעשה יציקה של חומרים תרמוסטים דו קומפוננטיים (לרוב PU) לתבניות סיליקון. החומרים עצמם יכולים להיות אלסטיים או קשיחים ולהכיל תוספים שונים החל מצבעים, משריינים וסיבים למיניהם, אבקות מתכתיות ועוד, הכל לפי דרישות המוצר הסופי. תהליך ההזרקה נעשה תחת וואקום ההכרחי להצמדת הנוזל הפולימרי לתבנית ולהסרת אוויר כלוא וכן גזים הנוצרים בראקציה הכימית. שיטה זו מיועדת לייצור מוצרים בעלי פרטים מורכבים במיוחד או בעלי גיאומטריות מאתגרות (Under-Cuts) ומתאימה לסדרות ייצור של עשרות פריטים תוך ימים בודדים.

תמונה 2: מכונת היציקה בוואקום מבית MCP-HEK, המאפשרת בניית תבניות עד 70x90x75 מ"מ ובעלת קיבולת יציקת דגמים של עד 5.5 ק"ג.

איך זה עובד?

ראשית יש לייצור בהדפסה תלת ממדית את מודל המאסטר – ממנו נשכפל חלקים נוספים. לאחר מכן תיוצר למודל זה תבנית סיליקון גמישה ואליה נזריק את הפולימר הרצוי. מחזורי ייצור מהירים בתבנית זו ישמשו אותנו להכפלת החלקים. נרחיב כאן בקצרה על השלבים השונים (תמונה 1):

יצירת מודל המאסטר – עיצוב מודל מאסטר תלת ממדי נעשה באחת מתוכנות ה-CAD המוכרות. את המודל נדפיס לרוב בטכנולוגית Poly-Jet Or CNC. על הדגם המודפס נבצע גימור, ליטוש, צביעה ואימות סופי של המידות. המודל חייב להיות זהה בדיוק למראהו ומידותיו. כשהדגם מוכן, נקבע אותו בתוך בית התבנית.

יצירת התבנית – לאחר קיבוע הדגם ניצוק פנימה סיליקון נוזלי (RTV) בתנאי ואקום. התבנית היצוקה עוברת הקשיה בטמפרטורות גבוהות. בסיום הפילמור, נפתח את התבנית לאורך קו הפרדה שהוכן מראש ונחלוץ את דגם המאסטר משני חצאי התבנית. דגם זה לא ישמש אותנו יותר. לאחר החליצה נחשף חלל חלול במרכז התבנית, בעל מידותיו המדויקות של מודל המסטר, ולמעשה התבנית מוכנה.

תהליך היציקה – חיבור שני חצאי התבנית מחדש יותר חלל פנימי אטום לייצור החלקים. התבנית הסגורה תיכנס לתא ואקום ממוחשב והפולימר הרצוי יוזרם לתוכה. תא הוואקום הכרחי ליציקה תקינה ללא בועות. גם אחרי שלב זה תוכנס התבנית לתהליך הקשיה סופי. הדגם המשוכפל מחולץ מהתבנית והיא ממשיכה לייצור המוצר הבא.

תהליך הגימור למוצר הסופי

לאחר הוצאת אב הטיפוס מהתבנית, הוא עובר צביעה ודקורציה, המקנים לו את המראה המרהיב של המוצר הסופי.

צפו סרטון הדגמה של תהליך היציקה לתבניות גמישות

יתרונות השיטה

דיוק גבוה, גם בפרטים עדינים – יתרון בולט בשיטה זו, הוא רמת הדיוק והפרטים. מתקבל מוצר איכותי, שכפול מדויק של המוצר האמיתי, עם תשומת לב לפרטים הקטנים, גם בגיאומטריות מורכבות ביותר.

התאמה אישית של תכונות – בחירת השרף הנכון מאפשר למתכנן לקבל מבחר רחב של תכונות גם ברמה המכאניות וגם ברמת הניראות. זאת משיגים על ידי תהליכי גימור משלימים: צביעה, שיוף ועוד.

תהליך חסכוני במיוחד – בהשוואה להזרקה בתבניות פלדה או אלומיניום, ייצור אבי טיפוס באמצעות יציקה לתבניות סיליקון מורידה משמעותית את עלויות הייצור. יחד עם זאת, איכות המוצר הסופי אינה נופלת מהשיטות האחרות. גם בהשוואה להדפסה תלת ממדית יש לתהליך זה יתרון כלכלי, משום שתבנית אחת מסוגלת לייצר מספר עשרות מוצרים תוך ימים בודדים. הדבר שימושי מאוד כשנדרשים לעמידה בלוחות זמנים מהירים של פיתוח.

מומחים בהדפסה תלת ממדית ותבניות גמישות

חברת לייזר מודלינג מתמחה בשירותי הדפסת תלת ממד בשיטות שונות מהמתקדמות בשוק. החברה מחזיקה ציוד מתקדם בתחום להזרקה בתבניות גמישות בוואקום (RTV) הכולל מכונות מבית MCP-HEK, וכן חברת Renishaw המובילה בשוק.

למידע נוסף:

לייזר מודלינג ישראל, שמעון בנוז וגיל ספלינטר, 072-279-1170 / 08-940-1168, [email protected]