אב טיפוס של LK 
מסקנה עיקרית : אוויר לכוד בתבניות סיליקון הוא גורם עיקרי לחללים, חורי סיכה על פני השטח ומילויים לא שלמים ביציקת פוליאוריטן בוואקום. תכנון יעיל של אוורור תבניות סיליקון משתמש לעתים קרובות באסטרטגיית "מזיגה נמוכה, אוורור גבוה" תלוית יישום, תוך הצבת תעלות מיקרו-אוורור מבוזרות (בעומקי התחלה אופייניים של 0.025 מ"מ - 0.050 מ"מ, בהתאם לצמיגות השרף, דורומטר התבנית וגיאומטריה) בנקודות הגבוהות ביותר, כיסים עיוורים ואזורי מילוי אחרון כדי להקל על פינוי אוויר תוך מזעור התפרצויות שרף.
מהו אוורור עובש סיליקון?
אוורור תבנית סיליקון היא טכניקה של הנדסת חריצים זעירים, חריצי גילוח או תעלות צינוריות לתוך חלל תבנית הסיליקון כדי לאפשר לאוויר שנדחק החוצה כאשר שרף נוזלי נכנס.
למה חשוב לאוורור?
אוורור חיוני מכיוון שאוויר לכוד בתוך חלל תבנית לא מאוורר או מאוורר בצורה גרועה יוצר התנגדות פנאומטית. מחסום תזוזת אוויר זה מוביל ליצירת בורות קוסמטיים, חללים מבניים פנימיים או פגמים קצרי מועד שעלולים לגרום לחלקים להיכשל בבדיקת איכות.
הערת היקף : מדריך זה מתמקד בעיקר בתבניות סיליקון המשמשות ליציקת ואקום מפוליאוריטן/אוריתן, אם כי עקרונות אוורור רבים חלים גם על תהליכי יציקה אחרים בתבניות סיליקון.
אפילו בתוך תא ריק גבוה, שפיכת פוליאוריטן נוזלי או שרף אפוקסי לתוך תבנית סיליקון עלולה לגרום לכיסי אוויר לכוד אם לחלל חסר נתיב פינוי מהונדס. כאשר שרף נוזלי נכנס לחלל, אוויר שנדחק נדחס כנגד נקודות גבוהות, פינות פנימיות, צלעות עמוקות וחיתוכים עיוורים. ללא פתחי אוורור בתבנית סיליקון הממוקמים אסטרטגית , כיסי אוויר לכוד אלה פוגעים בגימור פני השטח ובצפיפות החלק.
שליטה באוורור תבניות סיליקון דורשת איזון בין דינמיקת נוזלים, קצב תזוזת אוויר וגיאומטריית החלק במהלך שלב התכנון לייצור (DFM). מדריך טכני זה מתאר את המכניקה של לכידת אוויר, מידות התחלה מעשיות עבור תעלות אוורור, תהליך עבודה שלב אחר שלב של הצבת אוורור תבניות DFM, וגישה מעשית לפתרון בעיות להפחתת בועות אוויר ביציקת סיליקון.
מכניקת לכידת אוויר ביציקת ואקום
מה גורם לאוויר לכוד בתבניות סיליקון?
אוויר לכוד בתבניות סיליקון מתרחש כאשר שרף נוזלי מתקדם מקיף כיס של אוויר בנקודה גבוהה מקומית, חלל עיוור או חזית זרימה מתכנסת, ואוטם את היציאה לפני שהאוויר יכול להתפזר לחלוטין.
האם יציקת ואקום יכולה לבטל את הצורך בפתחי אוורור של עובש?
לא. בעוד שיציקת ואקום פועלת בתא אטום שחולץ לוואקום בלחץ של כ-28-29 אינץ' כספית בתנאים אטמוספריים סטנדרטיים, שאיבת ואקום מסירה אוויר אטמוספרי מהתא אך אינה מבטיחה פינוי אוויר מלא מחללי תבנית מורכבים וסגורים. פתחי אוורור של עובש סיליקון נותרים הכרחיים כדי לספק נתיב מוגדר לאוויר בחלל המוחדר ככל שחזית השרף הנוזלי מתקדמת.
זרימת שרף נכנסת → דוחקת אוויר בחלל → אוויר נתקל בשיא גבוה / כיס עיוור → שרף אוטם את נתיב → פגם באוויר לכוד
כאשר פוליאוריטן נוזלי זורם דרך הפתח הראשי, הוא ממלא את חלל התבנית מהנקודה הנמוכה ביותר כלפי מעלה. ככל שמפלס הנוזל עולה, האוויר בתוך החלל חייב להתפנות בקצב התואם את זרימת השרף הנפחית. חללים עמוקים, פיני ליבה עיוורים, צלעות צרות וחיתוכים מתחת לקרקע פגיעים במיוחד מכיוון שתעלות זרימה צרות מאפשרות לחזית השרף להתחבר יחד ולכסות את הפתח לפני שהאוויר יוצא.
כאשר שרף עוטף את הכיס המבודד, אוויר דחוס יוצר מחסום פנאומטי כנגד דופן הסיליקון הגמישה. זה יוצר שלושה סוגים עיקריים של פגמים ביציקת סיליקון:
חורים על פני השטח ("בועות שמפניה") : בועות אוויר מיקרוסקופיות הלכודות לאורך משטחים קוסמטיים.
חללים פנימיים : כיסי אוויר גדולים יותר בתוך מקטעי דופן עבים הפוגעים בחוזק המכני.
מילויים קצרים (מילויים לא שלמים) : לכידת אוויר חמורה שבה לחץ אוויר מונע שרף נוזלי להגיע לצלעות דקות או למאפייני תבנית מרוחקים.
אבחון בעיות אוורור לעומת בעיות ערבוב
בפרקטיקה הנדסית סטנדרטית, טכנאים מבחינים בין פגמי אוורור לבין שגיאות ערבוב/ניקוז גזים:
פגם אוורור : בועות או חללים מופיעים באופן עקבי באותו מיקום פיזי בדיוק על פני מספר יציקות - בדרך כלל בנקודות גיאומטריות גבוהות, קצות צלעות או אזורי מילוי אחרונים.
פגם בערבוב או בסילוק גזים : מיקרו-בועות מפוזרות באופן אקראי בכל נפח החלק. זה מצביע על סילוק גזים לא מספק של השרף לפני היציקה או על החדרת אוויר במהלך הערבוב, ולא על מיקום לקוי של פתח אוורור בתבנית.
עקרונות ליבה של עיצוב אוורור תבניות סיליקון
היכן כדאי למקם פתחי אוורור של תבניות סיליקון?
יש למקם פתחי אוורור של תבנית סיליקון בגובה האנכי הגבוה ביותר של החלק בכיוון היציקה שלו, בקצות הצלעות הפנימיות, בתוך כיסים עיוורים, לאורך קווי פרידה ובאזורי המילוי האחרון שבהם חזיתות השרף מתכנסות.
לפני הוספת פתחי אוורור, מהנדסי כלים מנוסים בודקים את כיוון ה-CAD כדי למפות נתיבי זרימה צפויים מהפתח הראשי.
[צינור אוורור / צינור גלישה] (נקודה גבוהה ביותר)
▲ (תזוזה של אוויר עולה)
חלל עובש (רמת שרף עולה)
▲ שער ראשי / שער ראשי (נקודה נמוכה ביותר)
1. "מזוג נמוך, פתח פתח גבוה"
תפיסה בסיסית נפוצה לתכנון פתחי אוורור בתבניות סיליקון היא גישת "יציקה נמוכה, אוורור גבוהה", שבה הפתח הראשי ממוקם בנקודה נמוכה יותר של חלל התבנית ופתחי האוורור ממוקמים בנקודות גבוהות מנוגדות. זרימה מנקודות נמוכות יותר מאפשרת לשרף לעלות בהתמדה, ולסחוף את האוויר כלפי מעלה לפני חזית הנוזל לכיוון נקודות האוורור הגבוהות במקום ללכוד כיסי אוויר באמצעות התזות סוערות.
הערה הנדסית : בעוד ש"יציקה נמוכה, אוורור גבוה" משמש ככלל אצבע מעשי, מיקום אופטימלי של פתח ופתח תלוי אך ורק ביישום. יש להתאים אותו בהתאם לכיוון החלק, גיאומטריית התבנית, צמיגות השרף, אורך נתיב הזרימה ואזורי המילוי האחרון הספציפיים.
2. אוורור מבוזר רב-נקודתי
עבור גיאומטריות של חלקים מורכבים, הסתמכות על פתח אוורור עליון יחיד לעיתים רחוקות מספיקה. פיזור מספר פתחי אוורור קטנים יותר של תבנית סיליקון על פני פסגות מבודדות וצלעות פנימיות יעיל משמעותית יותר מאשר הגדלת פתח אוורור יחיד.
הערה הנדסית : יצרני כלים נמנעים מהגדלת תעלת אוורור פשוטה מכיוון שפתחי אוורור גדולים במיוחד מאפשרים לשרף נוזלי להישטף החוצה בטרם עת. זה מוביל לגלישה חזקה, חיתוך ידני נוסף, עיוות מימדי וסיכון מוגבר לקריעת סיליקון גמיש במהלך פירוק התבנית.
3. אוורור אזורי מילוי אחרונים
אזור מילוי אחרון הוא כל אזור חלל שבו שרף נוזלי מגיע אחרון עקב שינויים בעובי הדופן, חסימות גיאומטריות או מרחק מהפתח. אזורי מילוי אחרון נפוצים כוללים:
שוליים עליונים של קירות אנכיים דקים
כיסים עיוורים עמוקים ושקעי פיני ליבה
חזיתות זרימה מצטלבות (קווי ריתוך)
קצוות ההיקף החיצוניים הרחוקים ביותר מהתעלה
יש לבחון כל אזור מילוי אחרון שזוהה עבור אוורור ייעודי, תוך הוספת פתח מיקרו או חריץ במקומות בהם קיימת סבירות לכידת אוויר.
4. צינורות חיבור וחיבורי חיבור הצפה
עבור מאפיינים קוסמטיים או מבניים שבהם מיקרו-בועות שיוריות נאחזות בדפנות הסיליקון, יצרני כלים מחברים פתחי אוורור לראש הצפה (או גזע צינור). ראש הצפה משמש כמאגר קורבן הממוקם מעל גבול החלק. כאשר השרף ממלא את החלל, הוא נושא בועות אוויר מתפשטות לתוך הצינור. לאחר הייבוש, גזע הצינור עובר חיתוך וגימוש.
הנחיות לגודל וגיאומטריה של תעלות אוורור
תכנון תעלות אוורור יעילות של תבניות סיליקון דורש איזון בין פינוי אוויר לבין בלימת שרף. התעלה חייבת לספק שטח חתך מספיק כדי שהאוויר שנדחק יוכל להיפלט, תוך שהיא נשארת צרה מספיק כדי להגביל את הפוליאוריטן הנוזלי ולמזער את ההתלקחות.
גיאומטריה של פתח אוורור קו הפרידה
עומק חלל: 0.025–0.050 מ"מ (אופייני) ──► חיצוני התבנית
תבנית סיליקון חצי עליון ◄ חריץ אוורור ► תבנית סיליקון חצי תחתון
מידות האוורור המומלצות משתנות בהתאם לצמיגות השרף, לקו הדורום של התבנית ולגיאומטריית החלל:
טכניקת אוורור | מידות מומלצות | מיקום אידיאלי לחלל | יישום ראשי ופרופיל סיכונים |
|---|---|---|---|
פתחי אוורור מיקרו-סלוט | עומק: 0.025 מ"מ – 0.050 מ"מ רוחב: 1.5 מ"מ – 3.0 מ"מ | קווי פרידה, משטחי קרקע שטוחים | פוליאוריטן בעל צמיגות נמוכה עד בינונית; מפחית משמעותית את הסיכון להתלקחות כאשר הוא בגודל הנכון. |
חריצי גילוח (קו פרידה) | עומק: איטום עצמי (0 מ"מ סטטי) אורך: 5.0 מ"מ - 10.0 מ"מ | לאורך קווי פיצול עובש גמישים | יציקת ואקום סטנדרטית; מתכופפת פתוחה תחת הפרש לחצים, נאטמת כאשר הלחץ משתווה. |
פתחי אוורור צינוריים (צינורות פליז) | קוטר פנימי: 1.0 מ"מ - 2.5 מ"מ קוטר חיצוני: 1.5 מ"מ - 3.0 מ"מ | בוסים מבודדים, כיסים עמוקים, צלעות פנימיות | תכונות בעלות יחס גובה-רוחב גבוה; דורש חיתוך גזע הרהיבי לאחר ריסוס. |
צינורות גלישה (רייזרים) | קוטר: 3.0 מ"מ – 6.0 מ"מ גובה: 10.0 מ"מ – 15.0 מ"מ | פסגות גיאומטריות עליונות | חלקים אופטיים קוסמטיים או קריטיים; לוכדים אוויר שיורי מעל משטחים פונקציונליים. |
כפי שנדון במדריך של LKprototype בנושא שיטות עבודה מומלצות לתכנון שערי פתחי אוורור ביציקת ואקום , חיתוך תעלות מיקרו-חריץ בעומק של 0.025 מ"מ עד 0.050 מ"מ משמש כנקודת התחלה מעשית עבור שרפי פוליאוריטן סטנדרטיים, תוך ניצול מתח פנים נוזלי כדי למנוע בריחת שרף מוגזמת. עם זאת, יש לאמת את מידות האוורור המדויקות באמצעות יציקת ניסיון עבור פורמולציות בעלות צמיגות גבוהה או מלאות.
תהליך עבודה שלב אחר שלב של DFM להצבת פתח אוורור
יישום עיצוב אוורור יעיל לתבנית סיליקון כולל ניתוח CAD דיגיטלי, הכנת תבנית אב וגימור פיזי של התבנית.
שלב 1: סקירת כיוון ונתיב זרימה של CAD
לפני הקפת תבנית האב בסיליקון RTV, יש להעריך את מודל ה-CAD התלת-ממדי בכיוון היציקה המוצע שלו:
זהה את המאפיין הגיאומטרי הנמוך ביותר עבור חיבור הקשת הראשית.
מפו נקודות גובה מקומיות, צלעות פנימיות, בוסים וכיסים עיוורים.
הערכת שינויים בעובי הדופן. מאפיינים דקים יותר מציעים התנגדות זרימה גבוהה יותר, ומעבירים את אזורי המילוי האחרונים הצפויים.
מהנדסים המבצעים סקירת DFM שלב אחר שלב ביציקת ואקום קובעים את כיוון החלק מוקדם כדי לייעל את נתיבי הזנת המקפצים ואת גישת האוורור לפני הדפסת תבניות אב בתלת מימד.
שלב 2: חיבור פתחי אוורור ותבנית אב
בעת ייצור תבניות אב באמצעות הדפסת תלת-ממד SLA/SLS או עיבוד שבבי CNC בדיוק גבוה , ניתן לחבר חוטי אוורור פיזיים ישירות לנקודות גבוהות ייעודיות:
חברו מוטות פלסטיק קשיחים או חוטי תיל דקים (בדרך כלל בקוטר 1.0 מ"מ עד 2.0 מ"מ) בנקודות הייעודיות.
נתבו את מוטות האוורור כלפי מעלה לכיוון המסגרת ההיקפית של קופסת התבנית.
ודאו כי צינורות האוורור שומרים על זווית רציפה כלפי מעלה ללא שקיעה או לולאות שבהן שרף עלול ללכוד אוויר.
שלב 3: אוורור פיזי של תבנית סיליקון
לאחר שסיליקון RTV מתקשה סביב תבנית האב ונחתך לאורך קו הפרידה, ניתן להוסיף פתחי אוורור ידניים נוספים:
שיטת צינורות פליז חדים : כפי שמתואר במדריך האוורור של תבנית הסיליקון של Smooth-On , יש לחדד את השפה הפנימית של צינור פליז בעל דופן דקה. סובבו את הצינור דרך הסיליקון מנקודות החלל הגבוהות כלפי חוץ כדי לנקב נתיבי אוורור גליליים נקיים.
שיטת חריצת גילוח : בעזרת סכין קרקפת, צור חריצים קטנים לאורך קו הפרידה של תבנית הסיליקון הדו-חלקית . חריצים אלה נפתחים בצורה גמישה תחת הפרש הלחצים במהלך היציקה ונסגרים כאשר הפרש הלחצים יורד.
שלב 1: כיוון מודל ה-CAD ► שלב 2: הוספת פתחי אוורור לתבנית הראשית ► שלב 3: שפיכה והקשחה של סיליקון ► שלב 4: ניקוב/חיתוך פתחי אוורור לאורך קו הפרידה
שלב 4: סילוק גזים בוואקום וכיול לחץ
פתחי אוורור של התבנית פועלים לצד מחזורי לחץ מבוקרים בתא:
סילוק גזים מסיליקון לפני יציקה : סילוק גזים מסיליקון נוזלי בעל ריפוי פלטינה בוואקום של כ-28-29 אינץ' כספית בתנאים אטמוספריים סטנדרטיים לאחר ערבוב לסילוק אוויר סחוב.
יציקת תא ואקום : רצף ערבוב, הסרת גזים ומיזוג השרף תלוי בהוראות יצרן השרף ובהגדרת ציוד הוואקום הספציפי. ללא קשר לפרוטוקול הציוד הספציפי, אוורור יעיל של התבנית עדיין מספק נתיב מוגדר לאוויר שנדחק בחלל כאשר מפלס הנוזל עולה.
מחזור אוורור תא : החזרת לחץ אטמוספרי לתא לאחר היציקה. השפעות מחזור הלחץ תלויות במערכת השרף, גודל הבועה ותנאי התהליך; אין להתייחס למחזורי לחץ כתחליף לאוורור נכון של התבנית או לניקוז גזים של השרף.
מטריצת אבחון: פתרון בעיות פגמים ביציקה הקשורים לאוורור
איך מתקנים מלכודות אוויר ופגמים ביציקה?
כדי לתקן מלכודות אוויר ופגמים ביציקה, יש לבדוק את מיקומי הפגמים בחלקים שעברו תהליך ריפוי. חללי אוויר מקומיים בנקודות גבוהות או בקצוות הצלעות מצביעים על אוורור לקוי המחייב הוספת צינורות עלייה או חריצים, בעוד שמיקרו-בועות נרחבות דורשות שיפור בניקוי גזים בוואקום של השרף לפני יציקתו.
בדיקת יציקות פיזיות מספקת רמזים ישירים לאבחון בעיות בתכנון פתחי אוורור של תבניות סיליקון :
פגם חזותי | ניתוח גורם שורש | פעולת אוורור מתקנת |
|---|---|---|
חללים מעוגלים גדולים בנקודות גבוהות | אוויר אינו מסוגל להימלט מהגיאומטריה העליונה כאשר הנוזל עולה. | הוסף צינור הצפה (קוטר פנימי של 3.0 מ"מ) בשיא הגבוה ביותר של אזור החלל. |
צלעות לא שלמות / יריות קצרות | אוויר לכוד בחריצים דקים ועיוורים ויוצר עצירה פנאומטית. | נקב פתח אוורור צינורי בעובי 1.0 מ"מ בקצה הצלעות או חתוך חריץ להב לאורך קו הפרידה. |
צביר של חורי סיכה על פני השטח | מיקרו-בועות נאחזות במרקם קיר הסיליקון במהלך היציקה. | הגדל את מספר פתחי האוורור המיקרו; יש למרוח שכבת חזית שרף דקה ומוברשת לפני יציקה בכמויות גדולות. |
פלאש שרף כבד / גיזום עודף | תעלת האוורור חתוכה עמוקה או רחבה מדי עבור צמיגות השרף הספציפית. | התאם את עומק פתח האוורור לטווח התחלתי מאומת (למשל, 0.025 מ"מ - 0.050 מ"מ) או עבור לחריצים חתוכים עצמית עם איטום כתער. |
עיוות חלקי ליד פתחי אוורור | סיליקון רך מעוות הפרש לחץ מקומי ביציאת האוורור. | תמכו ביציאות האוורור בעזרת שרוולים קשיחים או שפרו את יישור קווי הפרידה. |
עבור גיאומטריות מורכבות הכוללות חללים פנימיים, נדרשות שיטות מיוחדות בעת טיפול בחיתוכים תחתיים בתבניות סיליקון על מנת להבטיח שתעלות אוויר משניות לא יקרעו ליבות סיליקון גמישות במהלך פירוק התבנית.
שיקולי DFM מתקדמים עבור כלי עבודה מהירים
בעוד שכללי אוורור בסיסיים מטפלים בבעיות נפוצות של לכידת אוויר, בניית אב טיפוס מדויקת דורשת הערכה מותאמת אישית של DFM:
התאמת צמיגות שרף : שרפים דקים במים (למשל, פוליאוריטן שקוף דמוי אקריליק) דורשים בדרך כלל פתחי אוורור רדודים (0.025 מ"מ) כדי למנוע נזילה, בעוד ששרפים ממולאים או אלסטומרים דורשים פתחי אוורור גדולים יותר (1.0 מ"מ - 2.0 מ"מ) עקב התנגדות זרימה גבוהה יותר.
סנכרון קווי פרידה : יישור קווי פיצול התבנית עם שיאים גיאומטריים קריטיים מאפשר חיתוך פתחי אוורור ישירות לאורך משטחי הפרידה, תוך הימנעות מניקוב עמוק דרך סיליקון בתפזורת.
אימות ניסויים וייעוץ DFM : שיתוף פעולה עם מהנדסי ייצור מנוסים מבטיח אימות של מיקומי קינוחים, תעלות אוורור ומעברי עובי דופן לפני סבבי הייצור.
על ידי שילוב עקרונות עיצוב אוורור של תבניות סיליקון מובנות בתהליך העבודה של יצירת אב טיפוס מהירה, תוכלו למזער מלכודות אוויר, להפחית את ניקוי לאחר העיבוד ולהשיג יציקות פוליאוריטן עקביות ברמת ייצור. לקבלת תמיכה הנדסית מקצועית ואספקה מהירה להרצה הבאה של אב טיפוס, בדקו את שירותי יציקת הוואקום של LKprototype.
