Nguyên mẫu LK 
Tóm lại : Không khí bị kẹt trong khuôn silicon là nguyên nhân chính gây ra các lỗ rỗng, lỗ nhỏ trên bề mặt và sự không hoàn chỉnh trong quá trình đúc chân không polyurethane. Thiết kế thông hơi khuôn silicon hiệu quả thường sử dụng chiến lược "Đổ thấp, thông hơi cao" tùy thuộc vào ứng dụng, bố trí các kênh thông hơi siêu nhỏ (với độ sâu bắt đầu điển hình từ 0.025 mm – 0.050 mm, tùy thuộc vào độ nhớt của nhựa, độ cứng của khuôn và hình dạng) tại các điểm cao nhất, các hốc kín và các khu vực đổ đầy cuối cùng để tạo điều kiện thoát khí đồng thời giảm thiểu lượng nhựa thừa.
Lỗ thông hơi cho khuôn silicon là gì?
Kỹ thuật thoát khí khuôn silicon là việc tạo ra các khe nhỏ, rãnh sắc bén hoặc kênh hình ống trong khoang khuôn silicon để cho phép không khí bị đẩy ra ngoài khi nhựa lỏng chảy vào.
Tại sao việc trút bầu tâm sự lại quan trọng?
Việc thông hơi là rất cần thiết vì không khí bị kẹt bên trong khoang khuôn không được thông hơi hoặc thông hơi kém sẽ tạo ra lực cản khí nén. Rào cản do sự dịch chuyển không khí này dẫn đến hiện tượng rỗ bề ngoài, các lỗ rỗng cấu trúc bên trong hoặc các khuyết tật do thiếu vật liệu, có thể khiến các sản phẩm không đạt tiêu chuẩn kiểm tra chất lượng.
Ghi chú phạm vi : Hướng dẫn này tập trung chủ yếu vào khuôn silicon được sử dụng để đúc chân không polyurethane/urethane, mặc dù nhiều nguyên tắc thông hơi cũng áp dụng cho các quy trình đúc khuôn silicon khác.
Ngay cả trong buồng chân không cao, việc đổ nhựa polyurethane hoặc epoxy lỏng vào khuôn silicon vẫn có thể dẫn đến hiện tượng bọt khí bị kẹt nếu khoang khuôn thiếu đường thoát khí được thiết kế tối ưu. Khi nhựa lỏng chảy vào khoang khuôn, không khí bị đẩy ra sẽ bị nén lại ở các điểm cao, góc trong, gờ sâu và các chỗ lõm kín. Nếu không có các lỗ thông hơi được bố trí hợp lý trong khuôn silicon , những bọt khí bị kẹt này sẽ làm giảm chất lượng bề mặt và độ đặc của sản phẩm.
Để thành thạo việc thoát khí trong khuôn silicon, cần phải cân bằng giữa động lực học chất lỏng, tốc độ dịch chuyển không khí và hình dạng chi tiết trong giai đoạn Thiết kế cho Khả năng Sản xuất (DFM). Hướng dẫn kỹ thuật này trình bày cơ chế bẫy khí, kích thước ban đầu thực tế cho các kênh thoát khí, quy trình đặt lỗ thoát khí khuôn DFM từng bước và phương pháp khắc phục sự cố thực tế để giảm bọt khí trong quá trình đúc silicon.
Cơ chế bẫy khí trong quá trình đúc chân không
Nguyên nhân nào gây ra hiện tượng bọt khí bị kẹt trong khuôn silicon?
Hiện tượng không khí bị kẹt trong khuôn silicon xảy ra khi nhựa lỏng đang chảy bao quanh một túi khí ở điểm cao cục bộ, khoang kín hoặc mặt trước dòng chảy hội tụ, làm bịt kín lối thoát trước khi không khí có thể thoát ra hoàn toàn.
Liệu phương pháp đúc chân không có thể loại bỏ nhu cầu về lỗ thông hơi khuôn đúc?
Không. Mặc dù quá trình đúc chân không hoạt động trong một buồng kín được hút chân không đến mức khoảng 28–29 inHg dưới điều kiện khí quyển tiêu chuẩn, việc hút chân không loại bỏ không khí từ buồng nhưng không đảm bảo loại bỏ hoàn toàn không khí khỏi các khoang khuôn kín phức tạp. Về mặt vật lý, lỗ thông hơi khuôn silicon Việc này vẫn cần thiết để tạo ra một đường dẫn xác định cho không khí trong khoang bị dịch chuyển khi mặt trước của nhựa lỏng tiến lên.
Dòng nhựa đi vào → Đẩy không khí ra khỏi khoang → Không khí gặp phải đỉnh cao/vùng kín → Nhựa bịt kín đường dẫn → Lỗi do không khí bị kẹt
Khi polyurethane lỏng chảy qua ống dẫn chính, nó sẽ lấp đầy khoang khuôn từ điểm thấp nhất lên trên. Khi mực chất lỏng dâng lên, không khí bên trong khoang phải thoát ra với tốc độ tương ứng với thể tích dòng chảy của nhựa. Các khoang sâu, chốt lõi kín, gờ hẹp và các chỗ lõm đặc biệt dễ bị tổn thương vì các kênh dẫn hẹp cho phép mặt trước của nhựa kết dính lại với nhau và bịt kín lỗ hở trước khi không khí thoát ra ngoài.
Khi nhựa bao bọc khoang được cách ly, không khí nén tạo ra một rào cản khí nén chống lại thành silicon mềm dẻo. Điều này tạo ra ba loại khuyết tật chính trong quá trình đúc silicon:
Lỗ nhỏ li ti trên bề mặt ("bong bóng sâm panh") : Những bong bóng khí siêu nhỏ bị mắc kẹt trên bề mặt mỹ phẩm.
Các lỗ rỗng bên trong : Các túi khí lớn bên trong các phần tường dày làm giảm độ bền cơ học.
Lỗi đúc thiếu (điền không đầy) : Hiện tượng bọt khí bị kẹt nghiêm trọng, trong đó áp suất không khí ngăn cản nhựa lỏng tiếp cận các gờ mỏng hoặc các chi tiết khuôn ở xa.
Chẩn đoán các vấn đề về thông hơi so với vấn đề về trộn lẫn
Trong thực tiễn kỹ thuật tiêu chuẩn, các kỹ thuật viên phân biệt giữa các lỗi thông hơi và các lỗi trộn/khử khí:
Lỗi thoát khí : Bong bóng hoặc lỗ rỗng xuất hiện liên tục tại cùng một vị trí vật lý trên nhiều sản phẩm đúc khác nhau — thường là tại các điểm cao về mặt hình học, đầu gờ hoặc khu vực đổ đầy cuối cùng.
Lỗi trộn hoặc khử khí : Các bọt khí siêu nhỏ phân bố ngẫu nhiên trong toàn bộ thể tích của chi tiết. Điều này cho thấy quá trình khử khí nhựa trước khi đổ chưa đầy đủ hoặc không khí được đưa vào trong quá trình trộn chứ không phải do vị trí lỗ thoát hơi khuôn không tốt.
Nguyên tắc cốt lõi của thiết kế lỗ thông hơi khuôn silicon
Nên đặt lỗ thông hơi cho khuôn silicon ở vị trí nào?
Các lỗ thoát hơi của khuôn silicon nên được đặt ở vị trí cao nhất theo chiều dọc của chi tiết khi đúc, ở đầu các gờ bên trong, bên trong các hốc kín, dọc theo các đường phân khuôn và ở các khu vực đổ đầy cuối cùng nơi các mặt trước của nhựa hội tụ.
Trước khi thêm các lỗ thông hơi, các kỹ sư chế tạo dụng cụ giàu kinh nghiệm sẽ kiểm tra hướng bố trí trên bản vẽ CAD để lập bản đồ các đường dẫn dòng chảy dự kiến từ cuống chính.
[Đầu thoát khí/ống tràn] (Điểm cao nhất)
▲ (Phương pháp dịch chuyển không khí đi lên)
Khoang khuôn (Mức nhựa dâng lên)
▲ Cổng chính / Cổng phụ (Điểm thấp nhất)
1. "Rót ít, thoát hơi nhiều"
Một khái niệm cơ bản được sử dụng rộng rãi trong thiết kế lỗ thông hơi khuôn silicon là phương pháp "Đổ thấp, Lỗ cao", trong đó ống dẫn chính được đặt ở điểm thấp hơn của khoang khuôn và các lỗ thông hơi được đặt ở hai điểm cao đối diện. Luồng nhựa chảy vào từ các điểm thấp hơn cho phép nhựa dâng lên đều đặn, đẩy không khí lên phía trước dòng chảy hướng về các lỗ thông hơi ở điểm cao thay vì tạo ra các túi khí do sự bắn tung tóe hỗn loạn.
Ghi chú kỹ thuật : Mặc dù nguyên tắc "Đổ thấp, thoát cao" là một quy tắc thực tiễn, nhưng vị trí tối ưu của cổng rót và lỗ thoát khí hoàn toàn phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể. Nó phải được tùy chỉnh dựa trên hướng của chi tiết, hình dạng khuôn, độ nhớt của nhựa, chiều dài đường dẫn dòng chảy và các khu vực đổ đầy cuối cùng cụ thể.
2. Hệ thống thông gió phân phối đa điểm
Đối với các chi tiết có hình dạng phức tạp, chỉ dựa vào một lỗ thông hơi trên đỉnh hiếm khi là đủ. Việc phân bố nhiều lỗ thông hơi nhỏ hơn trên khuôn silicon dọc theo các đỉnh và gờ bên trong sẽ hiệu quả hơn đáng kể so với việc làm cho một lỗ thông hơi lớn hơn.
Ghi chú kỹ thuật : Các nhà chế tạo khuôn mẫu thường tránh việc chỉ đơn giản là mở rộng kênh thông hơi vì các lỗ thông hơi quá lớn sẽ khiến nhựa lỏng tràn ra ngoài quá sớm. Điều này dẫn đến hiện tượng bavia lớn, phải cắt tỉa thủ công thêm, biến dạng kích thước và tăng nguy cơ rách silicon dẻo trong quá trình tháo khuôn.
3. Thông gió các khu vực đổ đầy cuối cùng
Vùng đổ đầy cuối cùng là bất kỳ vùng nào trong khoang mà nhựa lỏng đến sau cùng do sự khác biệt về độ dày thành, vật cản hình học hoặc khoảng cách từ ống dẫn nhựa. Các vùng đổ đầy cuối cùng thường gặp bao gồm:
Các mép trên của các bức tường thẳng đứng mỏng
Các hốc sâu kín và các rãnh chốt lõi
Các mặt trận dòng chảy giao nhau (đường hàn)
Các cạnh chu vi ngoài cùng xa nhất so với cuống khuôn
Mỗi khu vực đổ đầy cuối cùng đã được xác định cần được đánh giá về hệ thống thông gió riêng biệt, với việc bổ sung lỗ thông gió nhỏ hoặc khe hở ở những nơi có khả năng bị kẹt khí.
4. Ống thoát tràn và ống nâng
Đối với các chi tiết thẩm mỹ hoặc cấu trúc mà các bọt khí siêu nhỏ còn sót lại bám vào thành silicon, các nhà chế tạo khuôn sẽ gắn các lỗ thông hơi vào đầu tràn (hoặc thân ống dẫn). Đầu tràn hoạt động như một bể chứa dự phòng nằm phía trên ranh giới của chi tiết. Khi nhựa lấp đầy khoang, nó sẽ mang các bọt khí đang giãn nở vào thân ống dẫn. Sau khi đông cứng, thân ống dẫn được cắt tỉa và hoàn thiện.
Hướng dẫn về kích thước và hình dạng kênh thông gió
Việc thiết kế các kênh thoát khí hiệu quả cho khuôn silicon đòi hỏi phải cân bằng giữa việc thoát khí và giữ lại nhựa. Kênh phải có diện tích mặt cắt ngang đủ lớn để không khí bị đẩy ra ngoài, đồng thời phải đủ hẹp để hạn chế sự chảy của polyurethane và giảm thiểu hiện tượng bavia.
Hình dạng lỗ thông hơi đường phân chia
Độ sâu khoang: 0.025–0.050 mm (Thông thường) ──► Mặt ngoài khuôn
Phần trên của khuôn silicon ◄ Khe thông gió ► Phần dưới của khuôn silicon
Kích thước lỗ thông hơi được khuyến nghị sẽ khác nhau tùy thuộc vào độ nhớt của nhựa, độ cứng của khuôn và hình dạng khoang khuôn:
Kỹ thuật xả khí | Kích thước được đề xuất | Vị trí khoang lý tưởng | Ứng dụng chính & Hồ sơ rủi ro |
|---|---|---|---|
Lỗ thông hơi siêu nhỏ | Độ dày: 0.025 mm – 0.050 mm Độ rộng: 1.5 mm – 3.0 mm | Đường phân chia, bề mặt đất bằng phẳng | Polyurethane có độ nhớt thấp đến trung bình; giảm đáng kể nguy cơ tạo bọt khi được xử lý đúng cách. |
Đường rạch bằng dao cạo (Đường phân chia) | Độ sâu: Tự bịt kín (0 mm tĩnh) Chiều dài: 5.0 mm – 10.0 mm | Dọc theo các đường phân chia khuôn mềm | Đúc chân không tiêu chuẩn; tự mở ra khi có sự chênh lệch áp suất, và đóng kín khi áp suất cân bằng. |
Lỗ thông hơi dạng ống (ống đồng thau) | Đường kính trong: 1.0 mm – 2.5 mm Đường kính ngoài: 1.5 mm – 3.0 mm | Các khối lồi riêng biệt, các hốc sâu, các gân bên trong | Đặc điểm có tỷ lệ chiều cao trên chiều rộng cao; yêu cầu cắt tỉa thân ống dẫn sau khi đóng rắn. |
Ống thoát nước tràn (ống đứng) | Đường kính: 3.0 mm – 6.0 mmChiều cao: 10.0 mm – 15.0 mm | Đỉnh hình học cao nhất | Các bộ phận quang học quan trọng hoặc mang tính thẩm mỹ; giữ lại không khí dư thừa phía trên các bề mặt chức năng. |
Như đã thảo luận trong hướng dẫn của LKprototype về các phương pháp tối ưu trong thiết kế cổng và lỗ thông hơi khi đúc chân không , việc cắt các rãnh siêu nhỏ có độ sâu từ 0.025 mm đến 0.050 mm đóng vai trò là điểm khởi đầu thực tế cho các loại nhựa polyurethane tiêu chuẩn, tận dụng sức căng bề mặt chất lỏng để ngăn ngừa hiện tượng rò rỉ nhựa quá mức. Tuy nhiên, kích thước lỗ thông hơi chính xác phải được xác nhận thông qua quá trình đúc thử nghiệm đối với các công thức có độ nhớt cao hoặc chứa chất độn.
Quy trình DFM từng bước để bố trí lỗ thông hơi
Việc triển khai thiết kế thông hơi khuôn silicon hiệu quả bao gồm phân tích CAD kỹ thuật số, chuẩn bị mẫu chính và hoàn thiện khuôn vật lý.
Bước 1: Xem xét định hướng CAD và đường dẫn luồng
Trước khi bao phủ khuôn mẫu chính bằng silicone RTV, hãy đánh giá mô hình CAD 3D theo hướng đúc dự kiến:
Xác định đặc điểm hình học thấp nhất để gắn cuống chính.
Xác định các điểm cao cục bộ, các gờ bên trong, các mấu lồi và các hốc kín.
Đánh giá sự thay đổi độ dày thành. Các đặc điểm mỏng hơn có điện trở dòng chảy cao hơn, làm thay đổi các khu vực dự đoán điểm đổ đầy cuối cùng.
Các kỹ sư tiến hành đánh giá DFM từng bước trong quy trình đúc chân không sẽ xác định hướng đặt chi tiết ngay từ đầu để tối ưu hóa đường dẫn nhựa và khả năng tiếp cận lỗ thông hơi trước khi in 3D các mẫu chính.
Bước 2: Tạo khuôn mẫu chính với phần nối ống dẫn nhựa và lỗ thông hơi.
Khi tạo khuôn mẫu chính bằng công nghệ in 3D SLA/SLS hoặc gia công CNC độ chính xác cao , các đầu dẫn thông gió vật lý có thể được gắn trực tiếp vào các điểm cao được chỉ định:
Gắn các thanh nhựa cứng hoặc dây kim loại mảnh (thường có đường kính từ 1.0 mm đến 2.0 mm) vào các đỉnh được chỉ định.
Luồn các thanh thông hơi lên phía trên, hướng về phía khung bao quanh của hộp khuôn.
Đảm bảo các ống thông hơi duy trì góc hướng lên liên tục mà không bị võng hoặc tạo thành các vòng xoắn nơi nhựa có thể giữ lại không khí.
Bước 3: Thông hơi khuôn silicon vật lý
Sau khi keo silicone RTV đông cứng xung quanh khuôn mẫu chính và được cắt dọc theo đường phân khuôn, có thể thêm các lỗ thông hơi thủ công bổ sung:
Phương pháp dùng ống đồng sắc nhọn : Như đã nêu trong hướng dẫn tạo lỗ thông hơi cho khuôn silicon của Smooth-On , hãy mài sắc vành trong của một ống đồng thành mỏng. Vặn ống xuyên qua silicon từ các chỗ lõm cao ra ngoài để tạo các đường thông hơi hình trụ sạch sẽ.
Phương pháp rạch bằng dao cạo : Sử dụng dao cạo để tạo các vết rạch siêu nhỏ dọc theo đường phân chia của khuôn silicon hai phần . Các vết rạch này sẽ giãn ra dưới sự chênh lệch áp suất trong quá trình đúc và đóng lại khi sự chênh lệch áp suất giảm xuống.
Bước 1: Định hướng mô hình CAD ► Bước 2: Thêm các đường dẫn thông hơi vào khuôn mẫu ► Bước 3: Đổ và làm khô silicone ► Bước 4: Đục/Cắt các lỗ thông hơi dọc theo đường phân khuôn
Bước 4: Khử khí chân không và hiệu chuẩn áp suất
Các lỗ thông hơi của khuôn hoạt động song song với chu kỳ áp suất buồng được kiểm soát:
Khử khí silicone trước khi đổ : Khử khí silicone lỏng đóng rắn bằng bạch kim bằng phương pháp hút chân không ở áp suất chân không khoảng 28–29 inHg trong điều kiện khí quyển tiêu chuẩn sau khi trộn để loại bỏ không khí lẫn trong hỗn hợp.
Đổ khuôn chân không : Trình tự trộn nhựa, khử khí và đổ khuôn phụ thuộc vào hướng dẫn của nhà sản xuất nhựa và cấu hình thiết bị đúc chân không cụ thể. Bất kể quy trình thiết bị cụ thể nào, việc thông hơi khuôn hiệu quả vẫn đảm bảo đường dẫn khí thoát ra khỏi khoang khuôn khi mực chất lỏng dâng lên.
Chu trình thông hơi buồng : Đưa áp suất khí quyển trở lại buồng sau khi rót. Tác dụng của chu trình áp suất phụ thuộc vào hệ thống nhựa, kích thước bọt khí và điều kiện quy trình; chu trình áp suất không nên được coi là sự thay thế cho việc thông hơi khuôn đúng cách hoặc khử khí nhựa.
Ma trận chẩn đoán: Khắc phục sự cố các khuyết tật đúc liên quan đến lỗ thông hơi
Làm thế nào để khắc phục các lỗ khí và khuyết tật đúc?
Để khắc phục các lỗ khí và khuyết tật đúc, hãy kiểm tra vị trí lỗi trên các chi tiết đã đóng rắn. Các lỗ khí cục bộ tại các điểm cao hoặc đầu gờ cho thấy khả năng thông gió kém, cần bổ sung thêm các ống dẫn hoặc rãnh cắt, trong khi các bọt khí siêu nhỏ lan rộng đòi hỏi phải cải thiện quá trình khử khí chân không trước khi đổ nhựa.
Kiểm tra các sản phẩm đúc thực tế cung cấp manh mối trực tiếp để chẩn đoán các vấn đề về thiết kế lỗ thông hơi khuôn silicon :
Khiếm thị | Phân tích nguyên nhân gốc rễ | Hành động thông gió khắc phục |
|---|---|---|
Các khoảng trống lớn, tròn ở những điểm cao. | Không khí không thể thoát ra khỏi cấu trúc hình học phía trên cùng khi chất lỏng dâng lên. | Thêm một ống tràn (đường kính trong 3.0 mm) ở đỉnh cao nhất của khu vực rỗng. |
Sườn non/Sườn cắt ngắn | Không khí bị kẹt trong các khe hẹp tạo ra lực cản khí nén. | Đục một lỗ thông hơi hình ống đường kính 1.0 mm ở đầu gờ hoặc rạch một đường mỏng dọc theo đường phân chia. |
Cụm lỗ nhỏ trên bề mặt | Các bọt khí siêu nhỏ bám vào bề mặt silicon trong quá trình đổ khuôn. | Tăng số lượng lỗ thông hơi siêu nhỏ; phủ một lớp nhựa mỏng lên bề mặt trước khi đổ khối lượng lớn. |
Phần nhựa thừa/phần cắt bỏ dư thừa | Kênh thông hơi được cắt quá sâu hoặc quá rộng so với độ nhớt của nhựa. | Điều chỉnh độ sâu lỗ thông hơi về phạm vi ban đầu đã được kiểm định (ví dụ: 0.025 mm – 0.050 mm) hoặc chuyển sang sử dụng các khe tự bịt kín được cắt bằng dao cạo. |
Biến dạng bộ phận gần lỗ thông hơi | Chênh lệch áp suất cục bộ làm biến dạng silicon mềm tại cửa thoát khí. | Hỗ trợ các cửa thoát khí bằng ống bọc cứng hoặc tinh chỉnh sự thẳng hàng của đường phân chia. |
Đối với các hình dạng phức tạp có khoang bên trong, cần có các phương pháp chuyên biệt khi xử lý các phần lõm trong khuôn silicon để đảm bảo các kênh dẫn khí thứ cấp không làm rách lõi silicon mềm trong quá trình tháo khuôn.
Các yếu tố cần cân nhắc nâng cao về thiết kế cho chế tạo khuôn mẫu nhanh
Mặc dù các quy tắc thông gió cơ bản giải quyết các vấn đề tắc nghẽn khí thường gặp, việc tạo mẫu chính xác đòi hỏi phải đánh giá DFM (Thiết kế cho khả năng sản xuất) phù hợp:
Phù hợp độ nhớt của nhựa : Các loại nhựa loãng như nước (ví dụ: polyurethane trong suốt giống acrylic) thường yêu cầu các khe thoát hơi nông (0.025 mm) để ngăn ngừa rò rỉ, trong khi các loại nhựa có chất độn hoặc nhựa đàn hồi yêu cầu các khe thoát hơi lớn hơn (1.0 mm – 2.0 mm) do khả năng cản trở dòng chảy cao hơn.
Đồng bộ hóa đường phân khuôn : Việc căn chỉnh các đường phân khuôn với các đỉnh hình học quan trọng cho phép cắt các lỗ thông hơi trực tiếp dọc theo các bề mặt phân khuôn, tránh việc đục sâu xuyên qua khối silicon.
Kiểm tra thử nghiệm và tư vấn DFM : Hợp tác với các kỹ sư sản xuất giàu kinh nghiệm đảm bảo vị trí cuống phun, kênh thông hơi và sự chuyển tiếp độ dày thành được kiểm chứng trước khi sản xuất hàng loạt.
Bằng cách tích hợp các nguyên tắc thiết kế thông hơi khuôn silicon có cấu trúc vào quy trình tạo mẫu nhanh, bạn có thể giảm thiểu bẫy khí, giảm thiểu công đoạn làm sạch sau xử lý và đạt được các sản phẩm đúc polyurethane chất lượng cao, đồng nhất. Để được hỗ trợ kỹ thuật chuyên nghiệp và thời gian hoàn thành nhanh chóng cho lần sản xuất mẫu tiếp theo, hãy tìm hiểu dịch vụ đúc chân không của LKprototype.
