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如何制作硅胶模具:实用指南

纵观历史,从铜器时代的兵器到现代的消费品,工匠们使用模具来制造一切。早期模具通常由石材制作,现代科学则已经制造出了更易于使用的材料,比如硅胶。

如今,许多行业都依赖于硅胶成型。产品研发人员、工程师、DIY 制造商,甚至是主厨,都会制作硅胶模具用于生产一次性或叫小批量的部件。

在本篇硅胶模具制作的实用指南中,我们会在开始前将你需要了解的内容进行分类、提供您需要的物品清单、并为您提供关于将硅胶模具融入任何类型项目的分步指南。


白皮书

用于产品设计的硅胶成型

下载本篇报告了解 OXO、 Tinta Crayons 以及 Dame Products 的案例研究,其中说明了用于产品设计的硅胶成型有三种不同的方法,包括二次成型和嵌件成型。

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为什么要制作硅胶模具?

因为硅胶有多种优点,是模型制作的一个强有力的选择。使用硅胶成型,您可以轻松进行定制设计。硅胶模具本身极为耐用,所以您可以重复使用,无需担心破裂。相比于橡胶的有机成分,硅胶的无机成分对高温、严寒、化学药品暴露甚至是真菌都具有较高的复原性。硅胶模具有以下优势:

柔韧性

硅胶的柔韧性使其易于使用。与较为坚硬的物质(如塑料)相比,硅胶模具轻且柔韧,同时在部件完全成型后硅胶模具更易于去除。由于硅胶的高度柔韧性,硅胶模具和预制件更不容易断裂或碎裂。您可以使用定制硅胶模具来塑造任何物品,包括从复杂的工程组件到假日主题的冰格或精制工艺品。

稳定性

硅胶可以承受的温度范围为 -65 到 400 摄氏度。此外,根据配方的不同,硅胶的延伸率可高达 700%。各种条件下都高度稳定,您可以将硅胶模具放置于烤箱中、冷冻它们并在拆除时拉伸它们。

耐用性

在大多数情况下,您可以多次使用硅胶模具。但是,值得注意的是模具的使用寿命各有不同。铸造越频繁、设计越复杂或精细,模具性能下降得就越快。为了最大限度延长硅胶模具的寿命,使用温和的肥皂和水进行清洗,完全干燥,并将其平放,而非堆叠放置。

局限性

尽管使用硅胶有很多优势,但也有一些需要注意的局限性:

  • 硅胶的成本高于乳胶和有机橡胶。在亚马逊网站上快速对比,可发现一加仑硅胶的价格通常高于 $100(几乎是乳胶价格的两倍)。

  • 尽管硅胶足够柔韧,拉伸过度还是会撕裂。

  • 并不是所有硅胶的成分都一样。务必从信誉良好的供应商处购买硅胶以及任何制造材料。

硅胶模具的常见应用

因为具有多功能性和易用性,业余爱好者和专业人士都依赖于硅胶模具。这里有一些使用硅胶模具生产产品的行业与应用实例:

 

原型制造

硅胶成型用于各行各业的原型制造和产品开发生产。因为硅胶模具的成本大大低于传统制造工艺(如注射成型)的硬质模具,对于原型制造产品设计以及制作 beta 单元用于测试市场和客户对新产品的反应,使用硅胶模具进行铸造是一个理想选择。尽管 3D 打印更加适合快速制造一次性部件,硅胶成型和聚氨酯铸造很适合较小批量部件的生产。


网络研讨会

3D 打印和聚氨酯的弥合生产

弥合生产快于传统制造方法,并用于小批量或需要更改设计的产品中。观看网络研讨会以了解如何从 3D 打印转向中型铸造再到注射成型。

观看网络研讨会


珠宝

珠宝商使用定制硅胶模具在蜡中复制手工雕刻或 3D 打印的珠宝样式,在继续使用蜡进行铸造的同时,逐步减少为每件新产品制作蜡雕模型的耗时劳动。这为批量生产提供了重大飞跃,使大规模投资铸造成为可能。因为硅胶模具可以捕捉精细细节,珠宝商可以生产具有华丽细节与复杂几何形状的产品。

围绕 3D 打印母板成型的 RTV(室温硫化)硅胶模具。


白皮书

利用 3D 打印母模进行硫化橡胶成型

使用高性能材料的 3D 打印使设计师和铸工能够在生产过程中使用数字技术。现在阅读以了解如何在小金属部件生产中使用 3D 打印。

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消费品

制作者们使用硅胶模具制作许多定制手工艺品,如肥皂和蜡烛。甚至是学校用品的生产商都经常使用硅胶模具以制作物品,如粉笔和橡皮。

例如,Tinta Crayons(一家小型澳大利亚公司)使用硅胶成型生产具有趣味形状和高表面细节的蜡笔。

Tinta Crayons 制造的硅胶成型机器人蜡笔。(图片来源

食品和饮料

食品级硅胶模具用于制作各种造型奇异的甜品,包括巧克力、冰棒和棒棒糖。因为硅胶可以承受高达 400 摄氏度的温度,硅胶模具也会用于烹饪。小型烘焙食物(如玛芬和杯子蛋糕)都可以很好地成型于硅胶模具中。

DIY 项目

独立艺术家和 DIY 爱好者经常使用硅胶成型来手工制作独一无二的作品。您可以使用硅胶模具来成型或复制从沐浴气泡弹到狗狗零食等一切物品,具有无限可能性。一个有趣的儿童硅胶成型项目来制作他们的手部模型。只要确保选择不伤皮肤的硅胶。

如何制作硅胶成型的模型

模型(有时也称为母版)是用于制作硅胶模具中精确底板的部件。如果您只是尝试复制现有物体,可以合理使用该物体作为您的模型。您只需确定该物体可以承受模具制作过程。

要制作新设计或原型,您必须首先制作模型;对此,您有多种选择。以下是制作硅胶成型模型的几种方法:

  • 雕塑法—如果您是一位天才雕塑家或如果您在制作相对简单的设计,您可以使用粘土来制作模型。雕塑模具对于儿童也是一项有趣的项目,并且对于 DIY 爱好者是一个划算的选择。

  • 雕刻法—您可以使用木材制作自己的模型。雕刻的木质母版是制作瓷砖和平面设计的绝佳选择。

  • 3D 打印—很多专业人士和商业设计师选择 3D 打印模型。桌面级 3D 打印机具有多种优势,包括 CAD 软件中的设计灵活性、高准确度、原型修改的简易性以及较短的周转时间。

拥有了模型,您就可以开始制作硅胶模具了。

开始硅胶模具制作

以下是组成基础硅胶成型工具包所需的所有物品:

  • 母模

  • 液态硅胶,比如 Smooth-On OOMOO 30

  • 放置模具外壳的盒子或无孔容器

  • 脱模剂,比如 Smooth-On 通用脱模剂

  • 蜡、树脂或其他成品材料

一片式 vs. 两片式硅胶模具

在开始制作模具前,您需要决定想要制作的模具类型。 

像冰块托盘这种的一片式硅胶模具。填充模具后凝固材料。但是,正如冰块托盘制造顶部平坦的立方体一样,一片式模具只适用于有平坦侧面的设计。如果您的母版有深切口,在硅胶凝固后,很难将母版和最终部件从模具中取出而不造成损坏。

在您的设计无需担心这些时,一片式硅胶模具是在母版所有其他表面制作无缝 3D 复制品的理想选择。

一片式硅胶模具非常适合具有平坦侧面并无深切口的设计。

两片式硅胶模具更适合用于没有平坦侧面或有深切口的 3D 母版。模具分为两片且可以重新连接在一起,从而形成了可填充的 3D 空腔(与注射成型工作原理相似)。

两片式模具没有平坦表面并比单块模具更易于操作。其缺点是,制作相对复杂一些, 并在两片模具无法完美对齐时会形成接缝。

两片式硅胶模具可以复制任何母版设计。(图片来源

如何制作硅胶模具

首先,您将需要决定是使用一片式还是两片式模具。两种模具的制作过程相似,但是制作两部分模具会需要更多时间。您可以遵循以下分步说明来制作您自己的硅胶模具。

一片式硅胶模具

  1. 制作产品母版:这是您的最终部件设计,将会使用另一种材料进行复制。使用立体光固化 (SLA) 3D 打印机进行 3D 打印时, 使用层高为 50 微米的任一种标准树脂。确保细节表面无支撑标记。使用 IPA 彻底清洗部件—任何表面上的残留粘性物都会影响硅胶成型过程。

  2. 搭建模具外壳:涂层 MDF 是构建硅胶模具密封盒的热门选择,但是即便是一个简单的预制塑料容器也可以。寻找带有平坦平面的无孔材料。

  3. 放置母模并使用脱模剂:开始时,将脱模剂轻轻喷洒至模具外壳内部。将带有细节一侧朝上,把母版铺在箱子内。在其上也轻轻喷洒脱模剂。彻底干燥大约 10 分钟。

  4. 准备硅胶:根据包装说明,混合硅橡胶。您可以使用振动设备(如手持电子打磨机)以去除气泡。

  5. 将硅胶倒入模具外壳:将混合好的硅橡胶以窄流缓缓倒入密封盒中。先倒满箱内最低的部分(底座),并沿 3D 打印母版的轮廓逐渐上升。保留最少一厘米的硅胶覆盖。取决于硅胶类型和品牌,固化过程的完成需要一小时到一天不等。

  6. 脱模硅胶:完成固化时,将硅胶从密封盒中剥离出来,并拆除母版。这将作为您的冰块托盘式模具用于成品的铸造。

  7. 铸造部件:同样,将脱模剂轻轻喷洒至硅胶模具并干燥 10 分钟。将成品材料(如蜡或混凝土)倒入空腔中,使其固化。

  8. 准备下一次铸造的模具:您可以多次使用该硅胶模具。返回步骤七以重复此过程。

     

两片式硅胶模具

要制作两片式模具,从上文前两个步骤之后开始,包括制作母版和搭建模具外壳。之后,遵循以下过程以制作两片式模具:

  1. 在粘土中放置母版:使用粘土成型的部分最终会是模具的一半。粘土应该放在模具外壳的内部,并在粘土中露出一半母版。

  2. 准备并倒入硅胶:遵循硅胶的包装说明,准备并在粘土和母版顶部将硅胶轻轻倒入模具外壳。硅胶层将是两片式模具中的一半。

  3. 从模具外壳上去除所有东西:在第一个模具固化后,将需要从模具外壳上去除硅胶模具、母版和粘土。在取出时,出现层分离是没关系的。

  4. 清理粘土:将所有粘土清理掉以露出第一个硅胶模具与母版。确保母版和现有模具完全洁净。

  5. 将模具和母版放回模具外壳:将现有硅胶模具和母版(在模具中)朝上而非朝下插回模具外壳。

  6. 使用脱模剂:在母版和现有硅胶模具顶部喷洒一薄层脱模剂以便易于脱模。

  7. 准备并倒入用于第二个模具的硅胶:按照上文所述说明,准备并将硅胶倒入模具外壳以便制作第二个模具。

  8. 等待第二个模具固化:等待一定时间使第二个模具固化后,试图将其从模具外壳中取出。

  9. 脱模部件:从模具外壳中取出两个硅胶模具,并轻轻将其分开。

世界因硅胶成型技术而充满可能性

归根结底,产品制作没有唯一合适的方法,无论是食品、雕像还是商业部件。常常共同使用多种制造方法以得到最佳效果;了解这些方法特有的优势与劣势将会帮助您为项目做出最适合的选择。 

想要发现更多关于硅胶模型制作的技术和应用吗?下载我们的用于产品设计的硅胶成型白皮书。