Fin dai tempi antichi, gli artigiani si sono serviti di stampi per realizzare oggetti di ogni tipo, dalle armi dell'Età del bronzo fino ai beni di consumo odierni. I primi stampi erano solitamente in pietra, ma la scienza moderna ha dato alla luce materiali dalla lavorazione molto più semplice, come il silicone.
I componenti morbidi sono molto diffusi all'interno dei beni commerciali, dai piedini in gomma per i computer portatili alle impugnature ergonomiche delle forbici. I materiali gommosi come poliuretani, siliconi, neoprene e lattice consentono applicazioni che vanno dai materiali di copertura per tetti ai dispositivi medici. In particolare, la fusione dei siliconi permettere di estendere le proprietà delle parti stampate così da includere componenti pieghevoli e allungabili. Il tutto usando materiali prontamente accessibili in negozi di ferramenta, fornitori per arte e gioielleria e altri rivenditori facilmente accessibili.
In questa guida pratica alla creazione di stampi in silicone, ti spiegheremo tutto ciò che devi sapere prima di iniziare, compresa la scelta del silicone per la tua applicazione e le buone pratiche per la progettazione delle caratteristiche critiche degli stampi realizzati in 3D.
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Informazioni sul silicone
I siliconi sono una classe di polimeri contenenti l'elemento silicone nella catena molecolare. Quando reagiscono con un catalizzatore chimico passano dallo stato liquido (il silicone) a uno stato solido altamente flessibile e allungabile (la gomma siliconica).
Nella fusione e nella fabbricazione degli stampi, la gomma siliconica RTV cattura i dettagli superficiali più minuti, tra cui le scritte goffrate. Inoltre, la maggior parte dei siliconi fondibili non sono chimicamente adesivi, e dopo la polimerizzazione si staccano dagli stampi realizzati in 3D. Si può raggiungere il fissaggio meccanico colandoli su superfici molto porose come tessuti intrecciati, e in alcuni casi si può stimolare il fissaggio chimico con leganti speciali.
Silicone liquido: i siliconi liquidi sono generalmente bicomponente o monocomponente con l'aggiunta di una piccola quantità di catalizzatore. Ci sono due categorie generali disponibili sul mercato. I siliconi catalizzati con il platino hanno un costo più alto, ma offrono una maggiore stabilità dimensionale a lungo termine e garantiscono un restringimento molto ridotto dopo la polimerizzazione completa. I siliconi catalizzati con lo stagno costano meno, ma sono meno stabili nel tempo e tendono ad avere maggiori tassi di restringimento. Il tempo di polimerizzazione può variare da 10 minuti a diverse ore.
Mastice siliconico: si tratta di un mastice bicomponente i cui due componenti sono miscelati a mano in quantità uguali. Tra le applicazioni principali c'è la fabbricazione di stampi per il settore della gioielleria, ma il silicone è un buon simulatore per guarnizioni o sigillanti stampati a compressione. Ha un valore di durezza Shore 40A (vedi scala di seguito), simile a quello di una gomma per cancellare. Questo silicone si polimerizza velocemente, in meno di 20 minuti, e ha una percentuale di restringimento pari a zero.
Sicurezza della pelle, delle mucose e degli alimenti: alcune applicazioni richiedono più cautela rispetto ad altre, in quanto comportano il contatto con il corpo o con alimenti. Controlla sempre la scheda dati di sicurezza dei materiali fornita dal produttore del silicone per accertarti che la gomma sia sicura per la tua applicazione.
Scala di durezza: i materiali gommosi, come le gomme siliconiche, possono essere formulati a diversi gradi di durezza, da quelli molto morbidi a quelli estremamente duri, secondo un valore specifico sul durometro Shore. I materiali più morbidi vengono misurati sulla scala Shore A e quelli più duri sulla scala Shore D.
Adattato da Meridian Laboratory
Perché realizzare stampi in silicone?
Il silicone è un'ottima scelta per lo stampaggio perché offre una gamma ampia ed eterogenea di vantaggi. Con lo stampaggio in silicone puoi facilmente creare design personalizzati. Inoltre gli stampi sono molto duraturi, quindi puoi usarli più volte senza il timore di romperli. La struttura inorganica del silicone lo rende molto più resiliente al calore e al freddo, all'esposizione chimica e persino ai funghi, rispetto alla gomma, il suo equivalente organico. Ecco alcuni dei vantaggi degli stampi in silicone.
Flessibilità
La flessibilità del silicone lo rende un materiale facile da lavorare. Gli stampi in silicone sono pieghevoli e leggeri, se confrontati con sostanze più rigide come la plastica, e sono anche più semplici da rimuovere una volta che la parte è completamente formata. Grazie all'alto livello di flessibilità del silicone, sia lo stampo che la parte realizzata hanno meno probabilità di rompersi o scheggiarsi. Puoi usare stampi in silicone personalizzati per dare forma a qualsiasi oggetto: da componenti ingegneristici complessi a cubetti di ghiaccio o dolcetti a tema per le feste.
Stabilità
Il silicone sopporta temperature dai -65 ° ai 400 °C. Inoltre può allungarsi fino al 700% a seconda della formulazione. Grazie alla loro stabilità nelle situazioni più diverse, gli stampi in silicone possono essere messi nel forno, congelati e poi allungati durante la rimozione.
Resistenza
In molti casi, uno stampo in silicone può essere usato più volte. Ma è importante ricordare che il tempo di vita utile degli stampi può variare notevolmente. Maggiori saranno la frequenza delle colate e la complessità o il livello di dettaglio del design, più rapidamente lo stampo potrebbe rovinarsi. Per massimizzare la vita utile dei tuoi stampi in silicone, è consigliabile pulirli con acqua e un sapone delicato, asciugarli con cura e conservarli su una superficie piana senza impilarli.
Limitazioni
Se lavorare con il silicone presenta molti benefici, è bene essere consapevoli di alcune limitazioni:
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Il silicone costa più del lattice e delle gomme organiche. Da un rapido confronto su Amazon si evince che un litro di silicone costa quasi il doppio dello stesso quantitativo di lattice.
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Per quanto flessibile, il silicone si può strappare se viene allungato eccessivamente.
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Non tutti i siliconi hanno la stessa formulazione. Acquista sempre silicone e altri materiali di produzione da fornitori affidabili.
Applicazioni comuni degli stampi in silicone
Gli stampi in silicone sono molto usati sia in ambito professionale che amatoriale per la loro versatilità e facilità di utilizzo. Ecco alcuni esempi di settori e applicazioni in cui si realizzano stampi in silicone per la produzione.
Prototipazione
Lo stampaggio in silicone è utilizzato nella prototipazione e nello sviluppo di prodotto in un'ampia gamma di settori. Poiché il costo degli stampi in silicone è decisamente più basso di quello delle attrezzature per i processi di fabbricazione tradizionali come lo stampaggio a iniezione, la fusione con stampi in silicone è la soluzione ideale sia per la prototipazione di design di prodotto, sia per la creazione di unità beta allo scopo di testare il mercato e la risposta dei consumatori a un nuovo prodotto. Mentre le stampa 3D è più adatta alla creazione rapida di pezzi unici, lo stampaggio in silicone e la fusione in uretano possono essere ideali per la produzione in volumi più ridotti.
Unire le diverse fasi di produzione grazie alla stampa 3D e all'uretano
Unire le diverse fasi di produzione è più veloce rispetto ai metodi di produzione tradizionali ed è utile in caso di volumi ridotti o di prodotti il cui design potrebbe richiedere modifiche. Guarda questo webinar per scoprire come passare dalla stampa 3D alla fusione in volumi medi e allo stampaggio a iniezione.
Gioielleria
Si tratta di un grande passo avanti nella produzione in serie, che permette l’applicazione su larga scala della fusione a cera persa. Poiché gli stampi in silicone catturano dettagli molto sottili, i gioiellieri possono produrre pezzi molto dettagliati e geometrie complesse.
Uno stampo in silicone prodotto con vulcanizzazione a temperatura ambiente formato su un modello stampato in 3D.
Stampi in gomma vulcanizzata con master ottenuti mediante stampa 3D
La stampa 3D con materiali ad alte prestazioni consente a designer e fonditori di sfruttare la tecnologia digitale per i loro processi di produzione. Leggi il whitepaper per scoprire come la stampa 3D può essere usata per la produzione di piccole parti in metallo.
Beni di consumo
Gli stampi in silicone sono utilizzati per realizzare molti articoli personalizzati, come saponette e candele. I fornitori scolastici utilizzano spesso stampi in silicone per formare articoli come gessetti e gomme da cancellare. Anche i produttori di giocattoli e oggetti da collezione utilizzano questa tecnica per produrre miniature e statuette personalizzate di alta qualità e precisione.
Ad esempio, SiOCAST utilizza master stampati in 3D per realizzare stampi in silicone per un processo unico che combina i vantaggi della stampa 3D, dello stampaggio del silicone e dello stampaggio a iniezione. La tecnologia di SiOCAST è già stata ampiamente adottata, dai piccoli studi ai più grandi produttori di miniature del settore, come Monster Fight Club (The Witcher, Cyberpunk RED), Reaper Miniatures (Bones) e Warlord Games (Blood Red Skies, Bolt Action).
Cibo e bevande
Gli stampi in silicone per uso alimentare sono usati per realizzare i dolciumi dalle forme più fantasiose, tra cui cioccolatini, ghiaccioli e lecca lecca. Poiché il silicone può sopportare il calore fino a 400°C, gli stampi sono adatti anche alla cucina. Dolcetti come muffin e cupcake cuociono a meraviglia negli stampi in silicone.
Progetti fai da te
Artisti indipendenti e artigiani del fai da te si servono spesso dello stampaggio in silicone per le loro creazioni uniche. Gli stampi in silicone possono essere utilizzati per realizzare o riprodurre qualsiasi oggetto, dalle bombe da bagno ai giocattoli per cani: le possibilità sono innumerevoli. Un progetto divertente per bambini, da realizzare con il silicone, è lo stampo della mano. Assicurati soltanto di usare un silicone adatto al contatto con la pelle.
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Come realizzare modelli per lo stampaggio in silicone
Il modello, a volte detto "master", è la parte utilizzata per creare un negativo preciso nello stampo in silicone. Se vuoi semplicemente riprodurre un oggetto esistente, la cosa migliore è usare l'oggetto stesso come modello. Devi soltanto assicurarti che l'oggetto in questione possa resistere al processo di realizzazione dello stampo.
Prima di creare un nuovo design o prototipo è necessario fabbricare il modello. Ci sono diversi modi per farlo. Ecco alcuni metodi di realizzazione di modelli per lo stampaggio in silicone:
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Scultura: se hai grande talento artistico o se il design è relativamente semplice, puoi realizzare un modello in argilla. Scolpire un modello può essere un divertimento per i bambini e un'alternativa conveniente per chi ama il fai da te.
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Intaglio: puoi realizzare il tuo modello con il legno. I modelli realizzati con l'intaglio sono l'ideale per il design di piastrelle e di oggetti piatti.
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Stampa 3D: molti professionisti e designer per la produzione commerciale scelgono di stampare modelli in 3D. Le stampanti 3D desktop offrono molti vantaggi, fra cui la flessibilità del design all'interno del software CAD, l’alta precisione, la facilità di modifica dei prototipi e i tempi di consegna rapidi.
Una volta creato il modello, puoi cominciare a realizzare il tuo stampo in silicone.
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Come iniziare a realizzare stampi in silicone
Ecco tutto l'occorrente per costruire un kit essenziale per lo stampaggio in silicone:
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Un modello master
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Silicone liquido, ad esempio OOMOO 30 di Smooth-On
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Una scatola o un contenitore non poroso, che costituirà l’alloggiamento dello stampo
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Un agente distaccante, come quello universale di Smooth-On
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Cera, resina o altri materiali per utilizzo finale
Stampi in silicone a uno o due pezzi
Prima di cominciare a realizzare i tuoi stampi, dovrai determinare quale tipo di stampi vuoi creare.
Gli stampi in silicone a un pezzo assomigliano a quelli dei cubetti di ghiaccio. Basta riempire lo stampo e lasciare che il materiale al suo interno assuma la forma desiderata. Tuttavia, come gli stampi per i cubetti di ghiaccio, tutti gli stampi a un pezzo sono adatti solo a design con una superficie piatta. Se il tuo modello ha sottosquadri profondi, può essere difficile rimuovere le parti finali dallo stampo senza danneggiarle, una volta che il silicone ha assunto la forma desiderata.
Se invece i sottosquadri non rappresentano un problema per il design, uno stampo in silicone a un pezzo è l'ideale per creare una perfetta riproduzione 3D del tuo modello su tutte le altre superfici.
Gli stampi in silicone a un pezzo sono l'ideale per design con una superficie piatta e senza sottosquadri profondi.
Uno stampo in silicone a due pezzi è più utile per riprodurre un modello in 3D senza superfici piatte o con sottosquadri profondi. Lo stampo si apre in due pezzi che si uniscono e formano una cavità tridimensionali da riempire (con un funzionamento simile a quello dello stampaggio a iniezione).
Gli stampi a due pezzi non lasciano superfici piatte e sono più semplici da utilizzare rispetto a quelli a un blocco solo. Ma sono un po' più complessi da realizzare e, se i due componenti non aderiscono perfettamente, possono formarsi delle linee in rilievo.
Come realizzare stampi in silicone
Innanzitutto occorre decidere se si vuole usare uno stampo a uno o due pezzi. I processi per realizzare i due tipi di stampo sono simili, ma crearne uno a due componenti richiede un po' più di tempo. Per creare i tuoi stampi in silicone puoi usare le seguenti istruzioni passo a passo.
Stampi in silicone a un pezzo
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Crea il modello del tuo prodotto: questo è il design della tua parte per uso finale, che sarà riprodotto in un altro materiale. Quando stampi con una stampante 3D stereolitografica (SLA), usa una qualsiasi resina standard per usi generici con uno spessore dello strato di 50 micron. Fai in modo che sulla superficie dettagliata non ci siano segni lasciati dai supporti. Lava accuratamente le parti con alcool isopropilico: qualsiasi residuo appiccicoso sulla parte può influenzare il processo di stampaggio del silicone.
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Costruisci l'alloggiamento dello stampo: l'MDF verniciato è una scelta comune per la costruzione di contenitori per stampi in silicone, ma può essere adatto anche un semplice contenitore in plastica, a patto che sia realizzato in materiale non poroso e abbia un fondo piatto.
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Posa il modello e applica l'agente distaccante: innanzitutto nebulizza una piccola quantità di agente distaccante all'interno dell'alloggiamento dello stampo. Posiziona i modelli all'interno della scatola con la superficie dettagliata rivolta verso l'alto. Nebulizzali a loro volta con l'agente distaccante. Ci impiegheranno circa 10 minuti ad asciugarsi completamente.
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Prepara il silicone: miscela la gomma siliconica secondo le istruzioni riportate sulla confezione. Puoi usare un dispositivo vibrante, come una levigatrice elettrica portatile, per rimuovere le bolle d'aria.
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Versa il silicone nell'alloggiamento dello stampo: versa delicatamente la gomma siliconica miscelata nel contenitore in un flusso lento e costante. Inizia dalla parte più bassa del contenitore (la base) e gradualmente riempi i contorni del modello stampato in 3D. Coprilo con almeno un centimetro di silicone. Il processo di polimerizzazione richiederà da un'ora a una giornata per il completamento, a seconda del tipo di silicone e della marca.
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Togli il silicone dallo stampo: una volta completata la polimerizzazione, togli il silicone dal contenitore e rimuovi i modelli. Questo ti servirà come stampo, simile a quello per i cubetti di ghiaccio, per il tuo prodotto per l'utilizzo finale.
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Dai forma alla parte: ancora una volta, è consigliabile nebulizzare lo stampo in silicone con l'agente distaccante e lasciar asciugare per 10 minuti. Versa il tuo materiale per utilizzo finale (cera, calcestruzzo o altro) nelle cavità e lascialo solidificare.
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Prepara lo stampo per la prossima colata: puoi usare lo stampo in silicone più di una volta. Ritorna al passaggio sette per ripetere il processo.
Buone pratiche
Seleziona la resina: si consiglia la Clear Resin per poter osservare il riempimento dello stampo. Consigliamo di stampare con uno spessore dello strato di 50 μm per ottenere un buon equilibrio tra la superficie liscia e i tempi di stampa brevi. Orienta le parti sulla piattaforma di stampa in modo che le superfici interne, le più importanti, non presentino segni lasciati dai supporti.
Punti di riferimento per l'allineamento: le quattro protuberanze cilindriche e le cavità negli angoli dello stampo vengono usate come punti di riferimento per l'allineamento, così da garantire la corretta corrispondenza tra le due parti dello stampo. Il nostro partner consiglia di aggiungere 0,1 mm di gioco per i punti di riferimento per l'allineamento.
In un oggetto simmetrico alla rotazione come questa guarnizione, i punti di riferimento per l'allineamento possono avere forma e posizione identiche. In altre parole, la parte superiore dello stampo può essere ruotata di 90 o 180 gradi senza alterare la forma della guarnizione. Nel caso di geometrie irregolari può essere adottata una strategia di sigillatura in cui la forma e la posizione dei punti di riferimento per l'allineamento possono incastrarsi in un unico modo.
Punti di distacco smussati: aggiungere smussature ai bordi dello stampo può rendere più semplice il processo di distaccamento delle due parti dello stampo stesso. Per separare le due parti, puoi usare la spatola in dotazione con il Finish Kit di Formlabs o un cacciavite a testa piatta.
Design dello stampo: una delle prime caratteristiche di design da considerare è la linea di separazione tra le due parti dello stampo di compressione e come le due parti si uniscono (e separano).
Stampi in silicone a due pezzi
Per creare uno stampo a due pezzi, segui innanzitutto i primi due passaggi qui sopra, cioè crea un modello e costruisci l'alloggiamento dello stampo. Poi segui il procedimento qui sotto per creare uno stampo a due pezzi:
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Posiziona i modelli in argilla:
usa l'argilla per formare quella che sarà una metà dello stampo. L'argilla deve essere inserita nell'alloggiamento dello stampo in modo tale che metà del modello fuoriesca dall'argilla.
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Prepara e versa il silicone:
segui le istruzioni riportate sulla confezione del silicone per preparare e versare delicatamente il materiale nell'alloggiamento dello stampo sopra l'argilla e i modelli. Questo strato di silicone costituirà una metà del tuo stampo in silicone.
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Rimuovi tutto dall'alloggiamento dello stampo:
una volta che il tuo primo stampo è polimerizzato, dovrai rimuovere lo stampo in silicone, i modelli e l'argilla dall'alloggiamento. È normale che gli strati si separino al momento dell'estrazione.
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Rimuovi l'argilla:
per ottenere il tuo primo stampo in silicone e i modelli, rimuovi l'argilla. Assicurati che i modelli e lo stampo esistente siano completamente puliti.
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Posiziona lo stampo e i modelli di nuovo nell'alloggiamento dello stampo:
Inserisci di nuovo sia lo stampo in silicone esistente che i modelli (posizionati nello stampo) nell'alloggiamento, rivolti verso l'alto anziché verso il basso.
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Applica l'agente distaccante:
applica un sottile strato di agente distaccante sopra il tuo modello e sullo stampo in silicone esistente per facilitare l'estrazione dello stampo.
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Prepara e versa il silicone per il secondo stampo:
seguendo le stesse istruzioni fornite sopra, prepara e versa il silicone nell'alloggiamento dello stampo per creare il secondo stampo.
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Aspetta che il tuo secondo stampo si polimerizzi:
prima di rimuovere il secondo stampo dall'alloggiamento aspetta tutto il tempo necessario per la polimerizzazione.
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Estrai le parti dallo stampo:
rimuovi entrambi gli stampi in silicone dall'alloggiamento e separali delicatamente.
OXO ha utilizzato uno stampo bicomponente per prototipare questa guarnizione per lo shaker. Scopri di più sul processo di stampaggio a compressione che hanno utilizzato qui.
Buone pratiche
Selezione della resina: le resine standard per usi generici come la Grey Resin possono catturare dettagli superficiali molto fini. Il silicone raccoglie i dettagli della superficie, tra cui le linee degli strati. Se uno spessore dello strato di 50 micron fornisce un buon equilibrio tra superficie liscia e velocità di stampa, uno spessore dello strato di 25 micron può essere adatto ad alcune applicazioni estetiche.
Agente distaccante: è importante utilizzarlo in entrambe le fasi del processo di stampaggio, così come nella creazione dello stampo in silicone e nella fusione della parte per utilizzo finale. La marca Smooth-On produce un agente distaccante multiuso che funziona bene per la maggior parte delle applicazioni.
Angoli di sforno: il processo di stampaggio in silicone è abbastanza tollerante e può sopportare angoli di 90 gradi o leggeri sottosquadri. Se hai in programma di usare lo stampo diverse volte, cerca di piegarlo e allungarlo il meno possibile quando estrai le parti, o cerca una formula di gomma siliconica ad alta resistenza alla lacerazione.
Sovrastampaggio in silicone
Dame Products utilizza la tecnica del sovrastampaggio in silicone nella produzione e per incapsulare componenti elettronici nei prototipi beta destinati ai clienti.
Il sovrastampaggio è un processo di stampaggio articolato in più passaggi, in cui due o più componenti sono stampati uno sopra l'altro. Per questo è detto anche stampaggio in due fasi. Per prima cosa viene creato un componente di base. Successivamente, un materiale diverso viene stampato su parti di esso. Il sovrastampaggio è comunemente utilizzato per produrre parti in plastica con impugnature in gomma. Il processo di sovrastampaggio in due fasi per uno spazzolino da denti, ad esempio, consiste nel formare uno strato di base per l'impugnatura in plastica e uno strato superiore di gomma (per rendere lo spazzolino meno scivoloso tra le dita).
Per scoprire di più sul sovrastampaggio in silicone, leggi la guida completa.
Un mondo di possibilità con le tecniche di stampaggio in silicone
Non esiste un solo modo per realizzare i prodotti. Spesso, per ottenere i migliori risultati, è necessario coniugare diversi metodi di produzione. Comprendere i vantaggi e gli svantaggi di ciascun metodo ti aiuterà a prendere le migliori decisioni per il tuo progetto.
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