Создание пресс-форм из силикона: практическое руководство

На протяжении истории для изготовления разных вещей, от оружия в бронзовом века до современных потребительских товаров, ремесленники использовали пресс-формы. Первые пресс-формы делали из камня, но современная наука позволила получить материалы, с которыми проще работать, например силикон.

Сегодня литье в силиконовых пресс-формах используется компаниями во многих отраслях. Чтобы создать модель в одном экземпляре или несколько ее партий, силиконовые пресс-формы используют все, от разработчиков продукции и инженеров до любителей творчества и даже шеф-поваров.

В этом практическом руководстве по созданию пресс-форм из силикона мы рассмотрим все вопросы, которые нужно знать перед началом работы. Мы также расскажем о том, что вам для этого потребуется, и пошагово продемонстрируем, как использовать силиконовые пресс-формы в любых проектах.

Силикон — это надежное решение для изготовления пресс-форм. Он обладает множеством преимуществ. С помощью литья в силиконовых пресс-формах можно создавать проекты по индивидуальным параметрам. Сами пресс-формы получаются достаточно прочными. Их можно использовать несколько раз, и они не сломаются. Силикон — это неорганический материал. По сравнению с каучуком, своим органическим аналогом, он обладает высокой устойчивостью к теплу и холоду, воздействию химических веществ и даже образованию плесени. Пресс-формы из силикона обладают следующими преимуществами:

Силикон — гибкий материал. Благодаря этому с ним легко работать. Силиконовые пресс-формы можно сгибать; они мало весят по сравнению с более жесткими материалами, например пластмассой. Из них также легко извлекать отлитые модели. Силикон обладает хорошей гибкостью. Поэтому вероятность того, что силиконовые пресс-формы или отлитые в них модели сломаются, меньше. Пресс-формы из силикона, созданные по индивидуальным параметрам, можно использовать для изготовления любых изделий, от сложных инженерных компонентов до кубиков льда и сладостей к празднику.

Силикон способен выдерживать температуру от -65 до +400 градусов Цельсия. В зависимости от формулы он обладает удлинением до 700 %. У него высокая стойкость к широкому ряду условий: силикон можно поместить в печь или холодильник и растянуть его после этого.

В большинстве случаев одну силиконовую пресс-форму можно использовать много раз. Однако нужно понимать, что срок службы разных пресс-форм может сильно отличаться. Чем чаще выполняется литье и чем сложнее форма создаваемой модели, тем быстрее пресс-форма будет изнашиваться. Чтобы максимально продлить срок службы пресс-форм из силикона, их нужно очищать слабым мыльным раствором, тщательно высушивать и хранить по отдельности, не складывая друг на друга.

Силикон обладает массой преимуществ, но у него есть и ряд ограничений:

• Силикон дороже латекса или органического каучука. Если заглянуть на Amazon, то можно найти много предложений по продаже силикона за 100 долларов США, что почти в два раза дороже латекса.

• Несмотря на хорошую гибкость, силикон может порваться, если его сильно растянуть.

• Силикон создают, применяя разные формулы. Поэтому его и другие материалы для производства нужно покупать у надежного поставщика.

Как любители, так и профессионалы используют пресс-формы из силикона из-за их универсальности и простоты в применении. Вот несколько отраслевых примеров и случаев применения, где их используют для производства продукции:

Литье в силиконовых пресс-формах используется для прототипирования и разработки продукции в различных отраслях. Стоимость силиконовых пресс-форм значительно ниже, чем жестких инструментов для традиционных производственных процессов, таких как литье под давлением. Литье в пресс-формах из силикона отлично подходит для прототипирования конструкций изделий, а также для создания образцов, чтобы проверить потребительский спрос на новую продукцию на рынке. Если 3D-печать лучше подходит для создание моделей в одном экземпляре, то литье в силиконовых пресс-формах и из полиуретана — идеальное решение для мелкосерийного производства моделей.

Ювелиры используют силиконовые пресс-формы для дублирования созданных вручную или напечатанных на 3D-принтере моделей из воска. Это дает им возможность постепенно отказаться от трудоемкой работы, вырезая модели из воска для каждого нового изделия, но при этом продолжать использовать этот материал для литья. Благодаря этому можно совершить значительный скачок в серийном производстве и использовать литье по выплавляемым моделям в заданных масштабах. Так как силиконовые пресс-формы позволяют хорошо передать детали, ювелиры могут создавать изделия с мелким орнаментом и замысловатой геометрической формой.

Мастера используют силиконовые пресс-формы, чтобы создавать изделия ручной работы с индивидуальными параметрами, например, мыло или свечи. Чтобы изготовить продукцию, такую как мел и ластики, пресс-формы из силикона используют даже производители школьных принадлежностей.

Например небольшая австралийский компания Tinta Crayons применяет пресс-формы из силикона для производства цветных восковых мелков с забавной формой и высоким качеством поверхности.

С помощью силиконовых пресс-форм для еды можно создавать различные кондитерские изделия причудливой формы, в том числе шоколад, фруктовый лед и леденцы. Так как силикон выдерживает температуру до 400 градусов Цельсия, такие пресс-формы можно также использовать для запекания. Кроме того, в них хорошо поднимаются маленькие мучные изделия, такие как булочки и кексы.

Независимые художники и любители творчества используют литье в силиконовых пресс-формах для создания уникальных изделий. Их можно применять для придания формы любым предметам и изготовления их копий, от бомб для ванной до лакомств для собак. Возможности практически безграничны. Детям будет интересно создать копию своей руки с помощью литья в силиконовых пресс-формах. Нужно лишь убедиться в том, что используемый силикон безопасен для кожи.

Образец — это модель, которую используют для получения точного ее отпечатка в силиконовой пресс-формы. Если вы просто хотите сделать копию существующего объекта, имеет смысл использовать его в качестве образца. Нужно лишь убедиться в том, что этот объект способен выдержать процесс создания пресс-формы.

Для получения новой конструкции или прототипа сначала нужно изготовить образец. Для этого есть несколько способов. Среди них следующие:

• Лепка: если вы талантливый скульптор или создаете модель с относительно простой конструкцией, для изготовления образца можно использовать глину. Лепка образца также будет интересна детям и представляет собой экономичное решение для любителей творчества.

• Резьба: образец можно создать с помощью резьбы по дереву. Образцы, вырезанные из дерева, — это отличный выбор для создания плиток и плоских конструкций.

• 3D-печать: многие профессионалы и проектировщики в компаниях выбирают печать образцов на 3D-принтере. Настольные 3D-принтеры обладают множеством преимуществ. Они дают широкие возможности для проектирования в программном обеспечении САПР, обеспечивают высокую детализацию, легкость при внесении изменений в прототипы, а также быстрое создание моделей.

Получив образец, можно начинать изготовление силиконовой пресс-формы.

Для создания базовой пресс-формы из силикона потребуется следующее:

• Образец

• Жидкий силикон, например, Smooth-On OOMOO 30

• Емкость или беспористый контейнер в качестве корпуса для пресс-формы

• Смазка для пресс-формы, например, Smooth-On Universal Mold Release

• Воск, полимер или другой материал для конечного использования

Прежде чем приступить к созданию пресс-форм, нужно решить, какие вам нужны. 

Однокомпонентные силиконовые пресс-формы похожи на лоток для кубиков льда. В них заливают материал и дают ему затвердеть. Однако, как и в случае с кубиками льда, у которых верхняя поверхность плоская, однокомпонентные пресс-формы подходят только для создания моделей, у которых одна из сторон ровная. Если у вашего образца есть глубокие канавки, после затвердевания силикона его и готовые модели будет сложнее извлечь, не повредив.

Если у вашего образца другая конструкция, то однокомпонентные силиконовые пресс-формы идеально подойдут для непрерывного 3D-воспроизведения всей его поверхности.

Для 3D-воспроизведения образца без плоской стороны или с глубокими канавками лучше подойдет двухкомпонентная пресс-форма. Она состоит из двух элементов, которые соединяются и образуют трехмерную полость (аналогично тому, как осуществляется литье под давлением).

У двухкомпонентных пресс-форм нет плоских поверхностей, и с ними проще работать, чем с формами, состоящими из одного компонента. Из недостатков: их немного сложнее изготовить. Также на поверхности моделей могут оставаться швы, если компоненты пресс-формы не расположить вровень друг с другом.

Сначала нужно решить, какую пресс-форму использовать: одну- или двухкомпонентную. Процесс их изготовления схож, но на создание двухкомпонентной пресс-формы потребуется немного больше времени. Для изготовления силиконовых пресс-форм можно использовать следующие пошаговые инструкции.

1. Создайте образец вашего изделия: это ваш окончательный проект модели, которая будет воспроизведена из другого материала. При печати на стереолитографическом 3D-принтере используйте стандартные полимеры с высотой слоя 50 мкм. На детализированной поверхности не должно быть следов от поддерживающих структур. Промойте модели с помощью ИПС. Если поверхность остается липкой, это может повлиять на процесс литья в силиконовых пресс-формах.

2. Создайте корпус для пресс-формы: популярное решение для изготовления емкости для пресс-формы — ДВП с порошковой окраской, но подойдет и обычный пластиковый контейнер. Материалы должны быть беспористыми и с плоским дном.

3. Расположите образец и нанесите смазку для литья: нанесите немного смазки на внутреннюю поверхность корпуса для пресс-формы. Поместите образцы в емкость так, чтобы их детализированная поверхность была обращена вверх. Нанесите на них небольшой слой смазки для литья. Подождите 10 минут, пока они полностью высохнут.

4. Приготовьте силикон: смешайте силиконовый каучук в соответствии с указаниями на упаковке. Для удаления пузырьков воздуха можно использовать устройства, создающие вибрацию, такие как ручная электрошлифовальная машина.

5. Залейте силикон в корпус для пресс-формы: осторожно залейте смешанный силиконовый каучук в емкость узкой струей. Сначала заливайте каучук в нижнюю часть емкости (основание) и постепенно поднимайтесь по контурам образца, напечатанного на 3D-принтере. Толщина слоя каучука сверху образца должна быть не менее одного сантиметра. В зависимости от типа и торговой марки силикона процесс затвердевания займет от одного часа до дня.

6. Извлеките силикон из емкости: после того как силикон затвердеет, извлеките его и образцы из емкости. Полученная форма будет использоваться наподобие лотка для льда, чтобы изготовить продукцию для конечного использования.

7. Отлейте вашу модель: рекомендуется нанести небольшой слой смазки на силиконовую пресс-форму и дать ей высохнуть в течение 10 минут. Залейте материал для конечного использования (например, воск или цемент) в полости и дайте ему затвердеть.

8. Подготовьте пресс-форму к следующей заливке: силиконовую пресс-форму можно использовать много раз. Перейдите к седьмому пункту и повторите процесс.

Чтобы создать двухкомпонентную силиконовую пресс-форму, выполните первые два действия, указанные выше: создайте образец и корпус для пресс-формы. После этого выполните следующие действия:

1. Расположите образцы в корпусе, поместив их в глину: чтобы сформировать половину пресс-формы, используйте глину. Глину нужно выложить в корпус для пресс-формы. Образец нужно вставить в глину наполовину.

2. Приготовьте силикон и залейте его: приготовьте силикон, следуя указаниям на его упаковке, и осторожно залейте его поверх глины и образцов. Залитый слой силикона — это первая половина двухкомпонентной пресс-формы.

3. Извлеките все содержимое из корпуса для пресс-формы: после того как первая половина затвердеет, извлеките ее, образцы и глину из корпуса для пресс-формы. При извлечении содержимого допускается отделение слоев друг от друга.

4. Выполните очистку от глины: полностью очистите первую половину пресс-формы и образцы от глины. Образцы и полученная часть пресс-формы должны быть абсолютно чистыми.

5. Поместите пресс-форму и образцы обратно в корпус: снова поместите полученную часть пресс-формы со вставленными в нее образцами в корпус так, чтобы они были обращены вверх, а не вниз.

6. Нанесите слой смазки для литья: чтобы проще было извлечь второй компонент пресс-формы, нанесите тонкий слой смазки на верхнюю поверхность образца и первой части пресс-формы.

7. Приготовьте силикон и залейте его для получения второй части пресс-формы: следуя приведенным ранее указаниям, приготовьте и залейте силикон в корпус, чтобы получить второй компонент пресс-формы.

8. Дождитесь, пока вторая часть пресс-формы затвердеет: прежде чем извлечь второй компонент пресс-формы из корпуса, дождитесь, пока она затвердеет.

9. Извлеките модели: извлеките обе части пресс-формы из корпуса и аккуратно отсоедините их друг от друга.

Будь то еда, фигурки или коммерческие компоненты, единственно верного способа производства продукции в целом не существует. Для достижения наилучших результатов зачастую используется сочетание разных методов. Чтобы принимать наиболее эффективные решения в рамках своего проекта, важно знать о преимуществах и недостатках каждого из них. 

Хотите узнать о других методах литья в пресс-формах и случаях их применения? Скачайте наш технический доклад «Прессование из силикона для разработки продукции».