Menguasai Pengecoran Polyurethan: Wawasan Desain untuk Prototipe Unggul
Layanan pengecoran polyurethan 3ERP memungkinkan Anda membuat batch kecil bagian plastik dengan biaya jauh lebih rendah dibandingkan cetak injeksi. Prototipe berkualitas tinggi ini memiliki permukaan yang halus dan dapat menjadi jalan menuju bagian cetak injeksi massal.
Namun, banyak desainer produk tidak familiar dengan pengecoran polyurethan, yang memerlukan sejumlah pertimbangan desain unik — baik untuk pembuatan pola master maupun untuk cetakan plastik itu sendiri. Merancang bagian pengecoran polyurethan tidak sama dengan merancang bagian cetak injeksi, sehingga desainer harus memahami proses ini sebelum mulai membuat desain CAD.
Artikel ini memberikan informasi tentang cara merancang pengecoran polyurethan. Ini menyediakan saran untuk desain fitur, membahas toleransi pengecoran polyurethan yang umum, dan menyebutkan perbedaan antara desain pengecoran polyurethan dan desain cetak injeksi.
Apa itu pengecoran polyurethan?
Disebut juga vacuum casting, pengecoran polyurethan adalah teknik prototipasi dan manufaktur volume rendah yang cocok untuk membuat batch hingga 25 unit. Ini sama dengan urethane casting, istilah alternatif untuk proses ini.
Proses pengecoran polyurethan terdiri dari tiga langkah utama: pembuatan master, pembuatan cetakan silicone, dan pembuatan coran.
- Master: Menggunakan proses seperti pemesinan CNC atau pencetakan 3D SLA, desainer membuat pola master positif dari bagian-bagian. Secara alternatif, bagian yang sudah ada, terbuat dari hampir semua bahan padat yang dapat menahan suhu 40 °C (untuk tahap pengeringan silicone), dapat digunakan sebagai pola.
- Cetakan: Kotak pengecoran diisi setengahnya dengan silicone cair dengan pola di tengah. Silikon dikeringkan pada suhu rendah dalam oven selama 16 jam hingga menjadi padat, membentuk setengah pertama cetakan. Kemudian sisa kotak pengecoran diisi dengan silicone cair, yang dikeringkan untuk membuat setengah kedua cetakan. Sepasang cetakan dilepaskan dan pola disisihkan untuk penggunaan di masa depan.
- Pengecoran: Cetakan silicone fleksibel diisi dengan resin pengecoran polyurethan, yang membeku dalam cetakan dan membentuk bentuk padat yang identik dengan pola master asli. Cetakan silicone dapat digunakan sekitar 25 kali sebelum perlu diganti.
Pengecoran polyurethan adalah teknik manufaktur yang berharga karena cetakan silicone sangat murah untuk dibuat dibandingkan cetakan logam. Mereka hanya bertahan sekitar 25 pengecoran, namun ini biasanya cukup untuk prototipasi bagian plastik kecil.
Meski pengecoran resin polyurethan tidak menghasilkan bagian fungsional yang kuat, ia memiliki kekuatan unik, seperti menghasilkan permukaan yang bagus, memungkinkan berbagai warna dan transparansi, dan sangat ekonomis dalam volume rendah.
Membuat pola master
Hal pertama yang harus dipertimbangkan desainer produk selama desain pengecoran polyurethan adalah pola master. Teknik umum untuk membuat pola pengecoran mencakup pencetakan 3D (SLA, PolyJet, dll.) dan pemesinan CNC. Teknik pembuatan pola tradisional seperti ukiran manual juga dapat digunakan, meskipun ini dengan biaya lebih tinggi.
Saat menggunakan proses manufaktur digital seperti pencetakan 3D atau pemesinan CNC, desainer harus mempertimbangkan keterbatasan desain dari dua proses terpisah sekaligus: proses pembuatan pola dan pengecoran, meskipun artikel ini akan berfokus terutama pada tips desain yang menghasilkan pengecoran yang efektif (bukan pencetakan 3D atau pemesinan CNC yang efektif).
Keuntungan pola master polyurethan pencetakan 3D adalah:
- Tingkat kebebasan geometri yang lebih tinggi
- Lebih cepat dibuat dibandingkan pemesinan CNC
Keuntungan pola master pemesinan CNC adalah:
- Toleransi yang lebih ketat dibandingkan pencetakan 3D
- Permukaan yang lebih sedikit memerlukan finishing
- Umur yang lebih lama dibandingkan pola cetak 3D
Toleransi & dimensi
Saat merancang bagian pengecoran polyurethan, desainer harus menyadari toleransi standar dan dimensi minimum/maksimum, yang tidak sama dengan yang untuk cetak injeksi.
Namun, saat menggunakan pengecoran polyurethan sebagai teknik prototipasi untuk bagian cetak injeksi di masa depan, mungkin lebih baik untuk membuat desain yang juga dapat dicetak injeksi (dengan menyertakan sudut draft, dll.).
- Toleransi: 3ERP dapat membuat bagian polyurethan dengan akurasi ± 0,3%, dengan batas bawah ± 0,3 mm pada dimensi lebih kecil dari 100 mm.
- Penyerut: bagian tebal lebih rentan terhadap penyerut, yang terjadi karena pergeseran suhu selama proses pembentukan cetakan. Desainer harus merencanakan tingkat penyerut sekitar +0,15%.
- Ukuran bagian: bagian pengecoran polyurethan dapat memiliki dimensi hingga 1900 x 900 x 750 mm dan volume maksimal 10 liter.
Ketebalan dinding
Ketebalan dinding minimum pengecoran polyurethan adalah 0,75 mm — cukup untuk pengisian cetakan yang tepat, meskipun 1,5+ mm akan menghasilkan hasil terbaik. Jika dinding lebih tipis dari 0,75 mm diperlukan, hubungi kami untuk membahas desain Anda.
Seperti dengan cetak injeksi, ketebalan dinding yang konsisten menghasilkan hasil yang lebih baik, karena mengurangi perubahan deformasi yang diinduksi suhu. Namun, variasi ketebalan dinding kurang merusak dibandingkan dengan cetak injeksi.
Draft
Salah satu keuntungan pengecoran polyurethan adalah fleksibilitas cetakan silikonnya. Karena cetakan fleksibel, bagian polyurethan yang selesai dapat dengan mudah dikeluarkan dari cetakan tanpa pin ejektor. Ini juga berarti draft — sisi runcing yang memungkinkan ejeksi mudah — tidak diperlukan seperti dengan cetak injeksi.
Itu dikatakan, sudut draft kecil hingga 5° dapat sedikit memperpanjang umur cetakan silicone, jadi draft dapat menguntungkan saat melakukan produksi volume menengah pada bagian yang tidak memerlukan sisi yang sempurna lurus. Ini juga membuat desain pengecoran polyurethan lebih dapat disesuaikan dengan cetak injeksi (untuk meningkatkan produksi).
Radii
Saat merancang bagian polyurethan, sudut dalam yang tajam harus dihindari untuk memaksimalkan kekuatan dan stabilitas bagian. Kami menyarankan menambahkan fillet pada sudut dalam dengan radius 3 mm.
Perhatikan bahwa menggunakan pemesinan CNC untuk membuat pola master ideal untuk menambahkan fillet pada bagian pengecoran polyurethan, karena peralatan potong CNC memiliki bentuk silindris dan menciptakan sudut dalam bundar alami saat memotong kantong.
Ribs
Untuk menambahkan kekakuan pada bagian pengecoran polyurethan tanpa meningkatkan ketebalan dinding, desainer dapat menyematkan ribs, yang meningkatkan momen inersia. Secara umum, lebih baik menggunakan beberapa ribs pendek daripada satu ribs tinggi, dan penting untuk mengorientasi ribs dengan benar relatif terhadap tempat bagian dapat melengkung.
Ribs harus memiliki radius sudut besar dan ketebalan kurang dari 60% dari ketebalan dinding untuk menghindari penyerut dan tanda tenggelam. Tinggi setiap ribs harus kurang dari 3x ketebalannya untuk menghindari patah.
Bosses
Bagian pengecoran polyurethan dapat memiliki bosses — semprotan kecil yang menampung pemasang atau insert berskir. Bosses ini dapat didukung oleh gusset atau ribs penghubung.
Untuk mencegah tanda tenggelam, ketebalan dinding boss harus kurang dari 60% dari ketebalan dinding bagian (seperti ribs). Radius dasar boss harus paling sedikit 25% dari ketebalan dinding bagian.
Threads & holes
Pengecoran polyurethan dapat menampung lubang melalui dan threads, dan ini paling baik dicapai dengan penggunaan insert daripada ditambahkan ke pola master. Namun, fitur kompleks ini dapat meningkatkan biaya proyek dan mungkin tidak diperlukan untuk prototipe.
Untuk lubang melalui, batang dowel dapat ditempatkan dalam cetakan silicone. Untuk threads, paling baik untuk menyematkan insert berskir logam melalui insert molding.
Joints
Pengecoran polyurethan dapat digunakan untuk membuat bagian multi-komponen dengan joint lidah-dan-saluran. Sebuah celah reveal kecil harus disematkan ke dalam joint antara komponen.
Fitur permukaan
Fitur permukaan seperti teks dan logo dapat disematkan ke dalam bagian pengecoran polyurethan. Secara umum, fitur-fitur ini — terutama dalam bentuk tenggelam (ukiran) — jauh lebih mudah ditambahkan menggunakan pola master pemesinan CNC dibandingkan dengan yang dicetak 3D.
Untuk hasil terbaik, huruf dan angka harus dijarakkan paling sedikit 1,3 mm satu sama lain.
