当我开始学习工程时,原型化涉及昂贵加工铣削小心后的个体件CNC编程(当然,然后,GameCube是热的东西,而Goldeneye在N64上仍有一种有趣的方式来传递周末)。首先3D打印机我看到了使用的喷墨打印技术,在连续的沙子层上喷射胶水,但原型很粗糙,很容易破碎。现在,我们3D打印火箭引擎。

3D打印具有局限性,特别是在原型橡胶状材料中。虽然现在甚至比一年前有更多的选择,但你怎么知道的3 d印制弹性体适合您的项目吗?而如果3D打印不起作用,替代品是什么?

橡胶成型方法综述

除了3D打印有两种常见的方法来制作橡胶材料的原型:成型和铣削。每一种工艺都有自己的闪光点,也有绝对错误选择的设计。我们将从最狭窄的应用开始:磨铣弹性体。(简单说明:虽然“rubber”通常指的是自然衍生的弹性体,但我们将“rubber”和“elastomer”互换使用。)

铣削弹性体原型

CNC铣削弹性体受到限制的主要原因是:很难切割那些不断反弹的东西。只有当弹性体接近刚性时,研磨橡胶才有效。任何比购物车轮子硬度更软的东西都会被切刀推来推去,而不是成型。通常,对铸造的聚氨酯原型铣削模具要比直接铣削橡胶容易。

如果你一定要尝试铣削你的橡胶原型,机械师有一些技巧。为了防止弹性的原型部分从切割器上挤压出来,在刀片上方放置一个项圈;项圈可以“漂浮”在橡胶部分,防止它被提起。另一个很酷的方法是将弹性部分冻结在液氮中,暂时增加其硬度。

铣削冻胶
铣削冷冻橡胶(图片信用: Hackaday )。

记住,即使使用了这些技巧,橡胶原型部件的细节也会很差,所以如果你需要高分辨率的几何形状,你最好选择另一种方法。这让我们想到……

成型弹性体原型

这可能会让一些年轻的工程师感到困惑:直到最近,成型还是只有选择高质量的弹性体部件。当然,当我还是个孩子的时候,NES是高质量家庭游戏的唯一选择。时代在变,但就像超级马里奥永远是人们的最爱一样氨乙烷在今天的制造业中仍占有一席之地。

硅胶模具
硅胶模具允许非常详细的原型。

制作模具曾经需要两周的时间,但现在只需不到两天。首先,必须创建一个主部件,与最终部件的精确几何形状。在过去,这个角色是CNC Milled.但现在的主人可以3D印刷.然后,退货(室温硫化-不加热)硅酮浇注在主部件周围,并让其硬化。最后,硅树脂模具被切成A和B侧,母料被移除,voila!模具。

这种方法的最大优点是硅树脂模具可多次重复使用,因此聚氨酯铸件也用于小批量生产。有了所有可用的聚氨酯化合物,你几乎有无限的性能选择,如硬度计和温度使用。

不同种类的聚氨酯
聚氨酯有很多种类,你可以选择几乎任何硬度。

缺点是,即使有了3D打印大师,这一过程仍然是漫长的,即使是一个弹性体的原型。这就是为什么,对于我们这些年纪足够大的人来说,3D打印是一个如此伟大的奇迹。(就像杰洛特的头发在移动的巫师.这让我对《马里奥》的热爱大为震惊。)

3D打印弹性体原型

最后,3D打印弹性体原型——你们一直在等待的东西——或者更确切地说,是什么我们已经一直在等待。这项技术仍然是新的(即使是3D打印标准)和不完美,但仍然是惊人的。但它并不完美所有应用程序,所以让我通过您的设计决定来指导您。

模拟橡胶的旧方法选择性激光烧结(SLS)的一个灵活的基础,这导致了一个弹性的部分。然而,零件仍然相当僵硬,有低拉伸,在重复弯曲后断裂,并有一个低分辨率完成-不是理想的许多原型。直到最近,这还是人们所能期待的最好结果,但新的材料正在进入市场。

sls.
SLS可以创造复杂的形状,但表面粗糙。

印刷的令人难以置信的进步PolyJet技术。通过多种材料来自同一头部,在无数的组合中,Polyjet不仅可以准确地模拟橡胶性能,而且还可以模拟过模糊 - 其中刚性部分部分或完全覆盖橡胶材料——这在过去是特别困难的原型。

添加了多功能材料可以模拟弹性体原型的影响范围从27-95岸A,似乎是几乎完美的材料。不幸的是,在您决定使用这种材料之前,您必须查看最终实力的要求:其中一些橡胶状材料(如探戈)仍在早期开发中,缺乏真正的橡胶部件的实力,所以使用一些警告。但是对于更高的强度和更好的功能,正在开发雅利芦等新材料,较近真正的橡胶。

多胶橡胶状材料
多胶橡胶状材料具有良好的弹性,分辨率和表面光洁度。

Elastomer零件的更新印刷技术已经在过去两年内爆炸到现场,随着剪辑(连续液体界面生产)印刷的出现,这允许在3D印刷部件中进行更一致的各向同性特性。采用真正的聚氨酯,碳打印机产生生产优质橡胶件,有一个主要捕获:因为材料和工艺是如此之内,唯一的商业上有硬度为68岸A.这一限制,这项技术非常昂贵,并且,印刷部分的很少存在的事实意味着这可能不是您现在的零件的正确技术,但您肯定应该关注进一步的发展。

为你的零件选择正确的工艺

现在来看看橡胶与路面的交叉点(请原谅,我不得不这么做):你应该使用什么过程来创建弹性体原型?当然,每个设计都是不同的,但考虑的方面是一样的:成本、产量、所需的功能和硬度。

对于低成本的原型,特别是强度或分辨率要求较低的原型,SLS是一个合理的材料选择。稍微贵一点,但是分辨率很高,PolyJet Tango制造的部件有正确的感觉,即使它们不像生产部件那样坚固。接近生产,但又稍微贵一点的是PolyJet Agilus材料,它在硬度计和惊人的伸长率(断裂前超过200%)中提供了广泛的选择。

3D印刷弹性体原型
对于一些设计,3D打印是唯一的弹性体原型选择。

由于需要一个主部件,模具创建,最后铸造原型,铸造聚氨酯是一个昂贵的选择,但如果你想要创建许多原型部件,它是无与伦比的。很少推荐铣削,但对于非常硬的橡胶的低细节零件是合理的。

对于这些过程中的任何一个,都可以创建许多硬度计范围,但列出属性有助于创建这些范围该死枯燥的阅读,所以我们创建了一个简单的图表,说明硬度计一目了然:

硬度图表
硬度计图

随着社会的迅速发展3D打印技术,我希望我对原型橡胶的替代方案的建议很快就是奥术,就像我在驴孔国家的宇宙能力(仍然是有史以来最好的比赛之一)。但在发生这种情况下,需要花时间考虑这些其他原型的方法,并查看最适合您的项目。

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