真空（聚氨酯）铸造：工艺、材料、优势

“聚氨酯铸造​​，有时也称为真空铸造，是一种小批量铸造工艺，因其适应性而广受青睐。从医疗设备到汽车和飞机内饰部件，它的使用至关重要。”

真空铸造工艺涉及将各种不含空气的树脂（包括聚氨酯、环氧树脂或硅树脂）塑造成所需形状。在此过程中，泵或类似装置会将所有空气从模具中抽出。通常， 真空铸造 用于聚氨酯树脂，因此也称为聚氨酯铸造​​。与传统制造方法相比，它具有许多优势，包括成本更低、生产时间更快，以及能够生产具有复杂细节的复杂部件。

本文全面概述了 真空铸造或聚氨酯工艺、其他材料、优点和应用。

真空铸造和聚氨酯铸造​​：它们相同吗？

让我们这样理解：所有聚氨酯铸造​​都是真空铸造工艺，但并非所有真空铸造都可以是聚氨酯铸造​​。真空铸造方法除了聚氨酯铸造​​外，还可以处理其他材料。然而，大多数真空铸造项目都使用聚氨酯来形成坚固的部件，并且空气滞留最少，从而最大限度地减少气泡和空隙等缺陷。 

此外，聚氨酯真空铸造可以使用特定的聚氨酯配方来生产泡沫结构，这些配方会膨胀成泡沫，从而形成轻质、耐用的组件。

真空铸造的基本原理

真空铸造机构

真空铸造旨在生产中小批量的高精度、高质量零件。该工艺广泛应用于汽车、医疗和消费电子产品等各个行业，因为它能够生产细节复杂、几何形状复杂且表面光洁度极佳的零件。

真空铸造的机理

真空铸造的机理涉及几个相互关联的过程和阶段。 从准备主模型到最终零件脱模，每一步对于确保整个过程的成功都起着至关重要的作用。 让我们更深入地研究真空铸造机制的每个阶段。

1. 主模型创建

真空铸造工艺的第一步是制作主模型或图案。该主模型通常使用立体光刻 (SLA) 或选择性激光烧结 (SLS) 等增材制造方法制作。它应具有高精度和光滑的表面光洁度，因为它将用于制作硅胶模具。

2. 模具制作

然后使用主模型来创建硅胶模具。 将模型放置在模具盒中，并将液体硅橡胶倒在其上。 一旦硅橡胶覆盖主模型，将模具盒放置在真空室中以去除硅橡胶中的任何气泡。 固化后，将硅胶模具切开，取出主模型，留下与主模型形状相对应的空腔。

3。 铸件

然后，硅胶模具就可以进行铸造了。将模具放入真空铸造机中，混合并脱气铸造材料（通常是双组分聚氨酯树脂）。然后在真空条件下用铸造材料填充模具腔体，以确保材料填充所有模具细节，并且最终部件中没有气泡。根据所用材料，然后关闭模具，铸造材料可以在室温下或在固化炉中固化。

4. 脱模及精加工

一旦铸造材料固化，就打开模具，取出铸造部件。 硅胶模具可以重复使用来生产零件的多个副本。 铸造零件可能需要一些后处理，例如修剪多余的材料、打磨、喷漆或其他表面处理，以达到所需的光洁度。

聚氨酯铸造​​：它是如何工作的？

将聚氨酯液体材料倒入硅模具中，并在加热的烤箱中固化，凝固后轻轻脱模或取出产品或部件。

聚氨酯成型

由于硅模具的周期较短，一个生产周期只能成型约 20 个部件，因此聚氨酯铸造​​工艺的产量有限。超过此限制后，设计师需要丢弃软硅模具。但是，与注塑工艺相比，聚氨酯铸造​​工艺生产的部件具有出色的表面光洁度和更高的强度。通常，制造商依靠聚氨酯铸造​​工艺来制造公差更小的部件，公差可达 +/-.005 英寸。此外，该工艺被认为是 3D 打印和注塑工艺之间的桥梁。聚氨酯铸造​​的产品交付周期从几天到一周不等；研究表明，通常约为 3-4 周。

一般来说，聚氨酯成型工艺所用模具的母模是通过快速有效的 CNC 加工和 3D 打印技术设计的，例如立体光刻、熔融沉积成型、选择性激光烧结和聚合物喷射。该母模嵌入充满聚氨酯的硅模具容器中，制成模具阴模。然后，在施加最佳压力、真空和约 40 摄氏度的温度后，产品获得所需的模具形状，然后凝固，并将部件弹出进行后处理。对于需要更严格公差和薄壁图案的部件，有时需要金属嵌件。

真空铸造材料有哪些

真空浇注室

材料的选择是真空铸造工艺的一个关键方面。它不仅影响最终部件的属性，还影响铸造工艺的质量和成功率。下面，我们将深入探讨真空铸造中最常用的材料：

1. 硬质透明聚氨酯 (PU) 树脂

通常，聚氨酯铸造​​树脂与两种热固性聚氨酯铸造​​树脂兼容：弹性聚氨酯和硬质透明聚氨酯。硬质聚氨酯树脂提供优质的光泽和哑光效果。此外，通过这些热固性树脂铸造的部件具有出色的耐用性和使用寿命。

表：硬质聚氨酯的技术方面

2. 弹性聚氨酯

弹性聚氨酯热固性材料与橡胶具有共同的特性，通常以肖氏 A 聚氨酯铸造​​材料组为特征。它们具有高断裂伸长率、柔韧性和抗冲击性。示例包括电缆连接器、包覆成型件、按钮、皮肤握把和国防部门的高强度套件。 

表：弹性体聚氨酯的技术方面

3、硅橡胶

硅橡胶是真空铸造的另一种流行材料选择。它以出色的柔韧性和耐化学性和耐高温性而闻名。这些特性使其成为生产柔软、有弹性的部件（如密封件、垫圈和包覆成型件）的理想选择。硅橡胶也常用于生产真空铸造模具，因为它可以精确复制主模型的表面纹理并生产出表面质量高的部件。

4. 环氧树脂

环氧树脂具有优异的机械性能、耐化学性和耐高温性。 这些特性使它们适合生产需要高强度和刚度的零件。 例如，环氧树脂通常用于生产暴露在恶劣环境中的结构部件和零件。

5. 蜡

蜡是一种用于真空铸造的专用材料，用于制作熔模铸造模型。蜡模用于制作金属铸造的陶瓷模具。在金属倒入之前，蜡会从模具中熔化出来，因此有“失蜡”铸造之称。该工艺可以生产具有复杂几何形状和高表面质量的金属零件。

值得注意的是，最终部件的属性不仅取决于所选材料，还取决于铸造过程中使用的加工参数。铸造工艺的温度和压力、材料的固化时间和模具设计等因素都会影响最终部件的属性。因此，优化每种材料和应用的铸造工艺对于生产具有所需属性的部件至关重要。

真空或聚氨酯铸造​​模具设计需要考虑的因素

模具设计是铸造工艺中的一个重要方面，因为它直接影响最终铸件的质量。精心设计的模具可确保零件具有光滑的表面光洁度、精确的尺寸和复杂的细节。以下是真空铸造中模具设计的一些基本注意事项：

1. 创建样板或主模型 

它应具有高精度和光滑的表面光洁度，以避免将缺陷转移到硅胶模具和铸件上。通常使用立体光刻 (SLA) 或选择性激光烧结 (SLS) 制造。

2.模具材料 

硅橡胶因其高柔韧性、耐化学性和耐温性而被广泛使用。 它适用于铸造多种材料，并且可以重复使用以生产零件的多个副本。

3. 模具型腔

模具中的空心空间与最终部件的形状相对应。应精心设计以确保完全填充且无气泡。考虑铸造材料的流动，并将型腔设计为具有光滑圆角。

4.分型线

模具被分成两半的线。 应仔细定位它，以方便模具制造和脱模，并尽量减少其在最终零件上的出现。 理想情况下，它应该沿着平坦或轻微弯曲的表面。

5. 闸门和通风口 

浇口是铸造材料进入型腔的通道，排气口是铸造时排出空气的通道。 它们的尺寸和位置应进行优化，以促进材料流动和空气排出。

6. 收缩考虑

铸造材料在固化时通常会收缩。为了补偿这种收缩，模具型腔应比最终部件略大。

7. 脱模

铸造前应在模具表面涂抹脱模剂，以利于脱模，延长模具寿命。

8. 模具支撑

铸造过程中应适当支撑模具，以保持其形状并避免在铸造材料的重量作用下变形。

9.公差

在模具设计中应考虑主模型、模具和铸造材料的公差，以确保最终零件符合所需规格.

真空铸造有哪些优点？

真空铸造具有许多优点，是原型设计和小批量生产的理想选择。以下是此方法的一些主要优点：

• 高品质表面光洁度

真空铸造的显著优势之一是零件表面光洁度高。使用硅胶模具可以精确复制主模型的表面纹理，从而产生表面光滑细致的零件。这消除了打磨和抛光等后处理步骤的需要，从而减少了生产时间和成本。

• 快速周转时间

真空铸造是一个相对较快的过程，特别是与注塑或数控加工等其他制造方法相比。 硅胶模具可以快速生产，并且可以从一个模具铸造多个零件。 这使得在短时间内生产少量零件成为可能，使真空铸造成为原型制作和小批量生产的理想选择。

• 小批量具有成本效益

与生产用于其他制造方法的金属或硬塑料模具相比，生产用于真空铸造的硅胶模具的成本相对较低。此外，可以使用同一模具生产多个零件，从而降低每个零件的成本。这使得真空铸造成为生产少量零件的经济实惠的选择。

• 能够生产复杂的几何形状

真空铸造可以生产具有复杂几何形状和复杂细节的零件。液态铸造材料可以填充模具腔中的复杂细节，从而生产具有复杂形状和精细特征的零件。这使得真空铸造适合生产具有底切、薄壁和复杂细节的零件。

• 目标材料多样性

真空铸造工艺可使用各种材料，从柔软而有弹性的橡胶到坚硬而刚性的塑料。材料的多功能性使得生产具有各种性能和特征的部件成为可能，从而使真空铸造适用于广泛的应用。

• 准确一致的零件

真空铸造工艺可生产尺寸精度高、一致性高的部件。使用真空有助于去除铸造材料中的气泡，从而生产出密度均匀、机械性能一致的部件。这使得真空铸造适合生产功能原型和最终用途部件。

• 生产包覆成型零件的能力

真空铸造可用于生产包覆成型部件，即用软橡胶材料包覆成型硬质塑料部件。这对于生产具有柔软触感表面、密封件和垫圈的部件非常有用。该工艺包括铸造硬质塑料部件、将其放入第二个模具中，然后将软橡胶材料铸造在其上。

真空铸造的应用

真空铸造零件

真空铸造是一种用途广泛的制造工艺，广泛应用于各种行业和应用。 以下是真空铸造的一些常见应用：

表：真空铸造应用

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聚氨酯铸造​​应用示例

聚氨酯铸件在制造业中有多种应用，例如医疗零件、外壳和外壳、运动器材以及汽车和航空航天领域的功能原型。 

医疗行业

医用聚氨酯管材

聚氨酯铸造​​主要使用医用级塑料来形成无毒装置，以确保患者的安全。这些产品采用食品级生物相容性材料，遵循严格的安全标准，符合食品安全质量控制标准。一些例子包括一次性注射器和可植入导管的外壳。 

结构设备

聚氨酯铸造​​通常可用于制造轻型支撑设备，包括车轮、健身哑铃、水下部件和头盔衬垫。 

快速原型开发

聚氨酯铸造​​是一种快速成型方法，适用于创建功能原型、概念验证模型、测试原型和机械工程设计。此外，聚氨酯成型有助于制造长度可达 30 英寸的部件。 

小规模生产

聚氨酯成型是生产最多 20 – 50 次注射的小单元零件的普遍选择，因为模具硅在每个单元完成后需要偶尔进行处理。因此，大量印记的使用对于整体规模经济来说是更高的成本。 

外壳和外壳设备

聚氨酯铸造​​广泛用于制造各种行业的外壳。其作用广泛，从消费电子产品到医疗设备。此外，聚氨酯铸造​​可与包覆成型工艺相结合，制造出高度无菌的电气元件，并用橡胶外壳包裹，以保护表面并延长使用寿命。

聚氨酯铸造​​对比。 3D打印

聚氨酯成型和 3D 打印技术由于能够生产复杂的零件而在制造业中广泛应用。然而，3D 打印是一种多功能工艺。它可容纳来自更广泛材料选择的各种制造零件。除了零件复杂性之外，它还有助于使用立体光刻和熔融沉积技术创建更精细、更详细的功能原型。 

另一方面，聚氨酯铸造​​也有助于生产 3D 打印母模。尽管 3D 打印的精度水平略低，但对于需要同一产品的多个副本的应用来说可能更有利。此外，3D 打印仅限于几种颜色变体，而真空铸造或聚氨酯成型允许在操作过程中添加颜料和颜色。

聚氨酯铸造​​对比。注塑成型

然而，聚氨酯铸造​​和注塑成型相似但又有少许区别。一个共同的区别是模具材料。例如，注塑成型通常使用昂贵的钢或碳化物模具来注射最终用途的零件或产品。相反，聚氨酯模具价格低廉，由柔软的硅材料制成。 

此外，注塑成型特别有利于高强度要求零件的大批量生产。同时，聚氨酯成型对于小批量生产零件来说是经济的。

聚氨酯铸造​​对比。数控加工

与聚氨酯铸造​​工艺相比，CNC 加工具有多种优势。它用途更广泛，可提供各种材料，从工程级热塑性塑料到高强度金属、复合材料和弹性体。这使得它能够精确制造尺寸紧凑的零件和原型。相比之下，聚氨酯铸造​​仅限于少数几种材料。此外，CNC 加工零件制造会增加预算成本，而聚氨酯铸造​​是一种更快速、更实惠的技术，从塑造原型到批量生产零件。 

此外，聚氨酯成型是一个简单的过程，因为它通常不需要任何工具来进行产品开发。 CNC 加工更为复杂，因为有时需要对零件进行车床、钻孔、铣削和铣削以用于预期用途，从而导致项目产生额外成本。

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结语

聚氨酯铸造​​或真空铸造已成为一种高效且经济实惠的小型项目启动方法。与传统的机械加工和成型技术相比，每个部件的前期成本相对较小。此外，它有助于制造尺寸稳定性高、哑光、光泽度高、耐化学品和脂肪族油的部件或产品。此外，它还具有灵活性，可适用于从低肖氏硬度（20 硬度/刚度）到几百硬度的材料。 

然而，一些缺点限制了其在模具可更换性和短期生产方面的使用。尽管如此，聚氨酯铸造​​仍广泛用于各种快速打字开发，并在从医疗到汽车零部件制造等多个行业中发挥着重要作用。

常见问题

Q1. 什么是真空铸造？

真空铸造是一种使用各种材料制造高精度、高质量零件的方法。该工艺包括围绕主模型制作硅胶模具，将铸造材料倒入模具中，然后在真空室中固化材料以去除气泡。

Q2. 真空铸造可以使用哪些材料？

聚氨酯树脂、硅橡胶和环氧树脂是真空浇注中常用的材料。

Q3. 聚氨酯铸造​​过程中的收缩率是多少？

当从液态树脂发展到固态时，聚氨酯铸件在模具制作过程中的收缩率通常在 0.15% 左右。 

Q4。哪些表面处理选项可以提供聚氨酯浇注树脂？

这些树脂通常提供卓越的成型性和全面的表面处理选项，包括磨砂/哑光、水晶透明度、中等到高光泽色调和彩色纹理表面。 

Q5。聚氨酯是不是塑料？

一般来说，热固性材料不被视为塑料。相反，长链聚合物产生热固性聚氨酯，这是合成弹性体树脂而不是塑料树脂。热固性材料是一种由氨基甲酸酯链制成的有机化合物。 

Q6.聚氨酯或聚氨酯浇铸树脂贵吗？

聚氨酯铸造​​的成本标准通常取决于零件体积、设计复杂性等。不同地点的成本通常在几百到几千美元之间。 

Q7. 真空铸造有哪些应用？

真空铸造通常用于快速原型制作、医疗设备、汽车零部件和消费电子产品.