真空（聚氨酯）鑄造：製程、材料、優點

「聚氨酯鑄造，有時也稱為真空鑄造，是一種小批量鑄造工藝，因其適應性而受到廣泛青睞。從醫療設備到汽車和飛機內飾部件，它的使用至關重要。

真空鑄造過程涉及在沒有空氣的情況下將各種樹脂（包括聚氨酯、環氧樹脂或矽樹脂）成型為所需的形狀。在此過程中，泵浦或類似機構會去除模具或沖模中的所有空氣。通常， 真空澆注 用於聚氨酯樹脂，這就是為什麼它也被稱為聚氨酯鑄造。與傳統製造方法相比，它具有許多優勢，包括更低的成本、更快的生產時間以及生產具有複雜細節的複雜零件的能力。

本文全面概述了 真空鑄造或聚氨酯製程、其他材料、優點和應用。

真空鑄造和聚氨酯鑄造：它們相同嗎？

我們這樣理解：所有的聚氨酯鑄件都是真空鑄造工藝，但並不是所有的真空鑄造都可以是聚氨酯鑄造。真空鑄造法還可以加工除聚氨酯鑄造之外的其他材料。然而，大多數真空鑄造項目使用聚氨酯來形成堅固的零件，並最大限度地減少空氣滯留，從而最大限度地減少氣泡和空隙等缺陷。 

此外，聚氨酯真空鑄造可以使用特定的聚氨酯配方生產泡沫結構，這些配方可膨脹成泡沫，從而製造出輕盈、耐用的零件。

真空鑄造的基礎知識

真空鑄造機構

真空鑄造旨在小批量生產高精度、高品質零件。該工藝廣泛應用於各個行業，包括汽車、醫療和消費性電子產品，因為它能夠生產具有複雜細節、複雜幾何形狀和卓越表面光潔度的零件。

真空鑄造的機理

真空鑄造的機制涉及幾個相互關聯的過程和階段。從準備主模型到最終零件脫模，每一步對於確保整個流程的成功都起著至關重要的作用。讓我們更深入地研究真空鑄造機制的每個階段。

1. 主模型創建

真空鑄造過程的第一步是創建主模型或模型。此主模型通常使用立體光刻 (SLA) 或選擇性雷射燒結 (SLS) 等積層製造方法生產。它應該具有高精度和光滑的表面光潔度，因為它將用於創建矽膠模具。

2. 模具製作

然後使用主模型來創建矽膠模具。將模型放置在模具盒中，並將液體矽橡膠倒在其上。一旦矽橡膠覆蓋主模型，將模具盒放置在真空室中以去除矽橡膠中的任何氣泡。固化後，將矽膠模具切開，取出主模型，留下與主模型形狀相對應的空腔。

3。 鑄件

然後矽膠模具就可以進行鑄造了。將模具放置在真空鑄造機中，將鑄造材料（通常是雙組分聚氨酯樹脂）進行混合和脫氣。然後在真空下向模具型腔填充鑄造材料，以確保材料填充所有模具細節，並且最終部件中沒有氣泡。根據所使用的材料，然後關閉模具，並且鑄造材料可以在室溫或固化爐中固化。

4. 脫模及精加工

一旦鑄造材料固化，就打開模具，取出鑄造部件。矽膠模具可以重複使用來生產零件的多個副本。鑄造零件可能需要一些後處理，例如修剪多餘的材料、打磨、噴漆或其他表面處理，以達到所需的光潔度。

聚氨酯鑄造：它是如何工作的？

將聚氨酯液體材料倒入矽模具中並在加熱的烘箱中固化，固化後稍微脫模或移除產品或零件。

聚氨酯成型

聚氨酯鑄造製程僅限於小批量生產，因為矽模具的跨度週期較短，並且在一個生產週期中只能鑄造約 20 個零件。在此限制之後，設計人員需要處理掉軟矽模具。然而，與注射成型過程相比，由聚氨酯鑄造成型的零件需要出色的表面光潔度和更高的強度。通常，製造商依靠聚氨酯鑄造來製造公差更嚴格的零件，低至+/-.005英寸。此外，該工藝被認為是 3D 列印和注塑工藝之間的橋樑。聚氨酯鑄件的產品交付時間從幾天到一週不等；研究表明通常需要 3-4 週左右。

一般來說，用於聚氨酯成型製程的模具母模是透過快速有效的 CNC 加工和 3D 列印技術（例如立體光刻、熔融沈積建模、選擇性雷射燒結和多噴射）來設計的。將此母模嵌入聚氨酯填充的矽模具容器中以製成模具陰模。然後，在施加最佳壓力、真空和 40 攝氏度左右的溫度後，產品獲得模具所需的形狀，然後固化，部件被彈出進行後處理。對於需要更嚴格公差和薄壁圖案的零件，有時需要金屬嵌件。

真空鑄造材料有哪些

真空澆注室

材料的選擇是真空鑄造過程的關鍵方面。它不僅影響最終零件的性能，還影響鑄造過程的品質和成功。下面，我們深入研究真空鑄造中最常用的材料：

1. 硬質透明聚氨酯 (PU) 樹脂

一般來說，聚氨酯澆注樹脂與兩種熱固性聚氨酯澆注樹脂相容：彈性聚氨酯和硬質透明聚氨酯。硬質 PU 樹脂具有優質的光澤和霧面效果。此外，透過這些熱固性材料鑄造的零件具有卓越的耐用性和使用壽命。

表：硬質聚氨酯的技術面

2. 彈性聚氨酯

彈性聚氨酯熱固性材料具有與橡膠相同的特性，並且通常具有肖氏 A 型聚氨酯澆注材料組的特性。它們具有高斷裂伸長率、柔韌性和抗衝擊性。例如電纜連接器、包覆成型件、按鈕、皮膚握把和用於國防部門的高強度套件。 

表：彈性體聚氨酯的技術面

3、矽橡膠

矽橡膠是真空鑄造的另一種流行材料選擇。它以其優異的柔韌性以及耐化學性和耐溫性而聞名。這些特性使其非常適合生產柔軟、靈活的零件，例如密封件、墊圈和包覆成型件。矽橡膠也常用於生產真空鑄造模具，因為它可以精確地複製主模型的表面紋理，並生產具有高表面品質的零件。

4. 環氧樹脂

環氧樹脂具有優異的機械性質、耐化學性和耐高溫性。這些特性使它們適合用於生產需要高強度和剛度的零件。例如，環氧樹脂通常用於生產暴露在惡劣環境中的結構部件和零件。

5. 蠟

蠟是一種用於真空鑄造生產熔模鑄造模型的專用材料。蠟模用於製作用於金屬鑄造的陶瓷模具。在金屬倒入之前，蠟從模具中熔化，因此稱為“失蠟”鑄造。該工藝可以生產具有複雜幾何形狀和高表面品質的金屬零件。

值得注意的是，最終零件的性能不僅取決於所選材料，還取決於鑄造過程中使用的加工參數。鑄造製程的溫度和壓力、材料的固化時間、模具的設計等因素都會影響最終零件的性能。因此，優化每種材料和應用的鑄造過程對於生產具有所需性能的零件至關重要。

Onsidert 真空或聚氨酯鑄造模具設計的因素

模具設計是鑄造過程的一個重要方面，因為它直接影響最終鑄件的品質。精心設計的模具可確保零件具有光滑的表面光潔度、精確的尺寸和複雜的細節。以下是真空鑄造模具設計的一些基本注意事項：

1. 建立樣板或主模型 

它應該具有高精度和光滑的表面光潔度，以避免將缺陷轉移到矽膠模具和鑄件上。通常使用立體光刻 (SLA) 或選擇性雷射燒結 (SLS) 製成。

2. 模具材料 

矽橡膠因其高柔韌性、耐化學性和耐溫性而被廣泛使用。它適用於鑄造多種材料，並且可以重複使用以生產零件的多個副本。

3. 模具型腔

模具中的中空空間對應於最終零件的形狀。應精心設計以確保完全填充且無氣泡。考慮鑄造材料的流動並設計具有光滑圓角的型腔。

4. 分型線

模具被分成兩半的線。應仔細定位它，以方便模具製造和脫模，並儘量減少其在最終零件上的出現。理想情況下，它應該沿著平坦或輕微彎曲的表面。

5. 澆口和通風口 

澆口是鑄造材料進入型腔的通道，排氣口是鑄造時排出空氣的通道。它們的尺寸和位置應進行最佳化，以促進材料流動和空氣排出。

6. 收縮的考慮

鑄造材料在固化時通常會收縮。為了補償這種收縮，模具型腔應略大於最終零件。

7. 脫模

鑄造前應在模具表面塗抹脫模劑，以利脫模，延長模具壽命。

8. 模具支持

鑄造過程中應適當支撐模具，以保持其形狀並避免在鑄造材料的重量作用下變形。

9.公差

模具設計應考慮主模型、模具和鑄造材料的公差，以確保最終零件符合所需的規格.

真空鑄造有哪些優點？

真空鑄造具有許多優點，使其成為原型製作和小批量生產的理想選擇。以下是此方法的一些主要優點：

• 高品質表面光潔度

真空鑄造的顯著優勢之一是零件的高品質表面光潔度。使用矽膠模具可以精確複製主模型的表面紋理，從而使零件具有光滑細緻的表面光潔度。這樣就無需打磨和拋光等後處理步驟，從而減少了生產時間和成本。

• 快速周轉時間

真空鑄造是一個相對較快的過程，特別是與注塑或數控加工等其他製造方法相比。矽膠模具可以快速生產，並且可以從一個模具鑄造多個零件。這使得在短時間內生產少量零件成為可能，使真空鑄造成為原型製作和小批量生產的理想選擇。

• 小批量具有成本效益

與生產用於其他製造方法的金屬或硬塑膠模具相比，生產用於真空鑄造的矽膠模具的成本相對較低。此外，相同模具可用於生產零件的多個副本，從而降低每個零件的成本。這使得真空鑄造成為生產小批量零件的經濟高效的選擇。

• 能夠生產複雜的幾何形狀

真空鑄造可以生產具有複雜幾何形狀和複雜細節的零件。液態鑄造材料可以填滿模具型腔中的複雜細節，產生形狀複雜、特徵精緻的零件。這使得真空鑄造適合生產具有底切、薄壁和複雜細節的零件。

• 材料的多功能性

真空鑄造製程可使用各種材料，從軟質柔性橡膠到硬質塑膠。這種材料的多功能性使得生產具有各種性能和特性的零件成為可能，從而使真空鑄造適用於廣泛的應用。

• 準確一致的零件

真空鑄造製程生產的零件具有高尺寸精度和一致性。使用真空有助於去除鑄造材料中的氣泡，從而使零件具有均勻的密度和一致的機械性能。這使得真空鑄造適合生產最終用途應用的功能原型和零件。

• 生產包覆成型零件的能力

真空鑄造可以生產包覆成型零件，其中剛性塑膠零件與軟橡膠材料包覆成型。這對於生產具有柔軟表面、密封件和墊圈的零件非常有用。該過程包括鑄造剛性塑膠部件，將其放入第二個模具中，然後在其上鑄造軟橡膠材料。

真空鑄造的應用

真空鑄造零件

真空鑄造是一種用途廣泛的製造工藝，廣泛應用於各種行業和應用。以下是真空鑄造的一些常見應用：

表：真空鑄造應用

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聚氨酯鑄造應用範例

聚氨酯鑄件在製造業中有多種應用，例如醫療零件、外殼和外殼、運動器材以及汽車和航空航太領域的功能原型。 

醫療行業

醫用聚氨酯管材

聚氨酯鑄造主要使用醫用級塑膠來形成無毒裝置，以確保患者的安全。這些產品採用食品級生物相容性材料，遵循嚴格的安全標準，符合食品安全品質控制標準。一些例子包括一次性注射器和可植入導管的外殼。 

結構設備

聚氨酯鑄造通常可用於製造輕型支撐設備，包括車輪、健身啞鈴、水下零件和頭盔襯墊。 

快速原型開發

聚氨酯鑄造是一種快速原型製作方法，被認為適合創建功能原型、概念驗證模型、測試原型和機械工程設計。此外，聚氨酯成型有助於製造長度達 30 英吋的零件。 

小規模生產

聚氨酯成型是生產最多 20 – 50 次注射的小單元零件的普遍選擇，因為模具矽在每個單元完成後需要偶爾進行處理。因此，大量印記的使用對於整體規模經濟來說是更高的成本。 

外殼和外殼設備

聚氨酯鑄件大量用於製造各種行業的外殼。它的作用非常廣泛，從消費性電子產品到醫療設備。此外，聚氨酯鑄造可以與包覆成型製程相結合，製造出高度消毒的電氣元件，並用橡膠外殼包裹，以保護表面並延長使用壽命。

聚氨酯鑄造對比。 3D列印

聚氨酯成型和 3D 列印技術由於能夠生產複雜的零件而在製造業中廣泛應用。然而，3D 列印是一種多功能製程。它可容納來自更廣泛材料選擇的各種製造零件。除了零件複雜性之外，它還有助於使用立體光刻和熔融沈積技術來創建更精細、更詳細的功能原型。 

另一方面，聚氨酯鑄造也有助於生產 3D 列印母模。儘管 3D 列印的精度等級略低，但對於需要相同產品的多個副本的應用來說可能更有利。此外，3D 列印僅限於幾種顏色變體，而真空鑄造或聚氨酯成型允許在操作過程中添加顏料和顏色。

聚氨酯鑄造對比。射出成型

然而，聚氨酯鑄造和注射成型相似但沒有什麼區別。一個共同的區別是模具材料。例如，注射成型通常使用昂貴的鋼或硬質合金模具來注射最終用途零件或產品。相反，聚氨酯模具價格便宜且由軟矽材料製成。 

此外，注塑成型特別有利於高強度要求零件的大量生產。同時，聚氨酯成型對於小批量生產零件來說是經濟的。

聚氨酯鑄造對比。 CNC加工

與聚氨酯鑄造製程相比，數控加工具有多種優勢。它用途更廣泛，提供各種材料，從工程級熱塑性塑膠到高強度金屬、複合材料和彈性體。這使得製造尺寸緊湊的零件和原型變得準確和精確。相比之下，聚氨酯鑄造僅限於幾種材料。此外，數控加工零件製造會增加預算成本，而聚氨酯鑄造是一種更快、更實惠的技術，從塑造原型到大量生產零件。 

此外，聚氨酯成型是一個簡單的過程，因為它通常不需要任何工具來進行產品開發。 CNC 加工更為複雜，因為有時需要對零件進行車床、鑽孔、銑削和銑削以用於預期用途，從而導致專案產生額外成本。

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結語

聚氨酯鑄造或真空鑄造已成為啟動小型專案的高效且經濟的方法。與傳統的加工和成型技術相比，每個零件的前期成本相對較小。此外，它有助於製造具有高尺寸穩定性、啞光、光澤以及耐化學品和脂肪族油的能力的零件或產品。此外，它具有從低肖氏硬度（20 硬度/剛性）到數百硬度的材料的靈活性。 

然而，一些缺點限制了其在模具可更換性和短期生產方面的使用。儘管如此，聚氨酯鑄造仍廣泛用於各種快速打字開發，並在從醫療到汽車零件製造等多個行業中發揮重要作用。

常見問題

Q1.什麼是真空鑄造？

真空鑄造是一種用各種材料製造高精度和高品質零件的方法。該過程包括圍繞主模型創建矽膠模具，將鑄造材料倒入模具中，然後在真空室中固化材料以去除氣泡。

Q2。真空鑄造可以使用哪些材料？

聚氨酯樹脂、矽橡膠和環氧樹脂是真空澆注中常用的材料。

Q3。聚氨酯鑄造過程中的收縮率是多少？

當從液態樹脂發展到固態時，聚氨酯鑄件在模具製作過程中的收縮率通常在 0.15% 左右。 

Q4。哪些表面處理選項可以提供聚氨酯澆注樹脂？

這些樹脂通常提供卓越的成型性和全面的表面處理選項，包括磨砂/啞光、水晶透明度、中等到高光澤色調和彩色紋理表面。 

Q5。聚氨酯是不是塑膠？

一般來說，熱固性材料不被視為塑膠。相反，長鏈聚合物產生熱固性聚氨酯，這是合成彈性體樹脂而不是塑膠樹脂。熱固性材料是一種由氨基甲酸酯鏈製成的有機化合物。 

Q6.聚氨酯或聚氨酯澆鑄樹脂貴嗎？

聚氨酯鑄造的成本標準通常取決於零件體積、設計複雜性等。 

Q7.真空鑄造有哪些應用？

真空鑄造通常用於快速原型製作、醫療設備、汽車零件和消費性電子產品.