سیلیکون به‌عنوان یک لاستیک مصنوعی و دارای ویژگی‌های جذابی برای تولید محصولات مختلف است. ساختار شیمیایی آن به‌شدت انعطاف‌پذیر است و می‌توان فرمول شیمیایی آن را برای کاربردهای صنعتی متنوعی از جمله آب‌بندی‌ها، اتصالات، وسایل پوشیدنی، دستگاه‌های پزشکی، گیره‌های رباتیک، لوازم آشپزی، عایق‌های حرارتی و الکتریکی و غیره، تطبیق داد. امروزه کاربرد پرینتر سه‌بعدی می توان به ساخت قالب‌های سیلیکونی که یکی از نوآورانه‌ترین و کارآمدترین روش‌ها برای تولید قطعات پیچیده و دقیق است، اشاره کرد.
این تکنولوژی امکان طراحی و ساخت قالب‌هایی را فراهم می‌کند که با روش‌های سنّتی تقریباً غیرممکن یا بسیار زمان‌بر هستند. در این فرایند، ابتدا یک مدل سه‌بعدی با استفاده از نرم‌افزارهای طراحی CAD ایجاد و سپس با استفاده از چاپگر سه‌بعدی، قالب به‌صورت دقیق و با جزئیات بالا تولید میشود. اکنون به بررسی مراحل ساخت قالب سیلیکونی با پرینتر سه بعدی می‌پردازیم و به شما نشان می‌دهیم که چگونه می‌توانید با بهره‌گیری از این تکنولوژی پیشرفته، قالب‌هایی دقیق و کارآمد بسازید. با ما همراه باشید.
مراحل ساخت قالب سیلیکونی با پرینتر سه بعدی
مراحل ساخت قالب سیلیکونی با پرینتر سه بعدی به‌صورت زیر است:
| مرحله | توضیحات |
|---|---|
| 1- طراحی مدل CAD | طراحی مدل سه بعدی قالب در نرم افزار CAD با در نظر گرفتن جزئیات، ضخامت دیواره‌ها، کانال‌های ریخته‌گری و … |
| 2- تصمیم‌گیری درباره مدل توخالی یا توپر | انتخاب نوع مدل بر اساس پیچیدگی و نیاز به ساختار داخلی |
| 3- طراحی ساختار داخلی (برای مدل‌های توخالی) | ایجاد ساختار داخلی برای پشتیبانی از مدل و امکان خارج کردن مواد پشتیبانی بعد از ریخته‌گری |
| 4- ایجاد یک بلوک توپر | ایجاد یک بلوک بزرگ‌تر اطراف مدل برای تشکیل دیواره‌های خارجی قالب |
| 5- تقسیم بلوک (در صورت نیاز) | تقسیم بلوک به قسمت‌های کوچکتر برای سهولت در جدا کردن قالب |
| 6- جاسازی مدل در بلوک‌های توپر | قرار دادن مدل در مرکز بلوک و ایجاد کانال برای ریختن مواد |
| 7- چاپ سه بعدی | چاپ قالب با استفاده از پرینتر سه بعدی و نرم افزار slicing |
| 8- ریختن سیلیکون در قالب | ریختن سیلیکون در قالب چاپ شده و اطمینان از پر شدن کامل حفره‌ها |
| 9- بریدن اضافات | بریدن مواد اضافی پس از سفت شدن سیلیکون |
1- طراحی مدل CAD
اولین مرحله این است که قالب خود را با استفاده از نرمافزار CAD (طراحی به کمک کامپیوتر) طراحی کنید و یک مدل دیجیتال سه‌بعدی از چیزی که می‌خواهید ریخته‌گری کنید، ایجاد کنید. برخی از نرم‌افزارهای محبوب CAD شامل Autodesk Fusion، SolidWorks و Tinkercad هستند. اطمینان حاصل کنید که همه جزئیات، از جمله زوایای خروج و خطوط جدایش را برای کمک به جداشدن راحت‌تر شیء نهایی از قالب درنظر گرفته‌اید. این مرجله دقیقا مانند ساخت خانه با پرینتر سه بعدی است.
همچنین، لازم است ضخامت دیواره‌ها را بررسی کنید تا اطمینان حاصل شود که قالب به‌اندازه کافی برای تحمل مواد ریخته‌گری مقاوم است. ممکن است بخواهید ویژگی‌های اضافی مانند کانال‌هایی برای ریختن مواد (رانرها یا اسپرواها) و تهویه‌هایی برای خروج هوا درنظر بگیرید. نکات کلیدی برای این مرحله شامل طراحی ساده، استفاده از طراحی‌های متقارن و اجتناب از اشیاء پرشده در فضاهای توخالی است.
2- تصمیم‌گیری برای قالب توخالی یا توپر
در این مرحله از ساخت قالب سیلیکونی با پرینتر سه بعدی باید تصمیم بگیرید که آیا مدل شما توخالی خواهد بود یا توپر؛ زیرا ؛ زیرا فرایند ریخته‌گری برای هرکدام کمی متفاوت است. مدل‌های توخالی کمی پیچیده‌تر هستند؛ زیرا نیاز به ساختار داخلی دارند که باید پس‌از ریخته‌گری برداشته شود. مدل‌های توپر نیازی به پشتیبانی داخلی ندارند؛ بنابراین ساخت آن‌ها معمولاً ساده‌تر است. اگر قصد دارید یک مدل توپر بسازید، می‌توانید مستقیماً به مرحله بعدی بروید.
3- طراحی ساختار داخلی
برای مدل‌های توخالی، باید یک ساختار داخلی درون قالب ایجاد کنید. قطعه نهایی شما باید در جایی یک سوراخ داشته باشد که این سوراخ به‌اندازه کافی بزرگ باشد تا بتوانید مواد پشتیبانی را پس‌از ریخته‌گری از آن خارج کنید. می‌توانید بلوک داخلی را با استفاده از نرمافزار CAD درون مدل توخالی خود بسازید. این بلوک را درون فضای توخالی تراز کنید، سپس قطعات پشتیبانی را برای نگه‌داشتن ساختار در طول ریخته‌گری اضافه کنید (این قطعات بعداً باید حذف شوند). این مرحله اساساً تضمین می‌کند که قطعه نهایی پس‌از برداشتن قالب، شکل خود را از دست نخواهد داد.
4- ایجاد یک بلوک توپر
برای ایجاد یک بلوک اطراف مدل که دیواره‌های خارجی قالب را تشکیل می‌دهد، باید مطمئن شوید که مدل به‌طور کامل ضدآب است (اگر قبلاً توپر نیست). یک بلوک بزرگ‌تر در اطراف آن طراحی کنید تا مدل به‌خوبی در مرکز قرار بگیرد؛ مدل باید توسط بلوک احاطه شده باشد و فضایی بین آن و دیواره‌های داخلی بلوک باقی بماند. سپس بلوک و مدل را به یک شیء واحد تبدیل کنید. تبریک می‌گویم! حالا شما بلوکی دارید که شکل و اندازه قالب نهایی شما را تعیین می‌کند.
5- تقسیم بلوک
اگر مدل شما بسیار پیچیده است، ممکن است نیاز باشد که بلوک را به دو یا چند قسمت تقسیم کنید تا پس‌از ریخته‌گری به‌راحتی قابل‌جداکردن باشد. فکر کنید که بهترین مکان برای تقسیم بلوک کجا است تا فرایند جداکردن را بدون آسیب به مدل آسان‌تر کند؛ مثلاً اگر مدل شما به‌شکل توپ باشد، حداقل به یک شکاف در امتداد قطر بزرگ آن نیاز دارید تا بتوانید به‌راحتی قطعات را از هم جدا کنید.
شکاف‌ها باید دسترسی به داخل مدل را فراهم کنند تا از آسیب به آن جلوگیری شود. نکته کلیدی این است که از ایجاد زوایا یا اشکالی که باعث سختی در جداکردن بلوک می‌شوند، خودداری کنید. برای طراحی‌های کوچکتر و ساده‌تر، ممکن است بتوانید از این مرحله صرف‌نظر کنید.
6- جاسازی مدل در بلوک‌های توپر
در این مرحله از ساخت قالب سیلیکونی با پرینتر سه بعدی، مدل خود را به‌صورت افقی در داخل بلوک‌های تقسیم‌شده قرار دهید تا به‌خوبی در مرکز قرار بگیرد. این کار باعث میشود که هر دو طرف به‌طور مساوی پوشش داده شوند. مطمئن شوید که بلوک‌ها به‌طور کامل و محکم اطراف مدل را احاطه می‌کنند. پین‌های تنظیم را اضافه کنید تا هنگام اتصال دو نیمه قالب در جای خود قرار گیرند.
همچنین باید یک کانال مرکزی برای ریختن مواد درنظر بگیرید. این کانال باید به‌اندازه کافی پهن باشد تا رزین به‌راحتی جریان پیدا کند و از مسدودشدن یا ایجاد حباب‌های هوا جلوگیری شود. پیشنهاد میشود که یک محفظه اضافی برای نگهداری رزین اضافه کنید که در بالای قالب قرار می‌گیرد؛ نیروی جاذبه رزین را به داخل قالب می‌کشد و می‌توانید محفظه را به‌اندازه‌ای طراحی کنید که دقیقاً مقدار موردنیاز رزین را نگه دارد.
7- شروع به چاپ سه‌بعدی
حالا به قسمت سرگرم‌کننده کار می‌رسید: می‌توانید چاپ قالب خود را آغاز کنید. اطمینان حاصل کنید که چاپگر سه‌بعدی شما آماده است، به‌درستی کالیبره شده و با مواد مناسب (چه رزین برای ریختن در محفظه باشد و چه رشته فیلامنت) بارگذاری شده است. بررسی کنید که بستر چاپ تمیز و تراز باشد و نازل چاپگر یا اکسترودر مسدود نشده باشد. از نرمافزار slicing برای آماده‌سازی طراحی خود استفاده کنید. این نرمافزار به چاپگر می‌گوید که چگونه قالب را لایه‌به‌لایه (یا یک «برش» در هر لحظه) بسازد و دستورالعمل‌های دقیقی درباره ارتفاع لایه، چگالی پُرکردن و سرعت چاپ می‌دهد.
8- ریختن سیلیکون در قالب سه‌بعدی چاپ‌شده
پس‌از چاپ قالب (و پس‌از لذت‌بردن از کار خود!)، وقت آن است که قالب نهایی خود را با ریختن سیلیکون درون قالب چاپ‌شده، ایجاد کنید. سیلیکون را طبق دستورالعمل‌های روی بسته مخلوط کنید و به‌آرامی آن را از یک انتهای قالب بریزید تا به‌درستی حفره‌ها را پر کند و از ایجاد حباب‌های هوا جلوگیری شود. اگر حباب‌های هوا ایجاد شد با ضربه‌زدن یا تکان‌دادنِ آرام قالب می‌توانید آن‌ها را از بین ببرید.
اگر مشکل حباب‌های هوا برایتان دائمی است، می‌توانید از یک محفظه خلاء یا یک مخزن فشار استفاده کنید که به‌طور ویژه برای قالب‌گیری سیلیکونی طراحی شده است تا حباب‌های هوا را به‌راحتی حذف کنید. اجازه بدهید سیلیکون به‌طور کامل سفت شود (دستورالعمل‌های سیلیکون به شما می‌گوید که این فرایند چقدر زمان می‌برد). سپس به‌آرامی قالب را باز کنید. اگر قالب شما دارای شکاف است، می‌توانید نیمه‌ها را جدا کنید؛ درغیراین‌صورت، می‌توانید با انعطاف‌دادن قالب، قطعه نهایی را آزاد کنید.
9- بریدن اضافات
پس‌از سفت‌شدن و بیرون‌کشیدن آن از قالب، هرگونه مواد اضافی را که ممکن است نشت کرده باشد یا اطراف لبه‌ها تشکیل شده باشد با یک ابزار مناسب مانند چاقوی دستی یا قیچی به‌آرامی ببرید. این کار را به‌آرامی و با دقت انجام دهید تا به خود قطعه آسیب نرسانید. اکنون مراحل ساخت قالب سیلیکونی با پرینتر سه بعدی به پایان رسیده است.
به نقل از سایت formlabs.com درباره ساخت قالب سیلیکونی با پرینتر سه بعدی اینگونه نوشته است:
Whether you are making silicone parts with 3D printed molds, making silicone molds for casting other materials, or directly 3D printing silicone-like soft materials such as Formlabs’ Flexible and Elastic family of resins, 3D printing can help in the process.
چه در حال ساخت قطعات سیلیکونی با قالب‌های چاپ سه‌بعدی باشید، چه قالب‌های سیلیکونی برای ریخته‌گری مواد دیگر بسازید، یا مواد نرم مشابه سیلیکون مانند رزین‌های انعطاف‌پذیر و الاستیک Formlabs را مستقیماً چاپ کنید، چاپ سه‌بعدی می‌تواند در این فرآیند کمک‌کننده باشد
بهترین پرینتر سه بعدی برای ساخت قالب سیلیکونی با پرینتر سه بعدی کدام است؟
برای ساخت قالب سیلیکونی با پرینتر سه بعدی باید از پرینترهایی استفاده کنید که برای این کار مناسب هستند. چهار مورد از بهترین پرینترهای رزینی و فیلامنتی برای این کار عبارت‌اند از:
- پرینتر سه بعدی ELEGOO Mars 4 ULTRA 9K؛
- پرینتر سه بعدی ELEGOO Saturn 4 Ultra؛
- پرینتر سه بعدی Creality K1C؛
- پرینتر سه بعدی Creality Ender-3 V3.
مزایای ساخت قالب سیلیکونی با پرینتر سه بعدی
ازآنجاکه چاپ سه‌بعدی، اشیاء را از طریق یک طراحی کامپیوتری که با نرمافزار چاپ سه‌بعدی ایجاد شده است، تولید می‌کند، می‌توانید قالب‌های پیچیده و سفارشی بسازید که این کار با روش‌های سنّتی قالب‌سازی عملاً غیرممکن است. این فرایند سریع است و در مدت زمان کوتاهی قالب‌ها را تولید می‌کند. اگر قالب به‌طور دلخواه از آب درنیامد، به‌راحتی می‌توانید فایل طراحی را تغییر دهید و دوباره چاپ کنید.
در درازمدت، این روش از لحاظ اقتصادی نیز به‌صرفه‌تر است. ؛ زیرا تنها به یک طراحی دیجیتالی، یک چاپگر سه‌بعدی و مواد چاپ نیاز دارید و نیازی به ابزارآلات گران‌قیمت نیست. همچنین، این روش تنها از موادی که نیاز دارد استفاده می‌کند؛ بنابراین هدررفت مواد به حداقل می‌رسد. چاپ مستقیم قالب‌ها نیاز به ساخت الگو را از بین می‌برد که باعث میشود زمان به‌بازاررساندن سریع‌تر شود و همچنین می‌توانید پیچیدگی بیشتری به طراحی خود اضافه کنید، چیزی که با روش‌های قالب‌سازی قدیمی امکان‌پذیر نیست.
سخن پایانی
مراحل ساخت قالب سیلیکونی با پرینتر سه بعدی نه‌تنها فرایندی سریع و مقرون‌به‌صرفه است، بلکه امکان تولید قطعات پیچیده و سفارشی را نیز فراهم می‌کند. این روش به طراحان و تولیدکنندگان کمک می‌کند تا بدون نیاز به ابزارهای گران‌قیمت و پیچیده، قالب‌هایی با کیفیت بالا و جزئیات دقیق بسازند؛ درنتیجه، چاپ سه‌بعدی قالب‌های سیلیکونی فرصتی عالی برای نوآوری در صنایع مختلف به‌حساب می‌آید.
سوالات متداول
1- نحوه ساخت قالب سیلیکونی سه بعدی چگونه است؟
ساخت قالب سیلیکونی با پرینتر سه بعدی یک فرایند چند مرحلهای است که با طراحی مدل سه بعدی در نرمافزار CAD آغاز میشود. سپس مدل به صورت یک بلوک توپر طراحی میشود که در آن فضایی برای قرارگیری جسم اصلی در نظر گرفته شده است. این بلوک به بخشهای کوچکتر تقسیم میشود تا بتوان قالب را به راحتی از آن جدا کرد. پس از چاپ سه بعدی بلوک، قالب سیلیکونی درون آن ریخته میشود و پس از خشک شدن، قالب آماده استفاده است.
2- بهترین پرینتر سه بعدی برای ساخت قالب سیلیکونی با پرینتر سه بعدی کدام است؟
پرینتر سه بعدی ELEGOO Mars 4 ULTRA 9K، پرینتر سه بعدی ELEGOO Saturn 4 Ultra، پرینتر سه بعدی Creality K1C و پرینتر سه بعدی Creality Ender-3 V3 بهترین پرینتر سه بعدی برای ساخت قالب سیلیکونی محسوب می شوند.