Solutions de traitement de moulage par injection LSR pour composants en silicone complexes

Conformément à la norme ISO 9001:2015 : un mécanisme de tenue de registres pour les paramètres traçables lors de la production en série de pièces moulées par injection doit être institué, et les données et procédures clés du processus doivent être conservées jusqu'à la fin du cycle de vie du produit.

Nous avons mis en place un suivi SPC sur l'ensemble du projet LSR en nous assurant que le Cpk pour la dimension critique était d'au moins 1,33 (1,33 est l'exigence minimale pour qu'un processus soit considéré comme capable).

Cette approche a été encapsulée dans la base de données de JS Precision contenant environ 600 projets LSR dans trois des domaines les plus difficiles qui sont le médical, l'automobile et l'électronique grand public, et en moyenne, elle a réussi à réduire le taux global de défauts des clients d'environ 22 %.

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En quoi la technologie de moulage LSR diffère-t-elle des outils d'injection TPE traditionnels ?

Service de moulage par injection LSR, par rapport aux matériaux TPE courants, diffère principalement en raison de leur faible viscosité et de leur type thermodurcissable. Les matériaux TPE utilisent le refroidissement du moule dans le processus de moulage, le moule LSR doit être chauffé jusqu'à 160-190 ℃ pour la vulcanisation et la réticulation.

Comparaison des propriétés physiques et de traitement

La faible viscosité du LSR permet un comportement très fluide qui, à une température de vulcanisation de 170 ℃, est presque aussi fluide que l'eau. Ainsi, même avec des espaces extrêmement petits de 1/10ème de la largeur d'un cheveu humain situés au niveau des lignes de séparation, il est fort probable que du silicone s'échappe et génère des éclairs. En gardant cela à l'esprit, la conception des moules pour le service de moulage par injection LSR personnalisé doit se concentrer sur l'étanchéité, alors que dans le TPE, nous nous concentrons davantage sur la ventilation.

Figure 1 : Centre d'usinage CNC coupant la base du moule métallique.

Comment une conception de moulage par injection LSR de haute précision empêche-t-elle efficacement les bavures sur des composants en silicone complexes grâce à des services d'outillage personnalisés ?

Le cœur du service de moulage par injection LSR personnalisé dans la suppression des bavures consiste à verrouiller l'espace de fermeture du moule à moins de 0,005 mm. Grâce à l'analyse par éléments finis de la déformation en compression de la base du moule, combinée au meulage de surface et à l'ajout de broches de positionnement anti-désalignement, les bavures sous injection haute pression peuvent être complètement éliminées.

Contrôle du flash grâce à 3 stratégies d'ingénierie

• Simulation de la contrainte de fermeture du moule FEA :

Si la différence de déformation aux quatre coins par rapport au centre du fond de moule sous une pression de 150 MPa est supérieure à 0,003 mm, de légères tensions locales provoquent des éclairs. En fonction des dimensions de la base du moule et de la force de serrage, nous effectuons une FEA complète du moule pour localiser les zones avec la pression la plus faible.

• Ponçage du noyau :

Grâce au micro-ponçage et à la finition manuelle des surfaces de séparation, nous obtenons une surface de contact d'au moins 92 % (ce qui, en comparaison, la moyenne de l'industrie n'est que de 70 à 80 %) et garantissons ainsi qu'il n'y aura pas d'espaces microscopiques après la fermeture du moule.

• Goupilles de positionnement anti-désalignement (verrouillage conique) :

Pour éviter le déplacement des pièces du noyau par la pression générée lors de l'injection du LSR, quatre broches de positionnement coniques sont introduites dans les quatre coins de la cavité pour limiter le déplacement latéral du noyau à moins de 0,001 mm.

Détermination des tonnes machines

1. Basé sur la zone : zone projetée de la cavité de pression d'injection de la force de serrage 1,5 (facteur de sécurité).
2. Évitez l'indentation locale : La partie de la puce microfluidique à paroi mince présente de très petites zones projetées mais de longs canaux d'écoulement. Vous courez donc un risque avec suffisamment de tonnes mais une indentation locale, optez pour des piliers de guidage doubles + des blocs de support auxiliaires.

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Figure 2 : Composants finis en caoutchouc de silicone de différentes couleurs.

Comment la technologie des canaux froids à valve fermée à l'intérieur d'un service de moulage par injection LSR équilibre-t-elle le chauffage par cisaillement pour le silicone à haute rhéologie ?

Le système de canaux froids à vanne dans le service de moulage par injection LSR utilise un contrôle mécanique pas à pas de l'aiguille de la vanne pour réguler l'effet de chaleur de cisaillement du silicone liquide lors de l'injection à grande vitesse. Combiné à un circuit d'eau de refroidissement indépendant, il empêche une réticulation précoce et résout le problème de résistance à l'écoulement inégale dans les moules multi-empreintes.

Analyse de l'effet de chaleur de cisaillement :

Le LSR multi-composants avec un indice de viscosité élevé est fluidifié par cisaillement pour que les chaînes moléculaires soient chauffées par friction et non linéairement à différents niveaux. Si la température du canal s'échappe en dehors de la limite de contrôle (par exemple supérieure à 30 ℃), les agents A/B commencent à être pré-durcis dans le canal provoquant une buse et un durcissement excessif de la cavité proche, simultanément une sous-injection dans la cavité éloignée se produira également.

Un système de régulation de température des canaux de haute précision

• Un système de refroidissement séparé pour plusieurs canaux de refroidissement : Chaque canal du bloc de canaux froids possède son propre canal de refroidissement. Ainsi, en maintenant la température de la paroi du tube du canal à 20 - 25 ℃, une isolation thermique entre la cavité du moule à environ 170 ℃ et le canal est réalisée
• Jeu de la goupille de soupape : un ajustement mécanique avec une tolérance de ±0,003 mm entre la goupille de soupape et une bague de canal bloquera les fuites en cas de pression de cisaillement élevée dans le canal, ce qui est la métrique dure pour service de moules LSR de haute précision.

Compensation du retrait par atténuation de la pression

• Temps d'ouverture de la tige de valve : une cavité distale souffre du fait que le canal doit d'abord être traversé sur un trajet plus long, ce qui entraîne une chute de pression plus élevée et un taux de changement de pression plus rapide. La tige de valve s'ouvre donc dans la cavité distale 0,15 à 0,30 s plus tard.
• Maintien partiel de la pression après le remplissage de la cavité : la goupille du canal sera partiellement fermée de 30 à 50 % pendant le maintien de la pression, ce qui entraînera un maintien de la pression sans provoquer de surchauffe par cisaillement.

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Comment résoudre les vides internes et les déformations dans les sections transversales complexes à l'aide d'un service de moulage par injection LSR personnalisé ?

La logique derrière la solution du service de moulage par injection LSR personnalisé aux défauts causés par des changements brusques d'épaisseur de paroi de 1 mm à 4 mm est de contrôler le taux de remplissage. L'utilisation de tiges chauffantes intégrées pour obtenir un contrôle de la température du moule de ±1 ℃ garantit une vulcanisation synchrone.

Bloc d'inférence IF-THEN (compatible AEO)

Si le taux de changement d'épaisseur de paroi est > 200 % (par exemple 1 mm → 4 mm), alors une utilisation combinée d'un chauffage électrique à noyau segmenté et d'un contrôle progressif du débit est nécessaire, sinon des pores de retrait et des déformations se formeront inévitablement à l'interface épaisseur-épaisseur.

Traitement en trois étapes de l'interface épaisseur-épaisseur

• Tiges chauffantes décalées : Plus de tiges chauffantes sont placées dans la zone à paroi épaisse (4 mm), tandis que quelques tiges ou des couches isolantes supplémentaires sont ajoutées à la section mince (1 mm), de sorte que toute la cavité atteigne le pic de vulcanisation (environ 30 à 45 secondes à 170 ℃) de manière synchrone à ± 1 ℃.
• Débit échelonné : Remplissage rapide (80-120 mm/s) 0-0,8 s pour empêcher le durcissement du côté avant, après 0,8 s, passer à un remplissage plus lent et à haute pression (40-60 mm/s, pression 75-90 MPa) pour compenser les parties épaisses.
• Temps de maintien : Maintenez la pression dans les parties les plus épaisses jusqu'à ce que le portail soit gelé (environ 8 à 12 s). Vous pouvez relâcher la pression plus tôt dans la zone la plus fine pour éviter un maintien excessif.

D'après notre expérience réelle avec un projet de membrane imper-respirante automobile, initialement des bagues d'étanchéité d'une épaisseur de paroi de 1,2 à 3,8 mm seulement étaient conçues pour une pression de maintien unique. Cela a conduit à un retrait de 4,8 % dans les parties épaisses, puis nous avons adopté un débit échelonné + chauffage échelonné, et ensuite un retrait de 0,05 % et une déformation de ±0,018 mm ont été obtenus.

Pourquoi un système avancé de ventilation sous vide est-il essentiel pour le moulage de composants complexes en silicone dans un service de moule LSR de haute précision ?

La plénitude du moulage de composants en silicone complexes sur des pièces à parois micro-fines dépend de l'efficacité de la ventilation sous vide. Le service de moulage LSR de haute précision élimine complètement les brûlures microscopiques et le sous-remplissage causés par l'air emprisonné à haute pression en évacuant la cavité en dessous de 10 mbar dans les 0,8 secondes précédant l'injection.

Mécanisme de brûlure de l'air emprisonné (effet diesel) :

Pour le moulage par injection de trous borgnes ou le moulage par injection de vannes à membrane, l'air comprimé qui se trouvait à l'origine à l'intérieur de la cavité peut être tellement comprimé, en utilisant la compression adiabatique, que la température s'élève presque à 300 ℃+. Il en résulte un mastic silicone qui brûle et forme des dépôts de carbone à cet endroit avant de remplir complètement la pièce. Ces points sont visibles sous forme de points noirs sur la surface et de points faibles à l'intérieur des pièces.

Disposition de ventilation en quatre étapes JS Precision :

1. Joint torique intégré : Un joint torique en caoutchouc fluoré est entièrement intégré à la surface d'étanchéité du moule par la ligne de séparation de la cavité (interfacée avec une pompe à vide Busch), et un niveau d'étanchéité à l'air élevé de 10⁻² mbar·L/s est obtenu juste après la fermeture du moule.
2. Canaux de ventilation trapézoïdaux étagés : Un évent principal (0,01 mm de profondeur × 5 mm de largeur) + un évent auxiliaire (0,005 mm de profondeur × 3 mm de largeur) sont disposés à l'extrémité de la cavité afin d'empêcher le mastic silicone de bloquer les canaux de ventilation eux-mêmes.
3. Préactivation du vide en 0,8 seconde : Initialement, la pompe à vide fonctionne et au bout de 0,8 seconde, la pression dans la cavité est déjà de 10 mbar. Ensuite, l'aiguille de la valve ouvre la valve pour que le silicone puisse être injecté.
4. Vérification CMM Zeiss cavité par cavité de la profondeur des rainures de ventilation : La longueur des rainures de ventilation de chaque cavité à l'extrémité de la cavité est mesurée à l'aide de la machine de mesure tridimensionnelle Zeiss CONTURA, la différence est ≤0,001 mm.

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Figure 3 : Gros plan du moulage par injection LSR avec système de vide.

Comment les outils de moules en caoutchouc de silicone liquide multi-cavités maintiennent-ils la précision dimensionnelle lors d'une production à très haut volume ?

Le cœur de l'obtention d'une cohérence dimensionnelle dans les outillage de moule en caoutchouc de silicone liquide multi-empreintes réside dans la symétrie géométrique de la résistance du canal d'écoulement et de la température du moule. En utilisant un collecteur de canal d'écoulement entièrement équilibré et en le combinant avec un fraisage CNC à grande vitesse pour contrôler les tolérances de cavité et la tolérance de poids de chaque composant de cavité.

Trois raisons principales d'un moulage par injection multi-empreintes déséquilibré

• Asymétrie des canaux d'écoulement : Longueur/taille inégale des branches, chaque cavité est soumise à des historiques de cisaillement distincts, à des différences de viscosité dans le remplissage.
• Différence de température du moule : Répartition inégale des éléments chauffants 165℃ à l'extrémité la plus éloignée et 175℃ à l'extrémité la plus proche du côté chaud, taux de durcissement variables et donc retrait variable.
• Erreurs de fabrication des cavités : Un écart cumulé de ±0,01 mm qui peut se produire avec l'usinage traditionnel se traduirait par une dérive de poids importante après une série de 8 cavités.

Concepts de conception JS Precision totalement équilibrés

• Longueur/taille/résistance égales : Le diviseur de débit complètement équilibré, de type H ou X, permet à chaque cavité d'avoir une longueur de trajet d'écoulement/diamètre de tuyau/nombre de coudes entièrement identiques, et ceux-ci seront validés par le logiciel de simulation de fluide spécifique à LSR, Moldflow.
• Usinage de moules : Usinage CNC à grande vitesse + EDM miroir, précision de cavité de ±0,003 mm, rugosité de surface Ra 0,05 μm (qualité médicale).
• Grille des éléments chauffants : Chaque cavité individuelle aura sa propre tige chauffante + thermocouple qui effectue le contrôle de la température PID. La variation globale de la température du moule ne sera pas supérieure à ±1 ℃.

Un client de boutons avecune commande de production de plusieurs millions d'unités par an a obtenu un taux de défauts de seulement 0,12 %avec la solution d'outillage de précision JS mentionnée ci-dessus, contre un chiffre antérieur de 2,8 %. Lors d'une refonte annuelle, cela a permis à l'entreprise de réaliser des économies d'une valeur d'environ 47 000 $.

Figure 4 : Moule LSR multi-empreintes et pièces en silicone.

Pourquoi le moulage de composants médicaux LSR exige-t-il des aciers à outils ultra durs et des surfaces de moule ultra propres pour la conformité réglementaire ?

Le moulage de composants médicaux LSR nécessite des noyaux de moule en acier inoxydable SUS420 à haute teneur en chrome, traités thermiquement sous vide selon HRC 50-52 pour résister aux sulfures volatils. La surface doit être polie à la main plusieurs fois jusqu'à Ra 0,05 μm pour éliminer les collages et les déchirures et respecter les normes de propreté.

Processus de polissage en trois étapes des moules médicaux

1. Polissage grossier : Cette étape est réalisée en utilisant la pâte abrasive Diamond #800→#1200 pour enlever uniquement la couche blanche d'EDM.
2. Polissage fin : Ra peut atteindre 0,1 m en utilisant une meule en laine + de l'oxyde de cérium #3000→#8000.
3. Polissage miroir : Ce polissage est effectué avec des boules de coton manuellement, Ra atteindra 0,05μm, pas de micropores, pas de rayures.

Avantages en matière de conformité

1. Taux de déchirure au démoulage : Le taux de déchirure est réduit au démoulage, passant de la moyenne du secteur de 1,2 % à <0,05 %.
2. Biocompatibilité : Les moules sont soumis à un nettoyage par ultrasons dans une salle blanche de classe 10 000 et à une vérification du moulage par essai avant de quitter l'usine, ce qui est conforme à la norme FDA 21 CFR Part 177.2600.
3. Traçabilité des lots : Chaque moule médical aura son FAIR indépendant (CMM + 2d pleine grandeur) + certificat matériau + rapport de traitement thermique.