过模和镶模设计指南
两种材料的成型和结合塑料，弹性体和金属插入选项的指南
过度成型是一种注射成型工艺，它允许在beplay体育下载ios现有的成型部件上添加一层额外的树脂，以提供单一材料无法提供的特性组合。最常见的应用之一是在硬衬底上添加一层柔软的、功能性的、手友好的橡胶类材料，通常是TPE(热塑性弹性体)。另一种方法是改变或增强零件的外观或“化妆品”，方法是用不同颜色或表面处理的材料进行过度成型。压模材料可以在任何东西上找到，从医疗设备和手工工具到牙刷，以及组件中的垫圈和密封件。
作为一种制造工艺，过模可以在不同材料之间提供优异的附着力，并消除手工组装材料的需要。由于该过程可以在不同程度上实现自动化，因此成本效益很高。而且，通过降低组装的复杂性，它可以帮助降低成本，加速产品和设备的上市。但最重要的是，它可以极大地增强产品开发人员可用的材料特性范围。
复模有两种主要的方法-两丸成型和挑位成型，前者使用单个生产模具，而后者使用两个模具。
过度成型的材料选择可能很复杂。基材和过模树脂可以相互补充，但为了有效，它们必须兼容。选择的变化不仅与应用的压模部分，但也与用于生产它的方法。由于复模成型的过程和结果比单次注射成型更复杂，因此在选择材料时寻求树脂专家的意见是有帮助的。beplay体育下载ios
Two-Shot vs. Pick-n-Place Overmolding
让我们先来看看二次成型，这涉及到在一种材料中成型的基材，然后快速覆盖另一种材料。这通常是一个高度自动化的过程。第二种方法是选择n-place成型，其中整批基材零件成型;然后，将基材部件手动放置，一次放置一个，放入第二个模具中，将复模树脂注入其中，以生产完成的部件。
二丸成型主要有三种方法:
- 转移overmolding是一种机器人程序，其中基材零件被机械地从一个模具中提出来，并放入另一个更大的模具中。所述过模材料被注入以填充第二个模具中的空白空间，通常是在第一个模具中生产下一个衬底时。
- 旋转overmolding是另一种机器人工艺，其中模具本身从一个注射站移动到另一个注射站，以允许注射基材和复模材料。
- Core-back overmolding只能用于非常特定的线性几何。模具是用一个滑动部分建造的，在第一种材料注射后被拉回，并设置为第二种注射材料腾出空间。
这三种方法都是将模压过的材料放在一个温暖的基底上，这有助于化学结合。这三种都需要专门的设备和昂贵的模具，但由于它们的自动化程度很高，因此对于大批量生产(通常超过1万件，经常是10万件或更多)来说，它们具有成本效益。
选位成型使用两个完全独立的模具。在一个模具中制造一批基板零件，并让其冷却。然后，用手将它们放置到第二个较大的模具中，该模具容纳基材部件，并为压模材料注入基材上留下空间。该工艺使用较简单的设备和更简单的模具比两枪方法，简化和加速设置。
复模方法比较
虽然人工将基片放入二级模具的速度比机器人工艺慢，但它通常可以更快地完成中小批量零件的生产，成本也大大降低。选择n-place成型的最大挑战是减少过模材料和冷却基材之间的化学键合。为了最大限度地提高附着力，必须仔细处理基材，以防止可能影响附着力的表面污染。此外，适当的材料选择也有助于在选择位置应用中确保良好的结合。
| 有利于二次成型的因素 | 有利于挑选成型的因素 |
|---|---|
| 大的生产量-通常超过 10000个零件 |
产量适中，通常低于 10000个零件 |
| 确定你的设计和材料 将用于整个生产运行 |
需要原型设计或测试材料，或 设计改变的可能性 |
| 把时间和金钱都投入到昂贵的两枪上 模具和工艺 |
需要快速移动产品和设备 市场或为满足市场需求而双射 模具正在制作中 |
| 需要最大限度的化学键合 层间 |
一种指定化学键的设计， 通过适当的选材，可以提供 强化学键 |
结合的作用
树脂层之间的粘合有助于防止层间分离。根据零件的几何形状，键可以受到几种力的作用，可以将层分开。
这些包括:
- 在对接处引起分离的直接拉力
- 由平行于粘合界面的拉力引起的剪切，在搭接处引起分离
- 剥落通常从边缘开始，并沿着材料之间的界面传播
当其中一种材料是弹性体时，结合强度尤其重要，弹性体可以弯曲并被拉离基材。这适用于热塑性弹性体和热固性材料，热塑性弹性体在再次加热时会软化，而热固性材料则不会软化。
层之间的结合主要有两种方式。一种是两层树脂界面的实际化学键合;另一种是机械结合，这取决于界面的物理几何结构。通过零件设计、材料选择、模具设计和成型工艺的结合来实现可接受的连接。
化学键发生在分子水平上，受多种因素的影响。首先是注射过模材料对基材的润湿能力。更好的润湿性允许两种材料之间有更多的接触和更多的粘合机会。这是一个因素的材料的温度，复模材料的粘度，纹理和基材表面的孔隙率。在界面处，粘附可以通过三种不同的方式发生:
- 聚合物分子的机械纠缠
- co-crystallization
- 聚合物链之间的化学反应
粘附也可以是这三者的结合，有纹理的表面增加了粘附发生的面积。除了需要树脂本身的兼容性，添加剂、填料和某些表面处理的存在可以减少基材和过模材料的化学相互作用。
制模商和材料供应商可以成为有价值的资源，以确定既能满足设计师对完成部分的性能要求的树脂，又能相互兼容并能够提供最大附着力的树脂。加工也会显著影响附着力。在选择n-place成型中尤其如此。在此过程中，衬底在过模前被允许冷却，并且在此过程中暴露在环境中并进行处理。制造商在储存和处理过程中防止杂质积聚在基材表面是至关重要的，以最大限度地提高粘附性，这是Protolabs密切关注的领域。
机械粘接可以代替化学粘接或与化学粘接结合使用。当覆模树脂流入基板上的孔时，特别是如果这些孔在底部“燕尾”变宽，冷却的覆模材料就会被锁定在基板上。其他增强机械结合的方法包括将压模材料包裹在基材周围，或者用凹槽、尖桩、柱或凸台增加界面的表面积。多孔衬底提供了弹性体可以迁移到的微小孔，以创建机械键合。为防止脱皮，避免过模材料的外露边缘。衬底材料的凸起边缘可以保护过模弹性体的边缘，否则可能开始剥落。
化学键相容性
| 衬底材料 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| OVERMOLD材料 | ABS LUSTRAN | Abs / pc cycolo c2950-111 | PC lexan 940-701 | PBT valox 357-1001 | Pp proffax 6323 | 尼龙66 zytel 103 HSL nc010 |
| TPU-Texin 983 - 000000 | C | C | C | C | 米 | 米 |
| TPV-Santoprene 101 - 87 | 米 | 米 | 米 | 米 | C | 米 |
| TPE-Santoprene 101 - 64 | 米 | 米 | 米 | 米 | C | 米 |
| LSR-Elastosil 3003/30 A/B | - | - | 米 | 米 | - | 米 |
| TPC-Hytrel 3078 | C | C | C | C | 米 | 米 |
| TPE-Versaflex OM 1060X-1 | C | C | C | 米 | 米 | 米 |
| TPE-Versaflex OM 6240-1 | 米 | 米 | 米 | 米 | 米 | C |
| TPE-Versaflex OM 6258-1 | 米 | 米 | 米 | 米 | 米 | C |
| TPE-Versaflex OM 1040X-1 | C | C | C | 米 | 米 | 米 |
M =机械键C =化学键
Overmolding材料
基材和复模材料有成千上万种可能的组合。上述图表中包含了一些更常见的可能性，但如果您需要特殊的特性，材料供应商还可以识别出许多其他的特性。
除了相容性和附着力外，还有许多因素影响过模树脂的选择。如果目标是缓冲，压模材料的厚度可以和材料本身的柔软度一样重要。薄层，通常低于0.40英寸。(10mm)，无论材质选择，都会感觉坚硬。出于这个原因，许多消费产品将有较高的肋骨，以增加感知厚度，同时减少过模材料的数量，增加其灵活性。材料的实际柔韧性与其硬度或硬度计没有直接关系。更好的测量方法是弯曲模量，它可以测量材料的抗弯曲能力。弯曲模量较低的材料会感觉更柔软。虽然各种树脂适用于过模，但有一些弹性体，如Versaflex，可以专门用于过模应用。
如果过度成型的目的是增强抓地力，那么材料的摩擦系数表明了它的触感。例如，热塑性弹性体(TPEs)通常具有很高的摩擦系数。在缓冲的情况下，硬度计不是一个可靠的测量材料的抓地力。由于包括热塑性塑料和热固性树脂在内的许多树脂都具有一系列特性，在为特定应用选择正确的树脂等级时，咨询专家可能是有用的。
像过模一样，插入模将树脂注入到另一种材料上，但另一种材料通常是金属，而不是塑料衬底，注入的塑料材料通常是刚性塑料。金属电气部件或定制加工的金属部件通常以这种方式嵌入塑料中。类似地，螺纹镶件可以模压成塑料部件，以便更坚固、更耐用地组装塑料部件，如设备外壳。插入成型是通过热桩或超声波焊接插入金属部件的一种替代方法，通过这种工艺，一个成型的塑料部件被局部熔化，以允许插入金属部件。插入成型更可控，并允许更好的封装比其他方法。模铸插入也消除了二次插入安装过程的需要，节省时间和金钱。
因为插入物是金属的，它们必须被放入一个模具中，在模具中它们将被塑料封装。对于大批量生产，这可以由机器人完成，但对于低到中批量生产的插入模具，选择n-place是手动过程。金属镶件和塑料之间没有化学结合，因此镶件和树脂组件必须设计为机械结合。
Protolabs接受预制插入，包括PEM, Dodge，三星，Spirol和Tappex。
为什么使用过模和镶模?
虽然过度成型需要比单次注射成型更复杂的设计、加工和材料选择，但它提供了显著的好处:beplay体育下载ios
- 它可以将材料组合起来，提供单一树脂无法提供的特性。
- 它可以省去装配步骤，节省时间和金钱。
- 它可以以一种装配工艺无法比拟的方式融合材料。
- 镶件增加了零件的强度和耐久性。
降低成本
过模可降低生产成本。标准注射成型可以将多个零件组合成一beplay体育下载ios个多腔模具，而过度成型可以生产由不同材料组成的单个零件，而不需要组装。模具生产更复杂，但它消除了组装数千个零件的重复成本。生产压模零件的方法有很多种，根据您的需要选择正确的方法——上市时间、总产量和产品变更的可能性——可以帮助确定哪种方法最有效。
急转弯生产
过模可降低生产成本。标准注射成型可以将多个零件组合成一beplay体育下载ios个多腔模具，而过度成型可以生产由不同材料组成的单个零件，而不需要组装。模具生产更复杂，但它消除了组装数千个零件的重复成本。生产压模零件的方法有很多种，根据您的需要选择正确的方法——上市时间、总产量和产品变更的可能性——可以帮助确定哪种方法最有效。
原型和小批量运行
选择n-位置过模是理想的低至中批量生产。由于它比二丸复模的劳动强度更大，使用这种技术的每个零件的生产成本会趋于较高，但它消除了生产复杂的二丸模具的极高成本和延迟。取件的总成本将低于10,000个零件的产量。该工艺也可用于生产原型，然后再投资于大批量生产的两枪模具。如果进入市场的速度是至关重要的，那么使用选择地点将产品交付到市场可能是有意义的
在等待全面生产开始的时候。而且，在零件需要频繁重新设计的市场中，选择位置可以降低风险，因为重新设计模具的成本只相当于重新设计两次模具的一小部分。
应用范围
过度成型被广泛应用于从消费品到汽车和电子元件等行业，但它特别适合于医疗和保健应用。接触、进入或插入人体的设备可能必须满足严格的要求并具有具有挑战性的功能。它们可能必须经得起高温消毒，忍受化学物质的暴露，并满足FDA、USP VI级、ISO 10993和生物相容性等标准。在许多情况下，没有一种树脂可以满足所有的要求。为了安全性和无菌性，多种材料可能必须无缝配合，而这正是超塑成型的优势所在。还有许多其他原因使用过模，包括:
- 其中最常见的是为了舒适和抓地力。软弹性体通常被压在坚硬的衬底上，以创建一个安全，防滑的抓地力，适用于从手动工具到设备的各种手持物品。
- 由于压模材料通常是弹性体，密封、减震和减振也是常见的应用。
- 另一个常见的应用是审美;基材可以有一个缩进的图案，该图案由反差色的压模材料填充，以创建文本、标志或其他设计。
- 过度成型可以改变零件表面的特性，使其具有不同的电学、热学或其他环境质量。
- 它也可以用来捕捉或封装在另一个材料中的东西。