Hva er Overmold?

Jeg begynte med overstøping for rundt tolv år siden da en kunde slapp en bøtte med skrutrekkerhåndtak på skrivebordet mitt. TPE-grepene flasset av som død hud. "Fiks dette," sa han. Det var min introduksjon til prosessen.

Overmolding setter en plast over en annen. Vanligvis myk over hard. Et TPE- eller TPU-lag går rundt en stiv ABS- eller nylonkjerne. Grepet på den trådløse boremaskinen, den myke delen av tannbørstehåndtaket, støtfangeren på telefondekselet. Alt overstøpt.

Konseptet høres enkelt ut. Henrettelsen er det ikke.

Obligasjonsproblemet

Her er hva ingen forteller deg på forhånd. De to materialene må like hverandre. Kjemisk. Hvis polariteten ikke stemmer overens, får du det den kunden droppet på skrivebordet mitt. Deler som ser fine ut kommer fra pressen, og faller fra hverandre tre uker senere når noen faktisk bruker dem.

PP jobber med SEBS. De har lignende molekylstruktur. ABS og PC trenger TPU eller en spesialformulert TPE. Nylon er et mareritt. Jeg har sett ingeniører bruke måneder på å prøve å få TPE til å feste seg til glass-fylt nylon 66. Varmestabilisatorene i nylonen dreper bindingen. Du tror du har slått den inn, send femti tusen deler, får en telefon to måneder senere om at grepene glir av.

Vi fikk et elektroverktøyprogram til å gå sidelengs fordi noen byttet nylonleverandør uten å fortelle det til noen. Samme spesifikasjon på papiret. Annen additivpakke. De nye tingene hadde mer effektmodifikator. Bindingsstyrken falt førti prosent.

Materialdatablad forteller deg ikke dette. Den eneste måten å vite det på er å kjøre kombinasjonen og teste den.

To måter å gjøre det på

De fleste butikker kjører overmolding på en av to måter.

Velg-og-sted er det billige alternativet. Du støper underlaget i ett trykk, trekker i delene, legger dem i bokser, går over til en annen presse, legger dem i et annet verktøy, skyter overformen. Enkelt verktøy. Standard presser. Men du trenger en operatør som laster deler hele dagen. Og underlaget er kaldt når du skyter det andre materialet. Det skader båndet.

Vi hadde et medisinsk håndteringsprogram som kjørte pick-and-place. Fungerte fint om sommeren. Vinteren kom, butikkgulvet falt til 60 grader, deler begynte å mislykkes i skrelletestene. Det kalde underlaget ga ikke TPE-molekylene noe å ta tak i. Måtte legge til en forvarmestasjon. Ett skritt til, en ting til å gå galt.

Two-shot bruker en roterende plate eller et overføringssystem for å flytte substratet fra hulrom A til hulrom B mens det fortsatt er varmt. Én maskin, én syklus, bedre binding. Men verktøyet koster tre ganger så mye og du trenger spesialutstyr. Vi har en 400-tonns Engel med roterende plate. Den maskinen satt i åtte måneder før vi fant nok volum til å rettferdiggjøre å kjøre den.

Krysspunktet avhenger av arbeidsfrekvensen din og ditt årlige volum. Jeg har sett programmer snu fra valg-og-til to-bilder og tilbake igjen når kunden reviderte prognosen.

Når grepet skreller

En TPE-peeling-av er den vanligste feilmodusen. Det myke materialet slipper underlaget. Noen ganger skjer det gradvis i kantene. Noen ganger glir hele grepet av i ett stykke.

Årsaker:

Fuktighet i underlaget. Nylon er hygroskopisk. Det trekker vann ut av luften. Hvis du ikke tørker det før støping, dannes det damp ved grensesnittet under det andre skuddet. Den dampen forhindrer molekylær binding. Jeg har sett hele løp bli skrotet fordi noen la en Gaylord av nylon åpen i helgen.

Forurensning. Eventuelle olje-, støv- eller muggrester på underlagets overflate dreper bindingen. Vi hadde en verktøytekniker som likte å treffe kjernene med silikonspray. Gjorde delene lettere å løse ut. Fikk også overformen til å flasse av. Tok oss to uker å finne ut hva som skjedde.

Feil temperatur. TPE har et optimalt vindu for liming. For kaldt og det flyter ikke inn i underlagets overflate. For varmt og du begynner å forringe materialet. Hver materialkombinasjon har en annen sweet spot. Databladet gir deg et utgangspunkt. Du ringer den inn derfra.

Inkompatible materialer. Se ovenfor. Dette er vanligvis et designproblem som dukker opp sent.

Testingen

Vi trekker deler av linjen og tester dem. Avrivningstest i henhold til ASTM D6862. Du klemmer underlaget, tar tak i TPE med en armatur, drar i 90 grader, måler kraften for å skille dem.

Over 15 pund per tomme er bra. Under 10 er et problem. Mellom 10 og 15 er der du krangler med kunden din om hvorvidt spesifikasjonen er realistisk.

Det finnes to feilmoduser. Limfeil betyr at TPE trekker rent av underlaget. Båndet slapp. Sammenhengende svikt betyr at TPE-en rives før den skilles. Båndet holdt, men materialet gjorde det ikke. Sammenhengende fiasko er faktisk det du ønsker. Det betyr at skjøten er sterkere enn selve materialet.

Jeg har fått kunder til å insistere på 20 lbf/in når selve TPE tester først ved 18. Du kan ikke binde sterkere enn materialet. Fysikken bryr seg ikke om utskriftsspesifikasjonen.

Verktøydesigndetaljer

Verktøyet må tette mot underlaget for å forhindre flammer. Overmold flash er spesielt irriterende fordi TPE er gummiaktig og vanskelig å trimme rent. Tetningsflatene på verktøyet slites over tid. Det som blir rent ved 10 000 bilder kan blinke ved 100 000.

Portplassering er viktig. TPE må flyte over underlagets overflate uten å fange luft. Innestengt luft betyr tomrom i grensesnittet. Tomrom betyr svake punkter. Vi hadde en del med et stort flatt overmuggområde. Porten var i den ene enden. Materialet strømmet på tvers og presset luft mot det fjerne hjørnet. Ingen ventil der. Bond mislyktes på det hjørnet på alle deler. Lagt til en ventilasjonsstift, problemet løst.

Formtemperaturen påvirker syklustiden og bindingsstyrken på motsatte måter. Varmere mugg gir bedre binding, men lengre kjøling. Du finner balansen som oppfyller kvalitetsspesifikasjonene dine uten å drepe kostnadene dine.

Tekstur på underlaget hjelper. En polert overflate gir TPE mindre å ta tak i. Lett tekstur, kanskje SPI C-2 eller C-3, gir mekanisk sammenlåsing på toppen av den kjemiske bindingen. Vi kjører teksturerte underlagsoverflater som standard praksis nå.

Reelle tall

Verktøykostnaden for et enkelt oppsett-og-sted koster kanskje $15 000 til $25 000 per hulrom for substratverktøyet, tilsvarende for overstøpeverktøyet. To-verktøy for den samme delen kan nå $80 000 til $120 000 avhengig av kompleksiteten.

Syklustiden for valg-og-sted er uansett hva begge verktøyene kjører pluss overføringstiden. Figur 30 sekunder for underlaget, 25 sekunder for overformen, 10 sekunder for operatøren å laste og losse. Kall det 65 sekunder gulv til gulv hvis alt går på skinner.

To-skudd eliminerer overføringen, men verktøyet sykler begge skuddene samtidig. Du ender vanligvis opp rundt 35 til 45 sekunder. Flere deler per time, men høyere kapitalkostnad.

Materialkostnadene varierer veldig. Råvare PP kjører en dollar noe per pund. Spesial-TPE formulert for nylonbinding kan koste seks eller åtte dollar. Overmoldlaget er vanligvis tynt, så det dominerer ikke delkostnadene, men det legger seg på høyvolumsprogrammer.

Hvor vi bruker det

Elektroverktøy er den største volumapplikasjonen jeg ser. Hver drill, slagdriver og saghåndtak har TPE overstøpte grep. Det myke materialet absorberer vibrasjoner, forbedrer grepet når hendene dine er svette eller oljete, og føles bare bedre enn bar plast.

Medisinsk utstyr bruker overstøping for ergonomi og for tetting. Kirurgiske instrumenter trenger -sklisikre grep. Væskehåndteringsutstyr trenger pakninger og tetninger støpt på plass. Overformen skaper en overflate som kan steriliseres uten å fange bakterier i monteringsskjøter.

Bilinteriør er enormt. Rattinnsatser, girknapper, dørhåndtak, knapper og brytere. Alt sjåføren berører har myk-berøring i disse dager.

Forbrukerelektronikk bruker den til etuier og deksler. Telefondekselet med den myke støtfangeren rundt kanten er overstøpt. De myke putene på bunnen av den bærbare datamaskinen er overstøpt.

Hva går galt

Foruten bindingssvikt, er det andre måter å rote dette til.

Blink ved skillelinjen eller rundt-avstengningsfunksjoner. TPE-en klemmes ut der verktøyet ikke tetter perfekt. Du kan trimme den, men det gir mer arbeid, og trimmerket ser aldri så rent ut som en riktig støpt kant.

Korte bilder der TPE ikke fylles helt. Vanligvis et port- eller ventilasjonsproblem. Eller du prøver å presse materiale for langt i en tynn del.

Vridning av underlaget under det andre skuddet. TPE-en kommer inn varm. Hvis underlagsveggen er tynn, kan den forvrenges. Da passer den ikke i monteringen.

Synkemerker der TPE-seksjonen er for tykk. Det samme problemet som enkelt-støping. Hold veggtykkelsen jevn.

Delaminering over tid. Dette er forskjellig fra umiddelbar bindingssvikt. Delene består testing, tas i bruk, og begynner deretter å mislykkes måneder senere. Vanligvis forårsaket av miljøeksponering, kjemisk angrep eller syklisk stress som til slutt bryter ned grensesnittet. Vi hadde et utendørs verktøyprogram der UV-eksponering degraderte TPE-overflaten og til slutt forårsaket separasjon. Tok atten måneder i felten å se den.

Får det til å fungere

Materialvalg kommer først. Få underlaget og TPE matchet foran. Kjør skrelletester på prøveplaketter før du kutter stål. Ta med materialleverandøren din tidlig inn i samtalen. De har kompatibilitetstabeller og kan anbefale spesifikke karakterer.

Design underlaget for overstøping fra starten. Tekstur limeflatene. Legg til mekaniske låser der TPE kan vikle seg rundt funksjoner eller flyte gjennom hull. Gi deg selv mer vedheft enn du tror du trenger fordi produksjonsprosessen aldri vil bli så ren som prototypen.

Kontroller substratbeholdningen din. Hold det tørt. Hold det rent. Hvis du kjører nylon, går det materialet fra tørketrommelen til pressen og ingen andre steder. Vi bygde et dedikert oppstillingsområde ved siden av to-maskinen vår, slik at ingen kunne forurense underlag mens de ventet på å lastes.

Validere prosessen med produksjonsverktøy, produksjonsmaterialer, produksjonsoperatører. Prototypedelene laget av din beste tekniker på en lørdag, forteller deg ikke hva som kommer til å skje på en tirsdag ettermiddag når B-skiftet kjører.

Prøv deretter. Måle. Justere. Prøv igjen. Overstøping er mindre tilgivende enn enkelt-arbeid. Men når du får det riktig, ender du opp med deler som ville være umulig å lage på noen annen måte.

Den kunden med de skrelle skrutrekkerhåndtakene? Vi byttet ham til en annen TPE-kvalitet, la til tekstur til substratkjernene, økte smeltetemperaturen med 15 grader. Deler har vært i drift i ni år nå uten en eneste retur.