Prototipado rápido de silicona: procesos, aplicaciones y ventajas | LS Manufacturing

Tabla de referencia rápida para la tecnología de prototipado rápido de silicona

¿Por qué confiar en esta guía? Experiencia práctica de los expertos en fabricación de LS

En conjunto, el equipo de LS Manufacturing cuenta con quince años de experiencia técnica intersectorial en prototipado rápido de silicona. Esto nos ha permitido comprender a fondo las propiedades reológicas y los principios de moldeo del caucho de silicona líquida. Nuestro sistema de procesos se ajusta continuamente al estándar de tecnología de unión de elastómeros de TWI Global y se integra con las soluciones de fabricación aditiva de 3D Systems .

Al integrar el mecanizado de 5 ejes con la tecnología de inyección de silicona líquida de forma innovadora, desarrollamos un sistema integral que abarca desde la selección del material hasta el control de la temperatura del molde para optimizar el curado y resolver problemas que han afectado a la industria, como las burbujas residuales y la contracción dimensional. Basándonos en datos empíricos de más de 300 proyectos de prototipado rápido de silicona , establecimos una solución integral desde el diseño hasta la producción en masa.

Todas las técnicas detalladas en esta guía han sido sometidas a una rigurosa validación de producción en masa en industrias de alto impacto, como dispositivos médicos , sistemas automotrices y electrónica de consumo . Esta trayectoria comprobada permite a los lectores dominar sistemáticamente los nodos técnicos críticos, mitigar eficazmente los riesgos comunes del proceso y lograr una transición ágil y eficiente del prototipado funcional a la producción en masa exitosa.

Figura 1: Interacción en tiempo real con el prototipo de silicona durante el moldeo por LS Manufacturing

¿Qué es el prototipado rápido de silicona?

Revolución de la velocidad: de semanas a días

Los moldes de metal tradicionales implican diseño, mecanizado y tratamiento térmico y requieren en total entre 3 y 5 semanas .Sin embargo, utilizando prototipos rápidos de silicona, basados ​​en moldes blandos realizados mediante mecanizado CNC o impresión 3D , todo el proceso desde el dibujo hasta el producto terminado dura entre 3 y 5 días y aumenta enormemente la velocidad del ciclo de validación del producto.

Optimización de costos: solo entre el 10% y el 20% de la fabricación de moldes tradicionales

Adaptabilidad flexible: admite la optimización del diseño en tiempo real

Realización de funciones: Valor del prototipo más allá de la apariencia

Las piezas rápidas de silicona alcanzan una equivalencia funcional completa con los componentes de producción, ofreciendo una dureza Shore seleccionable (10-80 A) , un rendimiento fiable en un rango de temperatura de -40 °C a 250 °C y una certificación completa de biocompatibilidad. Estas características también permiten su aplicación directa en todas las pruebas de validación importantes, como las comprobaciones de integridad del sellado y la verificación de la resistencia a la fatiga, entre otras evaluaciones de rendimiento en condiciones reales de funcionamiento.

El prototipado rápido de silicona no solo supone una mejora en la tecnología de prototipado, sino también una lógica revolucionaria para el desarrollo de productos. Convierte el ciclo de diseño, verificación y optimización en la ruta más corta, con bajo coste y ultraeficiencia, lo que proporciona un apoyo esencial para la innovación en las industrias médica, automotriz y electrónica .

¿Cuáles son los pasos básicos en los procesos de prototipado rápido de silicona?

Los pasos básicos del prototipado rápido de silicona se centran en tres objetivos principales: precisión, eficiencia y repetibilidad. La estandarización de este proceso integra la ciencia de los materiales con la tecnología de fabricación de precisión. Los procesos de moldeo de silicona , representados por el moldeo de caucho de silicona líquida , garantizan la funcionalidad y la consistencia de los prototipos mediante los siguientes cuatro pasos:

Diseño de modelos 3D y análisis DFM:

Antes de fabricar el molde de silicona , nuestros ingenieros realizarán análisis de capacidad de fabricación basados ​​en los requisitos funcionales del producto y optimizarán la uniformidad en el espesor de la pared, los ángulos de inclinación y el diseño de la superficie de separación.También se utiliza software de simulación para predecir trayectorias de flujo y áreas potenciales de burbujas para evitar defectos desde el principio, garantizando así la viabilidad del moldeo del diseño propuesto.

Fabricación rápida de moldes blandos:

Inyección de caucho de silicona líquida y desgasificación al vacío:

Inspección de calidad de posprocesamiento e inspección completa:

Desde el control de precisión en la fabricación de moldes de silicona hasta la optimización de parámetros en el moldeo de caucho de silicona líquida, cada paso afecta directamente las propiedades mecánicas y la estabilidad dimensional del prototipo. Este sistema se ha utilizado con éxito en campos de alta tecnología , como anillos de sellado para dispositivos de intervención cardíaca y componentes de sellado para baterías de vehículos de nueva energía, actuando como un puente clave que conecta el diseño con la producción en masa.

¿Por qué el caucho de silicona líquida (LSR) es un material ideal para la creación rápida de prototipos?

El caucho de silicona líquida (LSR) es uno de los materiales más importantes para prototipos funcionales fabricados mediante tecnología de prototipado rápido debido a sus excelentes propiedades. Especialmente para el prototipado de silicona médica , las ventajas de rendimiento del LSR son la biocompatibilidad , la capacidad de moldeo de precisión y la estabilidad; por lo tanto, cumple con los requisitos de seguridad, precisión y fiabilidad que requieren los dispositivos médicos.

La tecnología de creación de prototipos de caucho de silicona líquida desde "forma similar" a "funcionalmente equivalente" a través de ventajas de rendimiento integrales. La combinación de materiales avanzados con prototipos rápidos acorta significativamente el ciclo de desarrollo desde el concepto hasta la validación clínica, ofreciendo a las industrias con altas demandas de cumplimiento un camino innovador que combina eficiencia con confiabilidad.

Figura 2: Carcasa diseñada a medida y fabricada mediante moldeo de caucho de silicona líquida por LS Manufacturing

¿Para qué industrias y en qué escenarios de aplicación es especialmente adecuado el prototipado rápido de siliconas?

La tecnología de prototipado rápido de silicona , caracterizada por la seguridad del material, la flexibilidad de diseño y la fiabilidad funcional, ya ha sido una herramienta importante para el desarrollo rápido de productos en numerosas industrias exigentes. Cuando se requieren prototipos de silicona médica y pruebas funcionales , este tipo de tecnología se vuelve particularmente indispensable; se pueden producir muestras directamente con el rendimiento del producto final, acortando así considerablemente el ciclo de I+D.

En comparación con otras soluciones de prototipado , el prototipado rápido de silicona cumple plenamente con la biocompatibilidad requerida para dispositivos médicos, incluida la certificación ISO 10993. En el sector de la automoción y la electrónica de consumo, verifica el sellado en condiciones de -40 °C a 200 °C , replicando estructuras de paredes delgadas de 0,1 mm con gran precisión.

¿Cuáles son las principales razones para elegir LS Manufacturing para la creación de prototipos de silicona?

1. Asistencia técnica experta durante todo el proceso: Las intervenciones específicas de nuestro equipo de ingeniería comienzan en la etapa de diseño, con asesoramiento sobre el análisis de fabricabilidad DFM y la selección de materiales . En el caso del componente de sellado del oclusor cardíaco, por ejemplo, la optimización del diseño realizada por el equipo redujo la tasa de defectos por burbujas del 15 % al 0,3 % . Por lo tanto, el prototipo superó la prueba de dinámica de fluidos a la primera.
2. Control de calidad de ciclo completo: Hemos establecido 21 puntos de control de calidad, desde el almacenamiento de la materia prima hasta el envío del producto terminado. Todos los prototipos de silicona médica superan la prueba de biocompatibilidad ISO10993 . La máquina de medición por coordenadas se utiliza para la inspección completa de las dimensiones críticas, garantizando que las tolerancias dimensionales de componentes como los anillos de sellado se mantengan siempre dentro de ±0,05 mm .
3. Integración fluida en la producción en masa: Gracias a la transferencia estandarizada de parámetros del proceso, los prototipos pueden utilizarse directamente en la producción en masa. Por ejemplo, el proyecto de mascarillas respiratorias tardó tan solo 10 días desde la verificación del prototipo hasta la producción en masa de decenas de miles. Esto evitó eficazmente costos de desarrollo secundarios de más de 200.000 RMB y puso de relieve la eficiencia y la rentabilidad de nuestra capacidad de transición a la producción fluida.

Hasta la fecha, hemos ayudado a 37 empresas de dispositivos médicos a obtener la certificación de la FDA. Cabe destacar que nuestro prototipo de catéter para dispositivos neurointervencionistas redujo el ciclo de pruebas clínicas en seis meses . Este innovador enfoque de "prototipo como producto" está cambiando radicalmente la eficiencia del desarrollo de componentes de silicona y estableciendo nuevos estándares para la industria en la comercialización rápida y fiable de dispositivos médicos.

¿Qué desafíos específicos de los componentes de silicona ayuda LS Manufacturing al cliente a superar?

Análisis detallado del problema del cliente

Una empresa emergente de dispositivos médicos especializada en tecnología endoscópica necesitaba urgentemente un prototipo de un anillo de sellado en miniatura para pruebas en animales. Sin embargo, la solución tradicional con moldes metálicos ofrecía un plazo de entrega de tan solo cuatro semanas , tras el cual cualquier modificación del diseño supondría un coste adicional de más de 20.000 dólares (una carga para el ya de por sí escaso presupuesto de I+D) y afectaría a los plazos de aprobación. En esta situación, se necesitaba con urgencia una solución de prototipado más ágil y rentable .

Solución de fabricación LS

Tras recibir los planos 3D, en tan solo 24 horas, el equipo realizó un análisis de fabricación, identificando y optimizando varias zonas de paredes delgadas susceptibles a la formación de burbujas de aire. Mediante el mecanizado CNC de alta precisión de moldes de aleación de aluminio , junto con silicona líquida médica , desde la fabricación del molde hasta el moldeo por inyección al vacío, el proceso se completó en 5 días laborables , entregando un prototipo de anillo de sellado funcional y totalmente transparente con una precisión dimensional de hasta ±0,01 mm .

Resultados y creación de valor

Los primeros prototipos para el cliente superaron las pruebas de sellado a presión y biocompatibilidad, y se realizaron dos rondas de iteraciones rápidas de diseño basadas en los comentarios de las pruebas; se suministraron nuevas muestras en un plazo de una semana tras cada iteración. Finalmente, el ciclo de desarrollo total del proyecto se redujo en un 65%, mientras que el coste del prototipado se redujo en un 85%. Esto sentó las bases para que el producto entrara en la fase de aprobación clínica seis meses antes de lo previsto.

Este caso demuestra la capacidad de LS Manufacturing para responder a las tareas más complejas y urgentes relacionadas con las piezas de silicona. Al integrar la tecnología de prototipado rápido con los procesos de materiales de grado médico, resolvimos la urgencia de nuestro cliente, estableciendo a la vez un modelo de desarrollo iterativo y ágil, muy valioso en este segmento de mercado.

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¿En qué medida el prototipado rápido de silicona ofrece precisión y tratamiento de superficies?

La tecnología de prototipado rápido de silicona rompe con la idea tradicional de que "rápido = tosco" y permite lograr la precisión y la calidad superficial de piezas producidas en masa mediante moldes de precisión y control de procesos. Los componentes de silicona de alta precisión , especialmente los utilizados en dispositivos médicos y aplicaciones de sellado de precisión, se han convertido en importantes soportes para la verificación funcional. Sus indicadores técnicos específicos son los siguientes:

• Control de precisión dimensional: Porque Se utilizan moldes de aleación de aluminio mecanizados por CNC de 5 ejes . La tolerancia dimensional de las piezas moldeadas se puede controlar de forma estable en ±0,1 mm , mientras que las piezas de acoplamiento clave pueden alcanzar hasta ±0,05 mm . Un error de ancho de canal ≤0,03 mm en chips microfluídicos es suficiente para cumplir con los requisitos de manipulación de muestras biológicas precisas.
• Límites de moldeo de estructuras de pared delgada: Con caucho de silicona líquida de alta fluidez, los fabricantes pueden moldear componentes con espesores de pared estables de tan solo 0,2 mm y una desviación inferior al 10 % en la uniformidad del espesor. Este material avanzado garantiza un llenado completo sin burbujas de aire en las secciones transparentes de pared delgada de un prototipo de mascarilla respiratoria neonatal, a la vez que conserva la flexibilidad y la integridad estructural necesarias para aplicaciones médicas.
• Adaptabilidad del tratamiento de múltiples superficies: la transparencia de clase óptica, como Ra menor a 0,2 μm , se puede obtener puliendo la superficie del molde con un espejo , mientras que las texturas grabadas pueden lograr acabados mate y similares al cuero, y los pasos de posprocesamiento pueden respaldar la pulverización de revestimiento antibacteriano y la serigrafía de marcas de escala.
• Verificación de Precisión de Replicación Detallada: Este proceso garantiza la alta fidelidad en la replicación de geometrías complejas, como microdientes de engranajes y chaflanes de sellos , con una precisión de reproducción de forma superior al 95 % , lo que permite replicar detalles finos como esquinas redondeadas de 0,15 mm . Garantiza la consistencia funcional desde el prototipo hasta las piezas de producción final, manteniendo la integridad estructural y de rendimiento durante todo el proceso de desarrollo.

Gracias a la colaboración entre la innovación en materiales, moldes y procesos, la tecnología moderna de prototipado rápido de silicona ha logrado dar el salto de la "similitud de forma" a la "equivalencia de rendimiento". Es este alto grado de unidad entre precisión y funcionalidad lo que ha convertido el prototipado rápido, de una herramienta auxiliar a un elemento fundamental en el desarrollo de productos, a la vez que proporciona soluciones eficientes y fiables para industrias exigentes.

¿Cómo garantiza LS Manufacturing una transición fluida del prototipo a la producción en masa?

La fluidez en la transición desde la verificación del prototipo hasta la producción en masa es crucial en el desarrollo de productos de silicona. Con los servicios de silicona a medida de LS Manufacturing , un concepto integrado de "diseño como producción" garantiza un alto grado de consistencia en los parámetros técnicos durante el proceso de prototipado y producción en masa , evitando así riesgos de calidad o costes de comunicación derivados del cambio de proveedores para los clientes.

1. Colaboración de diseño con visión de futuro de DFM: Nuestros ingenieros incorporan los estándares del proceso de producción en masa en la etapa de diseño de prototipos y evitan aquellos diseños moldeables pero difíciles de producir en masa. En el proyecto de la válvula de sellado de la bomba de infusión, por ejemplo, al optimizar la tolerancia del espesor de pared del prototipo de ±0,15 mm a ±0,1 mm , el rendimiento de producción en masa posterior alcanzó el 98,5 % .
2. Transferencia estandarizada de parámetros de proceso: Se ha establecido un sistema de comparación para los parámetros del proceso de prototipo a producción en masa, con parámetros básicos estandarizados, como la presión de inyección y la temperatura de vulcanización , que conforman el contenido de los documentos estandarizados. En el proyecto de anillo de sellado de batería para vehículos de nueva energía, mediante la aplicación de este sistema, se logró la conversión de la producción desde los parámetros del prototipo a una máquina de moldeo por inyección de 200 toneladas en tres días .
3. Integración gradual de la tecnología de moldes: La estructura consistente de la cavidad entre el molde prototipo de aleación de aluminio y el molde de acero para producción en masa garantiza la compatibilidad total del diseño del canal de alimentación y los sistemas de refrigeración. En una aplicación, un sello de válvula cardíaca artificial, esta solución redujo el ciclo tradicional de ajuste del molde (que requiere reverificación) de cuatro semanas a tres días.
4. Sistema de Calidad Integral: Los estándares y herramientas de prueba desarrollados en la fase de prototipo generaron un registro completo de calidad del ciclo de vida. Por ejemplo, se adoptó el dispositivo de prueba de hermeticidad utilizado anteriormente en el proyecto de la máscara de respiración para garantizar que la desviación de rendimiento entre el prototipo y la pieza de producción en masa se controlara en un 3% .

Mientras tanto, la empresa puede garantizar que contamos con un servicio de silicona personalizado , que garantiza un ciclo cerrado tanto del sistema tecnológico como del proceso de gestión . La capacidad de entrega de prototipos como producto reduce el tiempo de comercialización de los clientes hasta en un 40 % y garantiza la consistencia tecnológica para construir una ventaja competitiva sostenible.

Figura 5: Análisis estructural de un prototipo de silicona de grado médico diseñado por LS Manufacturing

Preguntas frecuentes

1. ¿Cuál es el plazo de entrega típico para la creación rápida de prototipos de silicona?

Normalmente, se estima que el proceso desde la confirmación del diseño hasta la entrega del primer prototipo demora entre 5 y 10 días hábiles . Para piezas sencillas, como sellos y juntas, puede tardar hasta 3 días . En proyectos que involucran moldes multicavidad o diseños complejos de canales de flujo, el tiempo debe extenderse a 10-12 días para garantizar un moldeo de calidad.

2.¿Para qué tamaño de piezas es adecuado el prototipado rápido de silicona?

Fabricamos piezas de precisión de tamaño pequeño a mediano, con un tamaño máximo de moldeo de 500 mm × 500 mm × 200 mm . Por ejemplo, carcasas para dispositivos médicos y sellos para sensores de automóviles, que se encuentran dentro de este rango, y cuya estabilidad dimensional se puede controlar con un margen de ±0,15 % .

3. ¿Es posible realizar pruebas funcionales de los prototipos entregados?

Los prototipos pueden fabricarse con caucho de silicona líquida de grado médico o industrial, que posee las mismas propiedades físicas y químicas que las piezas producidas en serie . También pueden utilizarse para pruebas de hermeticidad, envejecimiento a altas temperaturas (de -40 °C a 250 °C) y biocompatibilidad.

4. ¿Cuál es la cantidad mínima de pedido?

Sin un pedido mínimo, nuestro servicio de prototipado rápido permite crear un prototipo de una sola pieza. Al aprovechar al máximo el diseño modular del molde , se minimiza el costo unitario para facilitar una verificación eficiente incluso con anillos de sellado individuales.

5. ¿Se puede prototipar más de una dureza o color en silicona?

Disponemos de más de 50 tipos de materiales LSR , con durezas Shore de 10A a 80A . Además, ofrecemos colores personalizados en cualquier color Pantone. También podemos lograr estructuras compuestas de doble dureza , como caucho blando exterior de 30A y núcleo duro interior de 60A, y efectos de mezcla de colores transparentes o semitransparentes.

6. ¿Ofrecen servicios de soporte de diseño?

El equipo de ingeniería ofrece análisis DFM gratuitos, que incluyen la optimización del espesor de pared (recomendado entre 1,5 y 3 mm) , ángulo de desmoldeo ≥1° y sugerencias para el diseño de la línea de partición. Ayudaron a los clientes a reducir la tasa de burbujas en las estructuras de engranajes del 12 % al 0,5 % .

7. ¿Cuántas veces se pueden reutilizar los moldes de silicona para prototipado rápido?

La vida útil de un molde para una aleación de aluminio es de aproximadamente 200 a 500 usos, y para un molde de resina, de aproximadamente 50 a 80. Entre cada inyección, los moldes se limpian con plasma para mantener la consistencia entre lotes. El sistema de canal de colada se puede ajustar en cualquier momento del proceso para adaptarse a los cambios de diseño.

8. ¿Cómo empezar con el prototipado rápido de silicona?

Si dispone de planos 3D, envíelos a nuestra dirección de correo electrónico técnica en formato STEP o IGS . Le enviaremos el informe DFM y la cotización en un plazo de 2 horas . La confirmación del pedido iniciará inmediatamente el procesamiento del molde, con sincronización en tiempo real a través del sistema ERP.

Resumen

El prototipado de silicona de LS Manufacturing ya no se limita a la creación de modelos; es un acelerador en la creación y desarrollo de productos que ofrecen a los innovadores una ventaja competitiva inigualable mediante la reducción de los tiempos de ciclo, la reducción de los costos iniciales y una iteración rápida. Encontrar un socio como LS Manufacturing, con profundos conocimientos técnicos y amplia experiencia en proyectos, es clave para garantizar que su proyecto de componentes de silicona se ejecute correctamente, desde el concepto hasta la producción en masa exitosa .

Su próximo producto innovador espera el comienzo perfecto. Puede cargar sus archivos de diseño de piezas ahora o contactar a nuestro equipo de ingeniería para solicitar un análisis DFM gratuito y un presupuesto personalizado. Permita que LS Manufacturing sea su socio de confianza en la fabricación de silicona.Contáctenos hoy para iniciar su proyecto con soporte profesional y soluciones de silicona confiables de alta calidad que se adaptan perfectamente a sus necesidades.

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Descargo de responsabilidad

El contenido de esta página es meramente informativo. LS Manufacturing no ofrece ninguna garantía, expresa o implícita, sobre la exactitud, integridad o validez de la información. No se debe inferir que proveedores o fabricantes externos proporcionen parámetros de rendimiento, tolerancias geométricas, características específicas de diseño, calidad y tipo de material, ni procesos a través de la red de LS Manufacturing. El comprador es el único responsable de esta información. Para obtener presupuestos de piezas, especifique los requisitos exactos de las mismas. Contáctenos para obtener más información .

Equipo de fabricación de LS

LS Manufacturing es una empresa líder en la industria especializada en soluciones de fabricación a medida. Con más de 20 años de experiencia, atendiendo a más de 5000 clientes, nos especializamos en mecanizado CNC de alta precisión, fabricación de chapa metálica , impresión 3D , moldeo por inyección , estampación metálica y otros servicios integrales de fabricación.
Nuestra fábrica cuenta con más de 100 centros de mecanizado de cinco ejes de última generación y cuenta con la certificación ISO 9001:2015. Ofrecemos soluciones de fabricación rápidas, eficientes y de alta calidad a clientes en más de 150 países y regiones de todo el mundo. Ya sea para la producción de lotes pequeños o la personalización en masa, podemos satisfacer sus necesidades en 24 horas. Elegir LS Manufacturing significa elegir eficiencia, calidad y profesionalismo.
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