سیلیکون ( silicone ) در تولید قالب

[bigbang]

از زمان های دور مردم آگاهی داشتندکه خاک رس ( clay ) را می توان برای ساخت نقوش ساده مانند برگ و سکه استفاده نمود. در حقیقت با بدست آمدن یک جسم منفی یا قالب منفی و با استفاده از ماده ای مانند گچ، ریخته گری...

از زمان های دور مردم آگاهی داشتند که خاک رس ( clay ) را می توان برای ساخت نقوش ساده مانند برگ و سکه استفاده نمود. در حقیقت با بدست آمدن یک جسم منفی یا قالب منفی و با استفاده از ماده ای مانند گچ، ریخته گری انجام می شود. و می توان با تولید قالب گچی از روی شکل اصلی کپی تهیه کرد. امروزه خاک رس هنوز برای ساخت قالب استفاده می شود مخصوصاً برای بازسازی قطعات تاریخی مانند مجسمه ها. علت استفاده از خاک رس تنها قیمت ارزان این ماده نیست بلکه به خاطر این مسئله است که خاک رس با آب شسته می شود. و ازاین رو اثری بر روی قطعه ی اصلی نمی گذارد. قالب های گلی با ایجاد یک لایه ی گلی به ضخامت چند سانتیمتر بر روی نمونه ی اصلی بدست می آید که درصد رطوبت گل آن زیاد نبوده و همچنین از پودر تالک برای ایجاد جدایش و عدم اتصال گلی به نمونه ی اصلی استفاده می شو. قالب گچی تهیه شده در بخشی گچی قرار می گیرد. این بخش گچی مانند یک بخش پوسته ای صلب عمل کرده که به آن کانتر مولد (contermold) می گویند. یک سیم فلزی نرم را می توان بر روی قطعه ی اصلی و پیش از اعمال گل قرار داده تا عمل جداسازی قالب ها از نمونه ی اصلی آسان تر انجام شود. این سیم قالب گلی را به چند بخش کوچکتر تقسیم می کند. این قطعات گلی در صورت نیاز تکثیر می شوند و پس ازاتصال دوباره ی بخش های جداشده به هم و پخت آنها می توان از گچ برای تهیه ی قالب برای تولید نمونه های گچی از قالب گلی استفاده کرد. یکی از سوالاتی که ممکن است بوجود آمده باشد این است که چرا از نمونه ی اصلی کپی برداری می شود؟ در پاسخ این سوال باید گفت که قطعات کپی معمولاً برای نمایش در موزه استفاده می شود تا از سرقت نمونه ی اصلی جلوگیری شود.
تکنیک بالا دارای کاستی هایی نیز هست. مثلاً به خاطر اینکه گل مورد استفاده در قالب گیری دارای رطوبت زیادی نیست، جزئیات نمونه ی اصلی به طور واضح ایجاد نمی شوند. همچنین محل جفت شدن قطعات قالب موجب پدید آمدن عیوب در نمونه ی قالب گیری شده می شود. امکان ترمیم قالب پس از شکل دهی و تغییر شکل های بوجود آمده در قالب که به خاطر طبیعت گل اتفاق می افتد باعث پدید آمدن اعوجاج در قالب تهیه شده می شود. این اعوجاج ها سبب می شود که چنین قالبی تنها برای ساخت یک نمونه ی کپی مناسب باشد.
بهبود عمده ای که در زمینه ی قالب سازی پدید آمده است، استفاده از کشپارها (elastomers) به عنوان مواد قالب سازی است. این کشپارها (الاستومرها) به صورت ترکیباتی مایع تهیه شده و معمولاً از دو ماده تشکیل می شوند. به خاطر مایع بودن این مواد، قالب گیری آنها آسانتر می باشد. پس از سخت شدن الاستومر، ماده ای با قابلیت انعطاف پذیری تولید می شود. این ماده به آسانی کشیده می شود و از این رو به راحتی از نمونه ی اصلی جدا می شود. به هر حال به دلیل طبیعت کشسان، مواد قالب گیری الاستومری پس از کشیده شدن به اندازه ی اولیه برگشته و شکل اولیه ی خود را حفظ می کنند. این شکل بدست آمده دارای تورفتگی های منفی است که تمام جزئیات سطح نمونه ی اصلی را نشان می دهند.
اولین منبع مورد استفاده از قالب های سیلیکونی (silicone) به دهه ی 50 برمی گردد. در این منبع با استفاده از یک قالب سیلیکونی کامپوزیتی از میکا یا کاغذ به همراه یک بایندر تهیه شده بود. که این کامپوزیت در اطراف یک پیچه ی الکتریکی جای می گرفت. اگر بخواهیم درست نگاه کنیم اولین کاربرد سیلیکون در مسائل قالب گیری مربوط به قالب های دندانی (dental molds) می شود. در این نوع قالب ها کلیه ی جزئیات مدنظر طراح بدست می آید. محصولات تجاری تولیدی در این زمینه از سال 1955 به بازار عرضه گشته و پس از آن ترکیبات با گیرش سریع (fast-curing) نیز به بازار آمد.
در مقایسه با قالب گیری فلزی، قالب های کشپاری نیازمند ابزارآلات بسیار کمی هستند. در واقع در روز قالب سازی از فلز این نیاز وجود دارد که همه ی جزئیات به صورت منفی بر روی قالب حکاکی گردد. که این مسئله نیازمند وسایل فلزکاری زیادی است. به عنوان یک نتیجه باید گفت که قالب های فلزی در هنگامی مناسبند که بخواهیم تعداد زیادی نمونه تکثیر کنیم. قالب های الاستومری نیز برای تکثیر تعداد کم نمونه مناسب است.
روش تولید

محصولات الاستومری مختلفی برای تهیه ی قالب موجود می باشند. ویژگی کلیدی و عمومی این محصولات این است که آنها در ابتدا ترکیباتی مایع هستند و می توان به آسانی آنها را در اطراف نمونه ی اصلی قرار داد و پس از کامل شدن شکل گیری با استفاده از فرآیند سخت کردن، الاستومر جامد را تشکیل داد. فرآیند سخت کردن مواد الاستومری به نوع ماده (ترموست یا ترموپلاست) بستگی دارد. مثلاً مواد الاستومری ترموپلاست بوسیله ی سردکردن، امولسیون های لاتکس بوسیله ی تبخیر آب و سیستم های دارای دو جزء شیمیایی فعال بوسیله ی واکشن شیمیایی سخت می شوند.

ساده ترین نوع قالب، قالب یک تکه (one-piece block mold) است. (شکل 1) فرآیند تولید این قالب شامل مراحل زیر است:
1) قطعه ی اصلی یا مدل تهیه شده در داخل یک ظرف یا کانتر مولد ثابت می شود. (نمونه و کانترمولد باید به طور کامل تمیز شده باشد).
2) ترکیب مایع الاستومر به داخل فضای خالی بین کانتر مولد و نمونه ریخته می شود (ترکیب مایع الاستومر قبلاً بوسیله ی فرآیند مخلوط کردن یا ذوب کردن تهیه می شود).
3) پس از سخت شدن و جدایش بخش های کانتر مولد و نمونه از بخش الاستومری، قالب پدید می آید. سطح این قالب تمام جزئیات نمونه اصلی را به صورت منفی دارد.
قالب یک تکه ی تولیدی در این فرآیند را می توان برای ریخته گری گچ، پلی استرو یا هر ماده ی مناسب دیگر استفاده کرد و نمونه های مثبت را از نمونه ی اصلی تهیه کرد. (شکل2)

برای قطعات پیچیده تر از قالب های چند تکه استفاده می شود. یک نمونه ی سه بُعدی (مانند مجسمه) بوسیله ی یک قالب دو یا چند تکه تولید می شود. (در واقع برای ایجاد سطوح پشت و جلو قالب های یک تکه مناسب نیستند). برخلاف آن، برای تکثیر قطعات بزرگ که به صورت صفحه ای (مانند یک در کلیسا) می توان از قالب های پوسته ای (skin mold) استفاده کرد. در این روش جسم اصلی بوسیله ی تنها یک لایه ی نازک از مواد قالب گیری تیکسوتروپ (making materials thixotropic mold) کپی برداری می شود. این روش به خاطر این ابداع شده است تا میزان ماده ی قالب گیری مصرفی کاهش یابد و قیمت تمام شده ی تولید آنها کاهش یابد. ویژگی تیکسوتروپی این مواد بوسیله ی اضافه نمودن موادی مانند گلیکول یا پلی اتر سیلیکون بوجود می آید.
مکانیزم عمل این مواد بدین صورت است که با افزوده شدن آنها میانکنشی بین آنها و ذرات پرکننده ایجاد می شود. و پیوند هیدروژنی بوجود آمده دراین محیط باعث پدید آمدن موادی با قابلیت عدم سیالیت می شود. چنین قالب هایی کلیدی جزئیات سطح اصلی را ایجاد می کنند. اما دقت آنها در حد قالب های یک تکه نیست. پس از آنکه مواد قالب گیری دراین روش سخت شدند، یک کانتر مولد از جنس پلی استر تقویت شده با الیاف شیشه بر روی پوسته ی قالب ایجاد می گردد.
بنابراین قالب های پیچیده از تعداد زیادی قطعه تشکیل می شود. در این قطعات ماده ای الاستومری کمتری مصرف می گردد ولی زمان آماده سازی قالب و نمونه اصلی زیادتر است. (شکل3)

الاستومرهای قالب گیری

مواد الاستومری متنوعی در ساخت قالب استفاده می شوند. این مواد عبارتند از:
1) ترموپلاست ها مانند پی وی سی نرم. این مواد ارزان قیمت اند ولی باید نمونه ی اصلی نسبت به دما حساس نباشد و توانایی تحمل دما را تا نقطه ی ذوب این ترموپلاست ها داشته باشد.
2) امولسیون های برپایه ی لاتکس (Latex-based emulsions)
3) الاستومرهای سیلیکونی دو بخشی(two-part silicone emastomers )