矽膠翻模與灌注~2.模具設計與實作

對於所有的鑄造工法來說,決定灌注成果好壞的最關鍵永遠都是模具的設計,糟糕的模具設計注定了結果的失敗,但是因為矽膠剛好是有彈性的軟料,所以相對於其他鑄造工法的模具設計來說,原本是需要高度專業與學習的課題, 在矽膠模具之上可以說隨便亂來都一樣能成功。

雖然矽膠模具的設計已經算是最簡單輕鬆的,那也不代表什麼都不用學習也可以輕鬆搞定, 所以還是花點時間來好好研究一下吧。
注:想認真學習模具設計的朋友可以去研讀一些關於金屬鑄造模具設計的書籍,裡面的觀念都是共通的。

分模面(分模線)是一切的根本

一般塑膠製品側邊都會有一條細細的類似刻痕的東西,用手去摸會感到利利的甚至會割手,這就是成品與模具交接處所形成的分模線(面),物件如果是對稱的形狀就會出現在對稱軸線(面)上。
模具設計的第一課就是這個問題 ~ 「分模面要擺在那裡?」
「擺在灌注成品與模具脫離時不會卡住的地方就可以了。」
這是什麼意思?請看下圖 ~
圖中上了顏色部分是模具,中間ㄐ型是要脫離的原型,左例裡面當模具往上下脫離時會被圈起的凸出部份卡住而無法,但是若是把模具分割成右例的模樣就可以簡單分離了,這就是安排分模面的最重要原則 ~ 「可以脫模」。
注:模具分模面以及其他設計上的細節都取決於原型的形狀,所以並非無論原型是什麼形狀都一定會有適合的分模面位置以及其他適當的安排,有時就是只能放棄另尋他法。
以一般的鑄造模具設計來說會卡住而無法脫模的設計,在矽膠模這種有彈性的軟材料上也許是可以脫模的,但是如果可以的話最好不要太過依賴矽膠的彈性來躲過一切卡住的麻煩,畢竟是否可以脫出還牽扯到矽膠硬度的問題,而且硬拔的場合因為拉扯矽膠而縮短該處的壽命最終產生斷裂,所以靠高明的模具設計來解決才是最上策,用硬拔脫出的方式是不得已才用的下策。

「一分為二」與「一半再一半」

矽膠翻模的模具翻製過程常用的手法有兩種,一種是先把把原型 懸空吊著,然後在圍牆內倒入矽膠待硬化後拆除圍牆再用刀片將模具一分為二(但不一定是2 pieces),另一種是用黏土在原型周邊做底清楚界定出分模面位置,然後倒膠翻製這一半邊,硬化後去除黏土再翻製另一半邊。
注:矽膠模具在設計上會分割成幾個部分決定於原型實際的形狀,只是以矽膠翻模來說多數是分成兩部分就可以搞定的,但是並不是絕對的。

「一分為二」法 ~

如同影片中一樣先灌入矽膠把一切都埋住,再切開矽膠取出原型,而切開矽膠所形成的面就是分模面,這種做法適用於分模面所在位置不需要很精準定位的場合,因為半透明矽膠切開時很難準確看清楚刀片最終與原型接觸的位置,所以最終的分模面都只是大概的位置而已。(影片中其實只有切開到足以取出原型的程度而已,但是可以的話完全切成兩半比較好)

注 1:為了看清楚刀片切入位置,通常都是使用半透明的矽膠,RTV型矽膠最多只有這種的,若是HTV型矽膠的話倒是有完全透明的,但是使用上顧慮比較多不適合業餘玩家。

柱 2:這種做法在切開矽膠時會刻意切成波浪形好方便之後模具組合時的定位避免位置錯開。

「一半再一半」法 ~

也俗稱「堆油土法」,特色是會使用「油土」或「黏土」堆在原型的一側再倒入矽膠,然後移除油土再作另一側,換句話說是先翻製一半再翻製另一半的兩步驟法。

這種做法適合分模面在原型上的位置必須安排的很準確的場合,油土與原型接觸的交界處就是分模面,可以在堆油土時仔細安排。

注 1:這種做法雖然可以使用不透明的矽膠,但是購買矽膠時不可能預知日後翻模會用哪一種做法,所以翻模用矽膠應該選擇透明或至少半透明的最佳。

注 2:油土是一種油性呈大便顏色不會乾掉的塑形用黏土,溫度高時會變軟,一般美術用品社都有,如果要用其他黏土替代的話請注意有些黏土硬到會讓你手指抽筋的軟硬問題。

注 3:不論用什麼材料圍成牆壁都要注意矽膠與樹酯有能力流入任何微小的縫隙,圍牆一定要確實封緊萬一發生洩漏會很難補救。

注 4:通常採用這種做法會在最初的油土上壓入凹痕或塞入柱扮演模具的定位銷。
如果到了這裡你對於用矽膠為材料在原型上翻製出模具的整體過程還是感到很模糊,可以看看這個國外矽膠廠商的頻道,其中不論是翻模或灌注的手法都是專業水準明顯高於業餘玩家的良好學習範例 ~https://www.youtube.com/user/SmoothOnInc/videos

流道的設計

灌注原料流入模具或空氣排出模具的通道稱之為「流道」,是模具設計除了「脫模」之外的另一大重點,同時也是業餘玩家最忽略的地方,千萬不要以為用原型翻出矽膠模具就算是成功了。

首先要了解的基本觀念就是液體要順利進入一個空間的前提是空間內部的空氣必須能夠排出來,這是任何一個曾經將裝滿水的寶特瓶開口向下倒的人都體驗過的,這個過程說穿了就是「液體取代了空間內部的空氣」,或者說是「用液體把空間內的空氣排擠出去」,所以最初的模具設計時就要將內部構造設計成能夠順利讓液體流入內部空間以及能夠順利讓空氣排出的結構。
注:專業場合是在一個已經抽真空的箱體內將灌注原料倒入模具,所以不用管排出空氣的問題,但是這對於業餘玩家來說是辦不到的。

澆道的設計原則 ~

1.原料進入模具內時應該盡量以緩和的方式流入模具內部,避開以高速或衝擊的狀態進入,因為液體與空氣互相衝擊會讓空氣變成氣泡的形式存在於液體中(攪拌液體就是),而氣泡就是一切鑄造工法的天敵。

2.原料永遠從空間最底處進入,如果不是如此的話就會形成前述的向下潑灑或噴濺的問題。理想的情況是讓灌注原料像船難一樣從空間最底部慢慢向上淹,同時將空氣排擠出來。

排氣道的設計原則 ~

1.排氣道永遠設置於空間最高處,因為氣泡只會能依靠自身浮力垂直向上移動,所以所有氣泡最終都會移動到最高處。

2.如果會產生封閉的空間就一定要設置排氣道,排氣道可以匯合起來或各自獨立。

3.有必要的話將水平形狀的原型擺成斜的再翻模,或者是灌注時將模具頃斜以製造斜度幫助排出氣泡。
上圖中的A例是最糟糕的例子,因為注料從最高處落下衝擊底部容易產生氣泡,同時灌注原料進入與空氣排氣是共用一個通道,所以容易讓兩者對沖又拌入空氣,雖然很多業餘玩家的模具都是設計成如此也仍然可以得出ok的成果,但是還是應當避免。

B例中雖然將入料與排氣的通道分開了,但是兩者都位於高度相同的地方,所以無法保證氣泡一定會升到天花板後往排氣道方向移動而順利排出,只能算是勉強及格的流道設計。

C例中藉由將原型頃斜製造出最低與最高處來設置通道,不論氣泡出現在何處都可以移動到排氣道排出,是100分的流道設計。
注:很多時候即使模具與流道的設計稱不上高明,灌注出來的成品也沒什麼問題,這其中牽扯到很多因素例如注料的黏度、氣泡自行破裂的難易度、灌注時一次倒入的份量等等,即使如此還是應當把模具設計成盡量能夠灌注出最高水準的成品才對。
在模具上做出流道的主要方式有兩種,一是用一些長條狀材料依照事前的設計黏在原型上然後一起翻製出來,另一種是不管流道部分先翻製模具出來,切開模具後再在表面上切割出溝槽作為流道。
事實上對於模具的設計來說,尚存在著許多專業程度更高一成的內容可以研究,但是由於此文是針對一般業餘玩家的教學文,所以請有興趣想要瞭解更深入的知識的朋友自己去尋求專業書籍來研究。

下一篇就是灌注的實作部分了。
By 紅月設計團

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