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作者:邱瑞隆、鄭智銘(2001-08-20);推薦:徐業良(2001-08-21)

矽膠模具與玻璃纖維原型製作

矽膠模具與玻璃纖維是工業界製作原型甚至成品時經常使用的材料。矽膠模膠狀的特性可翻製相當細緻的產品原型,而玻璃纖維吸附保麗膠後有相當的強度與硬度,實際的應用上僅需注意以適當比例的主劑與硬化劑混和便可,不需要相當專業的技術與器具便可製作,十分適合作為建立產品原型外觀、尺寸甚至最終成品所使用的材料。本文介紹如何以矽膠製作產品模具,並以保麗膠、玻璃纖維翻製產品原型的方法與實際操作上的注意事項,文中分別對實心原型與空心的殼狀原型的作法分別介紹。

1. 矽膠、保麗膠、與玻璃纖維簡介

矽膠與保麗膠均是兩劑式的液態膠狀物,圖1與圖2所示為保麗膠與矽膠的主劑與硬化劑,購買主劑時必須同時購買相對應的硬化劑,使用上僅需以特定比例混合均勻,等待一段時間便可自然硬化,不需降溫或加熱等處理過程,購買時需要注意其使用期限,過期可能會有硬化或顆粒物的產生而不能使用,特別注意保麗膠與矽膠均是有毒的物品,使用時需要戴上口罩與手套以免發生危險。圖3為市售的絲狀玻璃纖維,玻璃纖維類似一般衣物的絲狀纖維原料,單純的絲狀玻璃纖維無法提供強度,僅有纖維本身的韌度,必須靠保麗膠等膠狀物潤濕玻璃纖維,原理類似植物葉脈與葉片之間的關係,層疊鋪置數層,待硬化後便可支撐玻璃纖維,提供相當的硬度與強度。

1. 保麗膠與硬化劑

2. 矽膠與硬化劑

3. 玻璃纖維

當我們試圖翻製原有的物品外型時,便可利用矽膠作為外模,接者以保麗膠填入翻製實心的物品原型或是以玻璃纖維與保麗膠製成空心的殼狀原型,因矽膠與保麗膠液態膠狀的特性,可以製作出與原來物品相似,相當細緻的翻製原型。

2. 矽膠外模製作程序

步驟1:依所欲翻製物品選取適當容器

我們在挑選作為注入矽膠淹沒所需的容器時,要注意容器的大小必須能使欲翻製物品完全淹沒,容器外型以規則形狀如長方體等較為適當,因矽膠硬化後仍是具有彈性的軟性物質,選擇容器時最好預留一定的空間,使矽膠外模有一定的厚度,比較不會造成外模的變形。圖4為日常生活中常見欲翻製小型物品可使用的簡單容器。

4. 日常中常見的容器

步驟2:調配矽膠

經過實際的測試,我們選擇矽膠主劑與硬化劑的調配比例為37:1,依據此比例所調製的矽膠,彈性與硬度為最恰當。

步驟3:將欲翻製物品置入容器

矽膠注入容器之前需將欲翻製物品與容器塗上一層離型劑,或是以油漆代替,防止脫模時物品與矽膠模黏附。

步驟4:注入矽膠

當矽膠與硬化劑調配好時注入挑選好的容器,淹沒所要的物品即可,此時要注意空心的原鑄物或密度較矽膠小的物品,容易產生上浮的現象,造成矽膠模的變形,必須以外力方式固定密度小或空心的易上浮物品。

步驟5:排出氣泡

矽膠調配攪拌與灌注的過程中均容易摻雜空氣在矽膠內,因矽膠為膠狀物氣泡無法很順利排出,可以以外力略微拍打或輕晃容器幫助氣泡排出,或將容器密閉以吸塵器抽氣加速氣泡上浮,工業上多以真空方式排出氣泡,維持矽膠模質地的細緻。

步驟6:取出矽膠模

依據矽膠模的大小、體積以及空氣接觸面積,硬化時間可能由數十分鐘至數小時不等,待硬化後便可將矽膠模由容器取出。

步驟7:切割矽膠模

取出欲翻製物品時,必須先考慮翻製原型為實心或是空心的殼狀原型,依其原型特性需要以不同方式取出翻製物品。

若欲翻製實心的物體僅需預留一材料灌注口,由此口將材料取出,物體過大或欲翻製殼狀空心原型時,則必須採用不規則的鋸齒狀切割方式切割矽膠模,確保切割分離後的矽膠模能以相同位置吻合對位。圖5便是切割後的矽膠模以及所欲翻製的滑鼠。

5. 切割後的矽膠模與欲翻製的滑鼠

3. 翻製實心原型—使用保麗膠

如圖6所示,翻製實心模型時僅需由澆灌口注入填灌材料即可,例如做一人頭模型時可以由非關鍵的底部與頸部預留一澆灌口,由此注入保麗膠即可。常見的注入材料為石膏、蠟、保麗膠等,在此我們以保麗膠為例示範說明。

6. 實心模澆灌示意圖

保麗膠與硬化劑的最佳比例為45:1,但此比例的最佳時間必須在2分鐘之內完成塗抹,防止其硬化,因此每次調配多次少量為原則,當保麗膠的硬化劑份量過少或混和不均勻時,保麗膠無法完全硬化,硬化劑過多硬化過程中則會產生保麗膠白化、高熱與龜裂,因此調配比例必須相當小心。

保麗膠硬化後為透明狀的固體,調配保麗膠時可以加入一些可以增加美觀的染料、粉末或亮片等,製造不同的材質效果,也可以等待完全硬化後研磨表面使其光滑,或以噴漆上色等處理。

4. 翻製空心原型—使用保麗膠與玻璃纖維

玻璃纖維類似一般衣物的細小絲狀纖維,若以赤手拿取會扎入皮膚內而不易發覺,也會因呼吸吸入肺部堆積,取用時需要戴手套與口罩防止玻璃纖維的傷害。

7為玻璃纖維空心殼製作過程,在噴過離型劑的矽膠模上以刷子刷上適量的保麗膠,鋪上玻璃纖維使其充分潤濕,待稍微硬化後以相同程序鋪上數層保麗膠與玻璃纖維,硬化後便可擁有相當的強度與硬度。接著以黏著劑或是相同的保麗膠黏合外殼,便可完成如圖8與原滑鼠相同的空心的滑鼠外殼。

7. 玻璃纖維空心殼製作過程

8. 空心滑鼠外殼