2019年9月11日 星期三

用水晶膠 (環氧樹脂) 製作模型 - 2019 更新


本篇是接續前篇 用水晶膠 (環氧樹脂) 製作模型 的狀態更新, 翻模策略沒有改變
都和前篇一樣, 攪拌, 等待一下, 注入, 等硬化取出, 不同的只有原型和模具的來源
市場上找到一些新東西, 就買來玩一下, 然後紀錄其特性
這次將測試用 3D 列印方式建模後複製, 以及用現成模具進行複製 (即上圖成品)

3D 列印可以直接成型, 但對於我等需求量有點多又不是太多的用戶來說還是有點貴
目前我找到的廠商代工做一個約 300 多元台幣, 越大的越貴, 假設以 300 元來說
做 10 個就要 3000, 但如果我只要 5~10 個, 而且精密度沒有太大要求
用矽膠翻模複製, 矽膠 + 環氧樹脂約 1000 元有找可以各買 1 公斤左右的量
一公斤可以翻一堆出來, 但就是要花時間, 得看複製量能比直接做省多少而定
由於我的計畫會需要 5~10 個零件, 就先找 3D 列印代工做出原型, 然後翻模複製

一般 3D 列印, 也就是噴嘴積層的, 列印出來表面會有一層層紋路
就算噴嘴再細也一樣, 就是紋路變細而已, 還是會有, 拿來做模具不好看
硬要改也是有方案, 看過賣家賣高黏度環氧樹脂, 塗在表面不垂流
用這種去修整 3D 列印品也可以讓表面光滑, 但就要再多一層工法
而且人工塗上就有風險, 沒法預測結果, 可能會有些地方厚有些地方薄
但如果是要翻模後完全透明的應用還是可以考慮, 因為這可以保證翻出來透明清澈
樹脂要拋光是非常麻煩的事情, 拋光問題最好在模具階段就解決掉

後來在一些展覽上看到光固化方案, 已經有廠商提供代工服務
光固化也是一層層堆起, 但不是噴嘴擠出, 而是在溶液中慢慢固化
它可以產生非常平滑的表面, 有些廠商的機器甚至可以做出全透明
即是一出來就像拋光過的, 清澈透明, 不過那種材料肯定比較貴就是了
光固化由於其成型方式就算最低規的也比噴嘴擠出的光滑很多
於是我就嘗試找光固化代工, 做幾個模型試試:

表面完全沒有積層紋路, 費用和一般 3D 列印差不多, 摸起來手感很好, 可以直接拿去翻模使用
不過這材料有個限制, 賣家明確標示這貨怕陽光, 陽光照射容易劣化
塑膠類都耐不住陽光, 但還是有等級區別, 有些見光死, 有些可以接受短期照射
像 ABS 類, 也就是噴嘴積層的材料對陽光的容忍就比光固化強上不少
不過我們要拿來翻模的就沒差, 要放在外面工作的是它們的環氧樹脂複製品, 不是光固化本體
環氧樹脂相對光固化比較耐光照, 不易損壞, 但顏色會變黃就是了


這東西是用來做支架用的, 可以卡在角鋼架上掛重量輕的東西
直接翻模結果:

透明的樹脂表面霧狀, 沒有積層紋路, 成品體積會內縮一點點
這設計有缺失, 如果直接灌注成型, 掛載點容易斷裂:

一裝上角鋼架就斷, 或是不小心摔到地上也斷! 太細了, 強度不足
於是採取補強措施:

剪一小塊布, 泡進環氧樹脂中讓布吸收樹脂, 然後將布塊於灌注模型時塞在斷裂點:

這是 FRP 工法, fiber-reinforced plastic, 纖維強化塑膠, 通常用玻璃纖維配環氧樹脂
但我不喜歡玻璃纖維, 粉塵有害, 故改用別種纖維, 布料, 尼龍應該都行
強度可能較弱但比較安全, 它作為結構使用, 難免會斷裂, 若裡面的玻璃纖維散出就麻煩了
結果:

上半端強化後換下半端斷XD 這解決方法應該很直覺了, 就是下半端也給它強化一下:

可以看到裡面有兩片布, 上下各一片, 完成就可以順利卡進角鋼上:

安裝 LED 燈管, 做間接照明, 結果:

還行, 幾個月過去了, 沒有掉下來XD
但若仔細看取下來的架子, 其實它還是斷了, 但沒有全斷, 有條細痕在掛載點附近
由於白布底不容易拍照就不貼照片了, 應該是被有彈性的布拉住, 如果再施加重量, 它應該還是會斷
這設計有缺失, 3D 模型檔就先不提供了, 若要做的用戶建議重新設計

另外還做了風管轉接管:

左:矽膠模具, 中:複製成品, 右:光固化原型
若把光固化原型塞進水管內, 沒法塞到底, 會卡在中間:

可是若換成翻模後的環氧樹脂複製品就可以碰到底:

這就示範了環氧樹脂複製品縮小的現象, 因此若要用此工法, 尺寸縮小現象需要考量
這轉接管的用途:

冷煤管當風管來使XD 冷媒管走別處, 預留孔給風管用, 因為冷媒管比較容易繞路, 風管較粗較難繞




接著換玩現成模具, 不知道是不是很多人玩, 現在有業者推出現成的模具:

最有意思的就是那個球形的了, AB 模上下組合, 這個要自己搞超難
特別是銜接處, 很難處理, 我到目前為止還沒做過 AB 模, 實在太困難, 且不划算
所以上圖右上那種球形的翻模根本不敢想, 直到我看到這炫砲的現成產品, 馬上買一個回來庫存XD


這次用的水晶膠, 瓶上有標示:建議一次用量不得超過 80 克
但實際實驗應該要更少, 一開始沒看, 玩多了就沒在看說明, 然後就爆了XD


買一些填充物, 螢光粉, 亮片, 染色劑


乾燥花也可做填充料, 這東西有點貴, 一小撮 40 元, 這東西吃的是人工成本

接著紀錄製作過程, 先寫測試過的安全流程, 再描述爆炸流程XD

這球和鑽石蠻大的, 如果一次灌滿都超過本樹脂的安全操作量, 所以要分多次灌注
操作量可能會和環境溫度有關, 目前我這裡的測試是在室溫 30 度下進行, 溫度越高反應越快
我測試安全的劑量是 A 劑 27 公克配 B 劑 9 公克, 安全劑量是指灌注後的劑量
意思是如果你有兩個容器, 那你可以拿 A 劑 54 公克去混合, 混合後它不會立刻升溫
但是放一下等到沒氣泡後請立刻灌注,分別注入兩個含 A 劑 27 公克的容器, 這樣不會爆
固化時會慢慢升溫, 固化階段同一時間只能 A 劑 27 公克
加上 B 劑 9 公克即是總重 36 公克, 我這裡比較習慣單看 A 劑重量
我們通常不會混合後放進模具還去量總重量, 所以我只記當下攪拌時 A 劑的用量


等固化後大概每隔一小時就來用吸管撈一下, 看它狀況, 以我 30 度環境, 大約 3 小時會呈現黏稠狀
這時候就可以再灌注下一批樹脂, 雖然它還沒固化, 但這時候再疊上去不會一起發熱反應
且由於在黏稠狀沒有完全固化, 疊上去重疊面不會有明顯分界線, 但由於下層發熱完, 溫度會稍高
等同是環境溫度提高, 反應會加速, 加速的意思就是容易過熱, 請隨時視情況減少劑量


接著放入乾燥花, 這模具開口在上, 建議把這作品的主題朝下, 未來成品下方朝上展示
原因後面會說明, 會有失敗品供比較XD


以此劑量進行第三次灌注時會超過模具接口, 此時要蓋上上蓋後灌注
這裡建議減少劑量, 我個人認為蓋住上蓋後不通風, 溫度可能因此上升更快
以我這次為例, 雖然是 A 劑 28 公克, 只多一點點, 溫度上升很快, 硬化時間也縮短到一小時內
所以下一次灌注我就將劑量減半


第四次灌注時只下了 A 劑 12 公克, 然後用手指輕戳兩次灌注間的邊緣, 整個球體戳一圈
讓兩次灌注邊界混合, 以免產生邊線, 此時下層已經固化不流動, 但仍是軟固體
還可以和上方新加的液體融合, 但因為內部溫度高, 只用一半量以免溫度上升過快
不要等它降溫, 反應已經加速, 等降溫後就固化了, 固化後再疊加上去就會產生邊線
所以溫度高還是繼續疊加, 減量即可


接著繼續加, 由於我想產生草地的感覺, 倒數第二層加上綠粉以及少許螢光粉
先將 AB 劑攪拌均勻, 然後倒入兩種粉後繼續攪拌, 均勻分散後再倒進球內


一樣等兩三小時, 接著灌注最後一層, 由於亮粉會沈澱, 螢光粉比較不會
沈澱的意思就是會形成一平面, 如果我這裡也下綠粉就會變兩層, 我覺得不好看
這是個人觀感, 不影響灌注成敗, 不在意的用戶也可以加, 灌注後加上一顆 LED 打光用
LED 用的是白色草帽散光型, 加裝 100 歐姆限流電阻, 建議焊接線再灌注, 拉著線才不會倒下
若此時球體溫溫的溫度不高的話, 這灌注完就可以去睡覺了, 明天起來就完成
由於固化時體積會收縮, 建議頂端加到滿出來一點點, 隔天起來會看到它凹下去
做這球體每一小時回來看, 一整天就過去了, 這分段球體工法適合突然閒下來的一天不知要幹麻時做XD
或是下雨天反正不想出去時來做也行XD



接著是爆炸紀錄XD
第一次沒注意看瓶子上注意事項, 直接就 100 公克混下去灌好灌滿
結果:

模具被撐開, 樹脂流出, 還好底下有矽膠墊...
拿紅外線測溫槍量:

超!燙!!!
這個球當然就廢了, 旁邊那個鑽石可能因為頂部開放有散熱效果沒有毀, 但表面都是氣泡
而且因為不熟悉亮粉特性, 最後亮粉都沉底下, 難看
不過因為這兩個加入超量螢光粉, 所以關燈後超亮XD

第二輪戰鬥開始, 由於亮粉無法均勻懸空, 我認為這種單體物品應該會比較適合拿來灌注
第一次操作花朝上


第三層時加入微量亮粉, 看看加少點會不會比較不沈澱


這層用了 A 劑 39 公克, 只多 10 公克, 它就開始冒泡:

所以才認定 A 劑 27 公克接近臨界點, 再上去就有風險
這是環境 30 度的結果, 我認為冬天時比較冷的環境容許度應該會提高一些
有興趣的用戶可以實驗看看
三個放一起比較:



這兩個放一起應該就知道為什麼主題要朝下了吧
因為差在頂上灌注口, 技術再好都很難讓它圓, 除非你要花時間打磨, 不然避開它比較容易
每層加亮粉, 雖然加得少但還是很明顯的能看出分層, 所以建議只加一層, 不要多層, 不好看

若要打磨要準備好幾種砂紙, 這次我只買到這些:

由粗的磨到細的, 以我買的來說就是 150 號先, 接著 180 號, 320 號, 400 號
拿失敗品先實驗, 磨到 400 號結果:

正常應該再用 800 或更高號數的砂紙, 但我沒買到, 於是就直接進行拋光

接著用砂輪機裝上羊毛輪, 用低轉速, 轉動後先沾拋光蠟再到表面研磨
低轉速!不要用不可調轉速的機種, 一嚕就爆XD

就像上圖這樣沾, 結果:

雖然氣泡孔內沾了拋光臘, 但確實可看到裡面的花, 只是可能砂紙粒度太粗, 還是有些線條
如果用更細的砂紙加工或許有搞頭, 但真的很花時間, 這一小塊就弄了老半天, 麻煩
所以最後成功作品就只切一下突出的樹脂就算了, 不想找麻煩

全部放一起


拍完照後關燈, 相機長曝光:


換面再拍:


長曝光:


這鑽石原先是沒打算加亮粉和螢光粉的, 既然是鑽石型應該清澈透明比較好看

結果快完成時不小心被雜物劃到表面, ffffuuuu
此時正好剩一些沾了螢光粉的樹脂, 只好拿來塗, 就只有上層表面有薄薄的一層
結果蠻有意思的, 那螢光粉從上方看不太出來, 可以看前面的長曝光圖, 中間都很暗
但是一旦放到上圖這角度, 就會看到很暗的螢光:

不知道為什麼

接著是這次成功品的照片, 上往下拍:


中間拍:


下往上拍:


接著 LED 通電:


上往下拍:


中間拍:


下往上拍:


關燈拍:



可以當小夜燈使, 不過應該換黃光, 綠光是鬼片在用的XD



開燈久一點後關燈, 螢光粉會繼續發亮:


大概就這樣
我覺得這東西就是玩具吧, 不需要投注太多心力, 特別是當裝飾品來用時
這是前篇 製作掃描式感光電路板曝光機 Part-1 機械部份 翻模的, 2011 年 12 月:


這是上面那玩具 2018 年 12 月時的樣子:

如果灌注後是當工具來使, 變黃了沒差, 功能還在, 但如果是當裝飾品......
這是舊款的水晶膠, 或許新款的抗黃能力更好, 但這要時間過了才知道, 存在風險
所以...你確定你要花費大量心力打磨嗎? 你要把很重要的東西用環氧樹脂封起來嗎?
想清楚!然後做不後悔的決定!

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