Aanbrengen van permanente, robuuste gestencilde patronen van fijne deeltjes op elastomeeroppervlakken

Summary

We presenteren een methode om permanente markeringen en patronen aan te brengen op siliconenoppervlakken door fijne deeltjes op het oppervlak te plakken. De markeringen kunnen een herkenbaar ontwerp zijn of een willekeurig spikkelpatroon, zoals dat wordt gebruikt bij digitale beeldcorrelatie.

Abstract

Het ontwikkelen van niet-lineaire, grote vervormingsmodellen voor elastomeercomposieten is een voortdurende uitdaging met toepassingen in zachte robotica, protheses en impactbeperking (zoals sporthelmen en vulling). Ons onderzoeksdoel is om modellen te ontwikkelen die materiaalgedrag voorspellen en nauwkeurige simulaties produceren. Naarmate we vorderden in ons onderzoek, erkenden we de essentiële noodzaak om experimenteel oppervlakteveldvervorming vast te leggen, wat ons in staat zou stellen robuuste constitutieve relaties te ontwikkelen.

Gangbare optische volgtechnieken, zoals digitale beeldcorrelatie (DIC) en rastervolging, vereisen een patroon op het oppervlak van het monster om het oppervlakteverplaatsingsveld te volgen en te berekenen. De inherente lage oppervlakte-energie van de meeste elastomeermaterialen, zoals uitgeharde siliconen, verhindert echter een permanente markering van het oppervlak. Met andere woorden, het is bijna onmogelijk om oppervlaktevolgpatronen op het materiaal aan te brengen die niet gemakkelijk kunnen worden weggeveegd of uitvegen bij het hanteren van het monster. Bovendien kunnen grote vervormingsexperimenten ervoor zorgen dat het oorspronkelijke oppervlaktepatroon vervormt, barst of afbladdert.

Hier presenteren we een nieuwe methode voor het spuitgieten van patronen van poedermarkeringen op het binnenoppervlak van mallen voorafgaand aan het reactieve spuitgieten van onze elastomeeronderdelen. We hebben deze eenvoudige methode ontwikkeld, waarmee tijdens het productieproces permanente, high-fidelity oppervlaktepatronen op de siliconen- of elastomeermonsters kunnen worden aangebracht. De oppervlaktepatronen kunnen variëren van willekeurige spikkelpatronen die in DIC worden gebruikt tot gedetailleerde veelkleurige patronen. Deze nieuwe, robuuste patronen zijn bestand tegen cyclische belastingen met grote spanning zonder te vervagen of te barsten en maken het mogelijk om siliconen gemakkelijk te markeren in laboratorium- en industriële omgevingen.

Introduction

Het karakteriseren van groot vervormingsmateriaal onder geavanceerde belastingsscenario's heeft de neiging om een niet-homogene rek te creëren 1,2,3,4,5. Om deze niet-homogene spanning nauwkeurig te modelleren, moet de experimentalist de oppervlakte- of volumekinematica vastleggen. De meest gebruikelijke technieken die worden gebruikt om oppervlakte- of volumekinematica te verkrijgen, worden optische volgtechnieken genoemd. Digitale beeldcorrelatie (DIC) en rastertracking zijn de twee meest voorkomende optische volgtechnieken in de literatuur voor oppervlaktekinematica, en beide vereisen zichtbare patronen op het oppervlak van het monster ^6,7.

Overweeg een magnetorheologisch elastomeer (MRE), dat is samengesteld uit een bulksiliconen met fijne ijzerdeeltjes die in de bulkmatrix zijn gesuspendeerd. Het sample kan tegelijkertijd vervormen door zowel klassieke mechanische belastingen aan de grenzen als door een toegepast magnetisch veld dat is geclassificeerd als een contactloze kracht. In deze en andere analoge belastingsscenario's is het absoluut noodzakelijk dat de experimentalist de oppervlaktekinematica vastlegt, omdat de homogene spanningsaanname in gewone belastingsmodi niet langer geldig is. Er bestaan meerdere technieken voor het markeren van het oppervlak van rubberachtige exemplaren, zoals het gebruik van een contrastrijke marker of verf ^2,6. Experimentalisten hebben ook cosmetische foundation aangebracht op biologische weefselmonsters voordat ze het monster markeerden ^3,5. In beide gevallen is het doel om zowel permanente als high-fidelity markeringen op het exemplaar aan te brengen. Duurzaamheid is nodig om te voorkomen dat markeringen vervagen of afbladderen van het oppervlak van het sample tijdens het hanteren en cyclisch mechanisch testen. Een hoge lijnresolutie of "getrouwheid" is essentieel voor een nauwkeurige beeldanalyse en het volgen van de vervorming.

Hier presenteren we een methode om permanente markeringen met hoge resolutie aan te brengen op siliconenmonsters door fijne deeltjes op het oppervlak van het monster te plakken tijdens de productie in plaats van nadat het monster is gemaakt. Het gewenste patroon, of het nu een ingewikkeld veelkleurig ontwerp is of een willekeurig spikkelpatroon dat in DIC wordt gebruikt, wordt voorafgaand aan het spuitgietproces op het interieur van de matrijsholte aangebracht (Afbeelding 1). De fijne deeltjes worden in alcohol gesuspendeerd en vervolgens aangebracht met een airbrush of iets dergelijks. Het patroon wordt op de mal aangebracht. Zodra de alcohol is verdampt, wordt de mal gesloten en wordt het niet-uitgeharde thermohardende elastomeermateriaal in de mal geïnjecteerd. Na uitharding wordt het vaste sample verwijderd en wordt het patroon permanent in het oppervlak ingebed.

Figuur 1: Stroomdiagramprotocol voor het hechten van high-fidelity patronen op siliconen oppervlakken. Het stroomschema of de beslissingsboom voor ons proces. Deze nummering en labeling van elke stap in het stroomschema komt overeen met de protocolbeschrijving. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Protocol

LET OP: Geschikte persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM) bestaan uit een bril, een laboratoriumjas, een N95-masker, gehoorbescherming en latexhandschoenen. Latexvrije handschoenen (d.w.z. nitril) zijn vereist omdat latexhandschoenen het uithardingsproces van platina-siliconenmonsters remmen.

1. Eerste voorbereiding

1. Eerste voorbereiding van de mallen
   1. Maak de vormpjes schoon met water en zeep en laat de vormpjes drogen. Veeg de vormpjes af met isopropylalcohol en laat de vormpjes aan de lucht drogen.
2. Eerste voorbereiding van de stencils
   1. Maak de stencils schoon met water en zeep en laat de stencils drogen. Veeg de stencils af met isopropylalcohol en laat de stencils aan de lucht drogen.
3. Eerste voorbereiding van de airbrush
   NOTITIE: Gehoorbescherming kan nodig zijn op basis van het type luchtcompressor dat wordt gebruikt. Bij het gebruik van de airbrush is een zuurkast vereist.
   1. Sluit de luchtcompressor aan op de airbrush, steek de stekker van de luchtcompressor in een geschikt stopcontact en zet de luchtcompressor aan. Vul in een zuurkast met de juiste PBM's de airbrush met isopropylalcohol en reinig de airbrush door er meerdere keren isopropylalcohol doorheen te halen.
      NOTITIE: De airbrush moet na elk gebruik worden gereinigd. Als u een stencil gebruikt, gaat u verder met sectie 2. Als u geen stencil gebruikt (zoals voor het aanbrengen van DIC-spikkelpatronen), gaat u verder met sectie 3.

2. Gestencilde vormvoorbereiding

LET OP: Een zuurkast is vereist bij het hanteren van de spuitlijm of het losmaken van de matrijs.

1. Breng de spuitlijm aan op het sjabloon.
   1. Plaats het sjabloon in een zuurkast met de juiste PBM's op een papieren handdoek en breng een laag spuitlijm aan op het sjabloon. Houd bij het spuiten van de lijm op het sjabloon de spuitkop op ongeveer 30 cm afstand van het sjabloon en spuit in een vloeiende continue beweging. Wacht 30 tot 60 s totdat het stencil plakkerig maar niet meer nat is voordat u doorgaat met stap 2.2.
      LET OP: Er is slechts één pas nodig; Te veel lijm bemoeilijkt het verwijderen van het sjabloon uit de mal.
2. Plak het sjabloon op de mal.
   1. Plaats de vorm in een zuurkast met de juiste PBM's op een papieren handdoek. Pak het sjabloon voorzichtig op met schone, latexvrije handschoenen, zorg ervoor dat u de lijm niet verstoort, en plaats het sjabloon op de mal met de klevende kant van het sjabloon in contact met de mal. Maak het sjabloon plat door met één vinger stevig over het sjabloon te gaan om een gelijkmatig contact met de mal te garanderen.
      OPMERKING: Gelijkmatig contact met de mal is noodzakelijk om diffuse patroonranden te voorkomen en scherpe kenmerken te behouden.
3. Plaats de sjabloontape op de mal.
   1. Plak met schilderstape de randen van het sjabloon op de mal. Ga verder met stap 4.
      OPMERKING: Deze stap zorgt ervoor dat het sjabloon aan de mal is bevestigd om te voorkomen dat de sjabloonranden van de mal loskomen.

3. DIC spikkel mal voorbereiding

1. Breng de vormontgrendeling aan op de mal voor DIC Speckle.
   1. Plaats de vorm in een zuurkast met de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen op een papieren handdoek met het oppervlak van de vormholte naar boven. Breng vormontlasting aan op de mal door de mal te besproeien met één laag malontkoppeling. Houd bij het spuiten van de mal de spuitkop op ongeveer 12 cm afstand van de mal en spuit in een soepele continue beweging.
      OPMERKING: Er is slechts één pas nodig; Te veel schimmelafgifte is echter geen probleem.

4. Voorbereiding van de airbrush

NOTITIE: Een zuurkast en een N95-masker zijn vereist bij het hanteren van fijn poeder.

1. Eerste bereiding van de fijne poedersuspensie
   1. Bereid in een zuurkast met geschikte persoonlijke beschermingsmiddelen een suspensie van 45 ml isopropylalcohol en fijn poeder (grafiet of gekleurd pigment) (Figuur 2). Om dit te doen, plaatst u met behulp van een trechter of een kleine lepel zoals weergegeven in afbeelding 2A ongeveer 10 ml fijn poeder in een reageerbuis en voegt u isopropylalcohol toe om het resterende volume van de reageerbuis te vullen tot 45 ml totaal volume. Sluit de reageerbuis af en schud krachtig (zie afbeelding 2C voor een voorbeeld van de resulterende suspensie).
      NOTITIE: Vul de airbrush op dit moment niet om verstopping van het mondstuk van de airbrush te voorkomen.
2. De luchtborstel vullen voor het spuiten (Figuur 2D).
   NOTITIE: Deze stap moet onmiddellijk voor het gebruik van de airbrush worden uitgevoerd. De airbrush mag niet inactief staan met de poedersuspensie in de airbrushcontainer, omdat de airbrush dan verstopt raakt.
   1. Schud de voorgemengde suspensie opnieuw uit stap 4.1. Giet de suspensie in de airbrushcontainer totdat 75% van het volume van de airbrushcontainer is gevuld.
      NOTITIE: Vul de airbrushcontainer niet volledig, omdat de hoek van de airbrush tot morsen zou leiden. Als u een stencil gebruikt, gaat u verder met sectie 5. Als u geen stencil gebruikt, gaat u verder met sectie 6.

Figuur 2: Het voorbereiden van de airbrush met grafietoplossing. (A) Het plaatsen van grafietpoeder in de reageerbuis; (B) 10 ml grafietpoeder; (C) oplossing van isopropylalcohol en grafietpoeder. (D) Vul de airbrush direct voor gebruik. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

5. Spuit de mal in met het sjabloon (Figuur 3)

1. Spuiten van de fijne deeltjessuspensie
   1. Zet de luchtcompressor aan. Zorg ervoor dat de luchtdruk van de compressor 1.38 tot 1.72 bar (20-25 psi) is.
   2. Richt in de zuurkast de mal met het vastgeplakte sjabloon onder een hoek die iets verticaal afwijkt, zodat de spray in een hoek van 90° wordt aangebracht. Richt de luchtborstel iets van de zijkant van de mal om ervoor te zorgen dat de spray voor of voor de mal begint.
   3. Trek de trekker van de luchtborstel voorzichtig terug. Zodra de airbrush begint te spuiten, brengt u de eerste laag van de suspensie soepel aan. Houd bij het spuiten van de suspensie op het sjabloon en de mal de spuitkop op ongeveer 30 cm afstand van het oppervlak en spuit in een vloeiende continue beweging zoals weergegeven in afbeelding 3C.
   4. Laat de trekker van de luchtborstel los en kijk of de fijne deeltjessuspensie gelijkmatig over het oppervlak wordt aangebracht. Breng indien nodig extra lagen van de suspensie aan op het oppervlak van het sjabloon en de mal.
2. Het stencil uit de mal halen (Figuur 4)
   1. Wacht tot de fijne deeltjes zichtbaar droog zijn voordat u het sjabloon verwijdert (minimaal 180 tot 300 s) of de suspensie kan uitsmeren. De negatieve ruimte van het sjabloon lijkt te zijn gevuld met het fijne deeltjespoeder omdat de isopropylalcohol is verdampt.
   2. Verwijder de schilderstape van de bovenkant (korter uiteinde) van de mal en trek de schilderstape langzaam en soepel omhoog. Het sjabloon komt samen met de schilderstape los, zoals weergegeven in afbeelding 4A.

Figuur 3: Aanbrengen van grafietoplossing met airbrush. (A) Voorbereide mallen uit protocolsectie 2. (B) Stencil met vierkante reeks ronde gaten voorafgaand aan het spuiten. (C) De voorbereide vorm besproeien met oplossing. (D) Rooster sjabloon na het spuiten. Schaal staven = 2 mm (B,D). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Het stencil verwijderen en inspectie van het oppervlak van de mal met patroon. (A) Het sjabloon uit de mal verwijderen. (B) Voorbeeldschimmels na het laten verdampen van alcohol. (C) Vergrote weergave van het raster op de matrijs voorafgaand aan het spuitgieten. Schaal balk = 1 mm (C). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

6. Spuit de mal zonder sjabloon

1. Een DIC-spikkelpatroon op de mal spuiten (Figuur 5)
   1. Zet de luchtcompressor aan. Zorg ervoor dat de luchtdruk van de compressor 0.34 tot 0.69 bar (5-10 psi) is.
   2. Richt de mal zonder sjabloon in de zuurkast in een hoek die iets verticaal afwijkt, zodat de spray in een hoek van 90° wordt aangebracht.
   3. Test de luchtborstel door de trekker kort in te drukken terwijl u op een reservevel papier richt om er zeker van te zijn dat het spikkelpatroon geschikt is (willekeurig verdeeld ruimtelijk, juiste grootteverdeling van vlekken voor de vergroting van de experimentele beeldvormingsopstelling).
   4. Beweeg de trekker over de mal om het spikkelpatroon op de mal te maken, zoals weergegeven in afbeelding 5C. Wacht tot de fijne deeltjes zichtbaar droog zijn (minimaal 180 tot 300 s), anders kan de suspensie uitsmeren.
      OPMERKING: De spikkelgrootte kan worden aangepast door de luchtdruk te wijzigen.

Figuur 5: Willekeurig patroon op mal spuiten. (A) Trekker van de luchtborstel doordrukken om een spikkelpatroon te creëren. (B) Spikkelpatroon op mal. (C) Spikkelpatroon op mal. (D) Vergroot spikkelpatroon. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

7. Zet de mal in elkaar (Figuur 6)

1. Zet de mal in elkaar.
   1. Monteer de matrijs(en) voorzichtig om u voor te bereiden op het spuitgietproces.
      OPMERKING: De experimentalist kan ten minste meerdere dagen pauzeren voordat hij het spuitgietproces uitvoert. De spuitgietsnelheid moet worden verlaagd om versmeren van de fijne deeltjes te voorkomen.

Figuur 6: Assemblage van mallen. (A) Plaat en schijfvormen volledig geassembleerd, (B) Montage van schijfvorm, (C) Montage van plaatvorm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Results

Voor de experimentalist die een model nastreeft dat de mechanische eigenschappen van een specifiek materiaal weergeeft, is het noodzakelijk om meerdere verschillende experimenten uit te voeren met een reeks monsters met verschillende geometrieën. Voorbeelden van exemplaren die met deze techniek zijn gemaakt, worden weergegeven in figuur 7. Figuur 7A illustreert een Ecoflex siliconen plaat met zwart rasterontwerp op een wit exemplaar. De getoonde kant heeft een zwart raster en de achterkant heeft zwarte DIC-spikkels. Figuur 7B toont een Ecoflex siliconen plaat met een wit rasterontwerp op een zwart exemplaar. Net als het exemplaar in Figuur 7A, heeft het exemplaar in Figuur 7B het DIC-spikkelpatroon aan de achterkant, gegoten uit de voorbereide mal die wordt getoond in Figuur 6A. Dit patroon van het creëren van zowel een zwart ontwerp op wit als een wit ontwerp op zwart met zowel een raster- als een DIC-spikkelpatroon wordt ook getoond op de cilinder en de kubusvoorbeelden die worden getoond in de panelen C, D, F en G van figuur 7. Figuur 7E geeft een voorbeeld van een plaat met een blauw raster op wit.

Figuur 8 geeft een monster met een slecht patroon weer omdat het spuitgietdebiet te hoog is. Het DIC-spikkelpatroon is uitgesmeerd zodat de deeltjes in strepen worden verspreid. Dit exemplaar is met opzet vervaardigd met een spaarzaam DIC-spikkelpatroon om de vegen duidelijk te illustreren. Deze methode stelt de experimentalist in staat om indien nodig een dichter spikkelpatroon te plaatsen voor betere DIC-resultaten ^7,8,9, met name voor experimenten met kleine rekken. Spikkelpatronen met variërende dichtheid worden weergegeven in figuur 9B,C. Figuur 10 toont afbeeldingen van siliconenplaten die met deze methode zijn vervaardigd met een DIC-strain field-kleurenkaartoverlay om succesvolle optische tracking te illustreren.

Figuur 7: Voorbeelden van preparaten die in experimenten zijn gebruikt. (A) Witte plaat met zwarte rasterstippen in uniaxiale spanning. (B) Zwarte plaat met witte rasterstippen (gestencild patroon) in uniaxiale spanning. (C) Zwarte cilinder met witte rasterstippen. (D) Zwarte cilinder met DIC-spikkelpatroon. (E) Blauwe rasterstippen (F) Witte kubus met witte rasterstippen en DIC-spikkelpatroon. (G) Zwarte kubus met witte rasterstippen. Schaalbalken = 1 mm (E), 1 cm (A-D,F,G). Afkorting: DIC = digitale beeldcorrelatie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 8: Voorbeelden van samples waarbij de spuitgietsnelheid te hoog was en het gespikkelde patroon is uitgesmeerd. De stroomrichting van het spuitgieten wordt aangegeven met een horizontale pijl over de onderkant van de afbeelding. Schuine pijlen geven de locaties aan van verschillende strepen van het uitgesmeerde patroon. Schaalbalk = 2 mm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Afbeelding 9: Voorbeeld van afbeeldingsontwerpen die worden gebruikt bij optische tracking. (A) Een voorbeeld van een rasterpatroon voor optische tracking, (B) Een voorbeeld van een schaars DIC-spikkelpatroon voor optische tracking, (C) Een voorbeeld van een dicht DIC-spikkelpatroon voor optische tracking. Schaalbalken = 1 cm. Klik hier om een grotere versie van dit figuur te bekijken.

Afbeelding 10: Voorbeeld van een spanningsveld voor digitale beeldcorrelatie dat over experimentele beelden met uniaxiale spanning is gelegd. Rek wordt toegepast in de y-richting en de globale technische rek wordt onder elke afbeelding vermeld. De lokale verticale verplaatsing van verschillende locaties van het monster wordt weergegeven met de kleurenkaart zoals aangegeven op de schaal rechts van de figuur. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussion

Het vermogen om deeltjes te hechten aan rubberachtige materialen, zoals siliconen, biedt voordelen in zowel de industrie als het onderzoek. Het is echter algemeen bekend dat het verlijmen op oppervlakken van materialen met een lage oppervlakte-energie een uitdaging kan zijn. Over het algemeen gebruiken onderzoekers wier experimentele methoden een patroon of ontwerp op het oppervlak van hun preparaten vereisen, vaak verf die speciaal is samengesteld voor airbrushen, zoals die vervaardigd door Createx en Vallejo ^1,10. Deze toepassingen met verf vereisen vaak een primer en bereiken nog steeds niet de vereiste duurzaamheid van de patronen. Op flexibele ondergronden kan de verf uitlopen of in vlokken vallen als deze barst tijdens mechanische tests. Deze defecten in de markeringslijm wijzigen vervolgens het gegevensveld dat is vastgelegd door een optische volgmethode zoals digitale beeldcorrelatie. Onze methode zorgt voor een langdurige duurzaamheid van het oppervlaktepatroon. We hebben momenteel monsters van meer dan 6 jaar oud die we agressief hebben geprobeerd uit te smeren en het oppervlaktepatroon mechanisch te verwijderen. Alle pogingen om deze markeringen te verwijderen zijn mislukt, wat de robuustheid van de oppervlaktepatronen aantoont.

In de industrie kan het ook nodig zijn om ontwerpen, symbolen of woorden aan te brengen op het oppervlak van rubberachtige materialen voor veiligheids- en procesinstructies, zoals de installatie van een pakking. In de auto-industrie is het bijvoorbeeld gebruikelijk om woorden als "THIS SIDE UP" of een pijl op een rubberen pakking te drukken om duidelijke installatie-instructies te geven. Traditioneel worden deze markeringen bereikt door het maloppervlak aan te passen zodat de woorden zich boven of onder het oppervlak van de rest van het onderdeel bevinden. Deze methode vereist dat elke keer dat de markeringen moeten worden gewijzigd, een nieuwe mal wordt vervaardigd. Bovendien zal het laatste onderdeel een andere dikte hebben waar de afdruk zich bevindt, wat leidt tot mogelijke faalplaatsen tijdens het gebruik. Onze methode lost beide problemen op door de mallen op geen enkele manier te veranderen en het oppervlak van het uiteindelijke materiaal een uniforme dikte te laten behouden.

Er zijn mechanische tests uitgevoerd om te bevestigen dat onze patroonmethode geen invloed heeft op de mechanische eigenschappen van het materiaal. We hebben herhaaldelijk samples getest in verschillende belastingsmodi, zoals eenvoudige afschuiving, uniaxiale spanning, compressie en zelfs impacttests. Bovendien is deze methode milieuvriendelijk in vergelijking met alternatieve methoden voor het aanbrengen van verf. We vermijden het gebruik van giftige, vluchtige verfoplosmiddelen door alcohol in onze oplossing te gebruiken bij het luchtborstelen van de mal. Ten slotte is een opmerkelijk kenmerk van onze methode de mogelijkheid om veelkleurige patronen met een hoge resolutie op het monsteroppervlak te creëren. De methode wordt beperkt door de deeltjesgrootte en de productieprecisie van het sjabloon. De deeltjesgrootte moet voldoende klein zijn om de gewenste natuurgetrouwheid te bereiken en het debiet van het spuitgietproces te overwinnen. De grootte en geometrie van het sample worden alleen beperkt door de grootte van de mal en het gekozen materiaal. We hebben met succes 2 inch kubussen vervaardigd met behulp van siliconen met een verwerkingstijd van ongeveer 20 minuten bij kamertemperatuur.

De fabricagemethode voor stencils heeft een directe invloed op de resolutie van de functiegrootte en het vermogen om een high-fidelity ontwerp op de matrijsholte te creëren tijdens het coaten van deeltjesspuiten. Zorgvuldige afweging van welke sjabloonfabricage een integraal onderdeel is van de patroonvormingsmethode. Hier bieden we een eenvoudige set technieken voor het voorbereiden van stencils, samen met de minimale functiegrootte die met elke techniek kan worden gevormd, l_min. Ten eerste, met de hand snijden met een ambachtelijk mes: Precisiegereedschap zoals X-Acto-messen of universele messen zijn het beste voor gedetailleerde en ingewikkelde ontwerpen en werken goed met materialen zoals plastic vellen, mylar of karton (l_min ≥ 1 mm). Ten tweede, met de hand knippen met een schaar: Kan worden gebruikt voor lichtgewicht materialen zoals papier of dun vinyl om eenvoudige vormen en minder ingewikkelde ontwerpen te produceren (l_min ≥ 1 mm). Ten derde, stansmachines zoals Cricut of Silhouette: kunnen complexe ontwerpen met precisie snijden met behulp van materialen zoals zelfklevend vinyl of karton (l_min ≥ 250 μm). Ten vierde, lasersnijden: een hightech optie voor complexe patronen die geschikt zijn voor acryl-, hout- of dikke plastic stencils (l_min ≥ 100 μm). Ten vijfde, warmtesnijgereedschappen: elektrische hete messen of soldeerbouten kunnen smelten door thermoplastische sjabloonmaterialen zoals mylar of andere geëxtrudeerde polymeerfilms (l_min ≥ 1 mm). Deze methode zorgt voor gladde randen. Ten zesde, ponsen: handig voor kleine, repetitieve vormen en ze werken het beste op lichtgewicht materialen (l_min ≥ 100 μm). Ten slotte kunnen computergestuurde routers worden gebruikt voor stencilprojecten op grote of industriële schaal (l_min varieert).

In elk nieuw productieprotocol zijn bepaalde stappen in het proces van cruciaal belang om het gewenste resultaat te bereiken. In onze methode zijn er drie stappen die moeten worden gemarkeerd en speciale aandacht moeten krijgen. De eerste cruciale stap is om de alcohol volledig te laten verdampen uit de airbrush-deeltjessuspensie, waardoor alleen de deeltjes aan het maloppervlak blijven kleven. Als de alcohol niet volledig verdampt, is de kans groot dat de vormgeving op de matrijs gaat uitlopen en/of de alcohol zich vermengt met het niet-uitgeharde materiaal tijdens het spuitgietproces. De grootte van de deeltjes moet voldoende klein zijn, aangezien deze deeltjes, die in de alcohol "verf" in de airbrush zijn gesuspendeerd, zich aan de mal hechten nadat de alcohol volledig is verdampt. De grootte van de deeltjes is een belangrijke beperking om op te merken. Als de deeltjes te groot zijn, zijn de krachten van Van der Waals onvoldoende om de deeltjes stevig en permanent aan het oppervlak van het rubberachtige materiaaloppervlak te hechten. Deeltjes van de juiste grootte kunnen echter betaalbaar en gemakkelijk worden verkregen bij verschillende commerciële pigmentleveranciers.

De tweede kritische stap is de hoeveelheid lijm, die het sjabloon tijdelijk op de mal houdt. Onze ervaring is dat de beste manier om deze stap uit te voeren, het gebruik van een snelle beweging van een spuitlijm. We raden aan om zo min mogelijk lijm te hechten en er toch voor te zorgen dat het sjabloon volledig contact heeft met de mal. Door het sjabloon op de mal handmatig af te vlakken met uw vinger of een geschikt instrument zoals een rubberen spatel, kan conforme contact worden gevormd. Als de openingen van het sjabloon niet helemaal vlak zijn tegen de mal, zal de deeltjessuspensie tijdens het luchtborstelen onder de randen van het sjabloonpatroon migreren, waardoor de scherpte van de randen van het oppervlakteontwerp aanzienlijk afneemt. Als er te veel lijm wordt gebruikt, zal het verwijderen van het sjabloon een uitdaging zijn en het nieuw aangebrachte ontwerp kunnen beschadigen. Bovendien zal te veel lijm ertoe leiden dat het monster tijdens het uithardingsproces sterk aan de mal hecht, waardoor het ontvormingsproces bijna onmogelijk wordt zonder schade aan het monster te veroorzaken.

De derde kritische stap is de injectiesnelheid van de niet-uitgeharde siliconen tijdens het spuitgietproces. In onze ervaring hebben we vastgesteld dat een voldoende langzame spuitgietstroom(en) de Van der Waals-krachten die de fijne deeltjes aan de matrijs hechten, niet overwon, waardoor de matrijsholte kon worden gevuld zonder de patroondeeltjes te verstoren. Er zijn wat empirische tests nodig om een optimale injectiesnelheid te bepalen die langzaam genoeg is om uitsmeren van het patroon te voorkomen, maar toch snel genoeg om de matrijsholte te vullen voordat de uitharding van de siliconen begint. Uithardingsvertragers kunnen aan het mengsel worden toegevoegd als er onderdelen met een groter volume worden gemaakt. De viscositeit en uithardingstijd van het materiaal bepalen de juiste injectiesnelheid voor het systeem van elk materiaal.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Air Compressor	Craftsman	CMEC6150	PORTABLE: 6 gal. pancake compressor https://www.craftsman.com/collections/air-compressors/products/cmec6150
Dye voor eco flex	Smooth-On	PMS 2757C	Silc Pig silicon kleurpigmenten. Silc Pig pigmenten zijn geconcentreerd, dus een beetje gaat ver als het gaat om het kleuren van Smooth-On siliconen producten. Aangepaste kleuren zijn mogelijk door het mengen van verschillende Silc Pig kleuren. Silc Pig 9 Pack Sampler bevat ZWART, BLOED, BLAUW, BRUIN, GROEN, LICHT VLEES, ROOD, WIT, GEEL. https://www.smooth-on.com/products/silc-pig/
Isopropyl alcohol	Swan	70% Isopropyl Alcohol - 16 oz Fles S-15966 - Uline	70% Isopropyl Alcohol - 16 oz Fles www.uline.com
Mengbekers	Solo	Model nr: S-19462R	Kunststof feestbekers www.uline.com
Vormloslaag voor stencil		Ease Release 200 & 205	Model en patroon loslaag voor het maken van epoxy, urethane en RTV siliconen mallen. https://www.reynoldsam.com/
Mylar blad 3 mil	Stencils Online LLC	NA	Mylar bladen | Stencil materiaal www.stencilsonline.com
Schilders afdektape	Uline	S-26006	Uline Schilders afdektape www.uline.com
Papierhanddoeken	Uline	S-7711 Uline	S-7711 Uline - Een absorberende handdoek tegen een economische prijs. 2-laags. www.uline.com
Ijslollystokjes	Darice	Artikelmodelnummer: D-0139#, UPC 652695701399	https://www.amazon.com/Darice-Popsicle-Sticks-Crafts-Natural/dp/B0CPKHS44K/?th=1
Poeder	Earth Pigments	Titanium Dioxide PW6	Titanium White Earth Pigments https://www.earthpigments.com/
Silicone (ecoflex)	Smooth-On	Ecoflex 00-20	Platinum-gekatalyseerde siliconen https://www.smooth-on.com/
Spraylijm	Stencil Ease	SKU: ASA0005	Stencil Ease Herpositioneerbare spuitlijm https://www.stencilease.com/
Spuitpistool / Airbrush	Badger	Patriot 105	Badger Patriot 105 Airbrush https://www.badgerairbrush.com/Patriot_105.asp
Testbuizen	Global Scientific	Artikel 83576, Fabrikantonderdeel #: 6254	50mL Polystyreen algemene doel centrifugebuizen met doppen - Steriel www.usplastic.com
Vinyl buis	Sioux Chief	Modelnummer: 900-01163C00501 Menards  SKU: 6840523	Sioux Chief Heldere Vinyl Buis www.menards.com