في التصنيع المتطور، أصبحت مواد السيليكون، نظرًا لخصائصها الفيزيائية والكيميائية الفريدة، مادة أساسية لا غنى عنها في صناعات مثل المنتجات الطبية والإلكترونية ومنتجات الأمهات والرضع. ومع ذلك، فإن الاختلافات بين تقنيات السيليكون السائل (LSR) والسيليكون الصلب (HCR) من حيث هيكل التكلفة والأداء والقدرة على التكيف مع العمليات تؤثر بشكل عميق على تصميم منتجات الشركات وقرارات الإنتاج.
1. خصائص المواد: التركيب الجزيئي يحدد حدود الأداء
يستخدم السيليكون السائل نظام الفلكنة البلاتيني المكون من عنصرين باعتباره جوهره. تحتوي سلاسلها الجزيئية على مجموعات وظيفية نشطة في نهاياتها، مما يسمح بالربط السريع والمعالجة في ظل ظروف التسخين. تمنحها هذه الخاصية ثلاث مزايا رئيسية: أولاً، لا تنتج عملية الفلكنة أي منتجات ثانوية، مما يؤدي إلى نقاء المنتج بنسبة تزيد عن 99%، وهو مناسب للاستخدام المباشر في المنتجات الملامسة للأغذية؛ ثانيًا، إنه يُظهر تجانسًا ممتازًا للبنية الجزيئية، مع قوة تمزق أعلى بنسبة 30% من السيليكون الصلب واحتفاظ بالمرونة يتجاوز 95%؛ ثالثًا، يمكن التحكم في خصائصه الريولوجية، مما يسمح بالقولبة الدقيقة على مستوى الميكرون عن طريق ضبط اللزوجة، وتلبية احتياجات الهياكل المعقدة مثل القسطرة الطبية وأجهزة الاستشعار الإلكترونية.
يستخدم السيليكون الصلب نظام الفلكنة البيروكسيد، وسلاسله الجزيئية لها هيكل شبكي ثلاثي الأبعاد، مما يمنح المادة قوة ميكانيكية أعلى ومقاومة لدرجة الحرارة. تظهر البيانات التجريبية أن منتجات السيليكون الصلبة تتمتع بأداء مستقر في نطاق درجة حرارة يتراوح من -60 درجة مئوية إلى 250 درجة مئوية، وصلابة Shore تغطي نطاقًا واسعًا يتراوح من 20 إلى 80 أمبير، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص لأختام السيارات والحشيات الصناعية والتطبيقات الأخرى التي تتطلب ظروفًا بيئية قاسية. علاوة على ذلك، يمكن إزالة الكمية الصغيرة من المواد المتطايرة المتولدة أثناء الفلكنة بالكامل من خلال عملية الفلكنة الثانوية، مما يضمن تلبية المنتج للمعايير البيئية.
2. سيناريوهات تطبيق الصناعة: الطلب يحفز اختيار التكنولوجيا
في المجال الطبي، أصبح السيليكون السائل هو الحل السائد. إذا أخذنا صمامات القلب الاصطناعية كمثال، فإن بنية قناة التدفق على مستوى الميكرون الخاصة بها تتطلب مواد تجمع بين التوافق الحيوي ودقة التشكيل. يمكن للسيليكون السائل، من خلال قولبة حقن المواد الخام السيليكونية، تحقيق قولبة موحدة بسمك جدار يبلغ 0.1 مم، وخشونة سطح المنتج أقل من Ra0.2μm، مما يقلل بشكل كبير من خطر تجلط الدم. في المقابل، يعتبر السيليكون الصلب أكثر ملاءمة للمنتجات ذات متطلبات مرونة أقل، مثل القفازات الجراحية والأنابيب الطبية. يمكن لعملية التشكيل الخاصة بها أن تنتج منتجات بكميات كبيرة بسماكة موحدة تبلغ ±0.05 مم، مما يوفر ميزة كبيرة من حيث التكلفة. تُظهر صناعة الإلكترونيات تمايزًا تكنولوجيًا كبيرًا. في الأجهزة القابلة للارتداء، يمكن للسيليكون السائل، بخصائصه ذاتية اللصق، أن يرتبط مباشرة بالبلاستيك الهندسي مثل PC وPBT، مما يلغي الحاجة إلى اللصق ويزيد من كفاءة إنتاج أحزمة الساعات الذكية بنسبة 40%. في سوق ختم الموصلات الصناعية، يهيمن السيليكون الصلب بمجموعة الضغط الأعلى (≥15%)، وتسمح عملية التشكيل الخاصة به بقولبة الهياكل متعددة التجاويف لمرة واحدة، مما يلبي متطلبات الحماية IP68.
لقد شكل قطاع منتجات الأم والطفل مشهداً تنافسياً متبايناً. لا تحقق حلمات السيليكون السائل أي بقايا من عوامل الفلكنة من خلال معالجة البلاتين، مما يحقق شفافية تصل إلى 92%، مما يسمح للآباء بمراقبة النظافة الداخلية بسهولة، كما تعمل خصائصها المضادة للاصفرار على إطالة عمر المنتج إلى أكثر من 3 سنوات. يحافظ السيليكون الصلب، مع ميزة التكلفة (سعر أقل بنسبة 40% لكل وحدة وزن)، على حصة سوقية تزيد عن 60% في السلع الاستهلاكية ذات السوق الشامل مثل ألعاب التسنين وأدوات المائدة، ويمكن أن تحقق عملية التشكيل الخاصة به تأثيرًا واسع النطاق يصل إلى 100000 قطعة يوميًا.
3. خصائص العملية: فن الموازنة بين الكفاءة والدقة
يحقق صب حقن السيليكون السائل التحكم الآلي بالكامل طوال العملية بأكملها. بدءًا من القياس الدقيق للمكونين وحتى ملء تجويف القالب، يمكن التحكم في الدورة بأكملها خلال 15 ثانية، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص لإنتاج الدفعات الصغيرة المتعددة الأصناف. أظهرت دراسة حالة من شركة تصنيع دقيقة أنه بعد اعتماد العملية السائلة، انخفض معدل عيوب القسطرة الطبية من 3% إلى 0.5%، وارتفعت الكفاءة الإجمالية للمعدات (OEE) إلى 85%. ومع ذلك، هذه العملية تتطلب دقة عالية للغاية في القالب؛ يجب أن يتحكم تصميم نظام العداء البارد في خطأ قطر العداء ضمن ±0.02 مم، مما يؤدي إلى تكاليف العفن أعلى بـ 2-3 مرات من عمليات الحالة الصلبة.
من ناحية أخرى، يُظهر صب السيليكون ذو الحالة الصلبة قدرة تنافسية قوية من حيث التكلفة. قوالبها القياسية متوافقة مع أحجام المنتجات المختلفة، ويمكن تحقيق التحولات السريعة عن طريق تغيير المدخلات، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للمنتجات القياسية ذات الإنتاج السنوي الذي يتجاوز 500000 وحدة. تظهر البيانات الواردة من أحد موردي قطع غيار السيارات أن تكلفة وحدة حلقات الختم المنتجة باستخدام العملية الصلبة أقل بنسبة 28% من تلك المنتجة باستخدام العملية السائلة، ويمكن أن يصل معدل إعادة تدوير الخردة إلى 95%، مما يقلل بشكل أكبر من هدر المواد. ومع ذلك، تعاني هذه العملية من اختناقات كبيرة في الكفاءة، حيث تتطلب دورة الفلكنة الواحدة أكثر من 180 ثانية، وتمثل العمليات اليدوية (قطع المواد ووضعها) 35% من وقت الإنتاج، مما يحد من قدرات الإنتاج المرنة واسعة النطاق.
4. اتجاهات التطور التكنولوجي: الابتكار التعاوني يفتح مسارات جديدة وفي الوقت الحالي، يُظهر الطريقان التكنولوجيان الرئيسيان اتجاهًا للتقارب. في مجال السيليكون السائل، أدت الإنجازات في تطوير المواد ذاتية اللصق إلى جعل التشكيل المركب لمواد مختلفة أمرًا ممكنًا. تم تطبيق تقنية القولبة المتكاملة LSR-PC الخاصة بإحدى الشركات بنجاح على تصنيع أقلام الأنسولين لمرض السكري، مما أدى إلى تقليل عملية التجميع من 7 خطوات إلى خطوة واحدة. في مجال السيليكون الصلب، يمكن لتقنية القولبة بمساعدة السوائل فوق الحرجة (SCF) تحقيق تجانس كثافة المنتج بنسبة ±1.5%، مما يحسن بشكل كبير من عمر الكلال لمنتجات المطاط الصناعي.
يشير خبراء الصناعة إلى أنه في السنوات الثلاث المقبلة، سيرتفع معدل تغلغل السيليكون السائل في المجالات المتطورة مثل أجهزة الموائع الدقيقة الطبية وسيليكون الجسم الطبي إلى 45%، في حين أن السيليكون الصلب، بسبب ميزة التكلفة، سيحافظ على حصة سوقية تزيد عن 60% في الأسواق الرئيسية مثل ختم السيارات والعزل المائي للمباني. تحتاج الشركات إلى إنشاء نظام تقييم تكنولوجي ديناميكي يعتمد على تحديد موضع المنتج، وإيجاد الحل الأمثل في الأبعاد الثلاثة للدقة والكفاءة والتكلفة من أجل الحصول على ميزة في المنافسة الشرسة في السوق.
Shenzhen Hong Ye Jie Technology Co., Ltd
