مروری بر فرایند های ساخت قطعات پلاستیکی

پلاستیک ها متداول ترین مواد برای تولید قطعات و محصولات نهایی، از محصولات مصرفی گرفته تا تجهیزات پزشکی، هستند. پلاستیک ها دسته ای از مواد هستند که دارای تنوع بالایی شامل هزاران گزینه پلیمر با خواص مکانیکی خاص خود می باشند. اما سوال این است که قطعات پلاستیکی چگونه ساخته می شوند؟

فرایندهای تولید قطعات پلاستیک مختلفی برای طیف گسترده ای از کاربردها، هندسه ها و انواع پلاستیک ها توسعه یافته اند. برای هر طراح و مهندسی که در زمینه تولید محصول کار می کند، آشنایی با روش های ساخت امروزی و پیشرفت های جدیدی که نشان می دهد قطعات در آینده چگونه ساخته خواهند شد، بسیار اهمیت دارد. این مقاله یک مرور کلی بر متداول ترین فرایند های تولید قطعات پلاستیکی و دستورالعمل ها جهت کمک به انتخاب بهترین گزینه برای کاربرد مورد نظرتان ارائه می دهد.

 

چگونه فرایند ساخت پلاستیک را به درستی انتخاب کنیم؟

هنگام انتخاب فرایند تولید محصول خود، فاکتور های زیر را در نظر بگیرید:

شکل: آیا قطعات شما دارای جزئیات های داخلی پیچیده یا تلرانس بسته هستند؟ بسته به هندسه یک طرح، گزینه های تولید ممکن است محدود شوند یا به طراحی قابل توجهی برای بهینه سازی ساخت (DFM) نیاز باشد تا تولید قطعه از نظر اقتصادی مقرون به صرفه شود.

حجم / هزینه: حجم کل یا سالانه قطعاتی که قصد ساخت آن را دارید چقدر است؟ هزینه ابزارآلات و نصب در برخی از فرایندهای تولیدی بالا می باشد اما قطعاتی ارزان قیمت تولید می کنند. در مقابل، فرایندهای تولید درحجم کم هزینه راه اندازی کمی دارند اما به دلیل چرخه زمانی کندتر، اتوماسیون کمتر و نیروی کار، هزینه تولید هر قطعه ثابت می ماند یا با افزایش حجم فقط به میزان ناچیز کاهش می یابد.

زمان فرآوری: چقدر سریع به قطعات یا محصولات تولید شده نهایی نیاز دارید؟ برخی فرایندها قطعات اولیه را در عرض ۲۴ ساعت تولید می کنند، این در حالی است که ابزارآلات و راه اندازی برخی از فرایندهای تولیدی با حجم زیاد به ماهها زمان نیاز دارد.

ماده: محصول شما باید در برابر چه تنش ها و کرنش هایی مقاوم باشد؟ ماده بهینه برای یک کاربرد معین توسط فاکتورهای مشخصی تعیین می شود. قیمت باید با کاربرد و زیبایی مورد انتظار مطابقت داشته باشد. ویژگی های ایده آل برای کاربردهای خاص خود در نظر بگیرید و آنها را با گزینه های مواد موجود برای یک فرایند تولیدی معین مقایسه کنید.

 

چگونه فرایند ساخت قطعات پلاستیک را به درستی انتخاب کنیم؟
چگونه فرایند ساخت قطعات پلاستیک را به درستی انتخاب کنیم؟

انواع پلاستیک ها

پلاستیک ها در هزاران نوع مختلف با مواد شیمیایی پایه گوناگون، مشتقات و مواد افزودنی متفاوت برای پوشش طیف وسیعی از کاربردها ارائه شده اند. برای ساده سازی فرایند یافتن مواد مناسب برای یک قطعه یا محصول خاص، ابتدا باید به دو نوع اصلی پلاستیک نگاه کنیم: ترموپلاستیک و ترموست.

ترموپلاستیک ها

ترموپلاستیک ها متداول ترین نوع پلاستیک هستند. ویژگی اصلی که این پلاستیک ها را از ترموست ها متمایز می کند، توانایی آنها در گذراندن چرخه های ذوب و انجماد متعدد و بدون تخریب قابل توجه است. ترموپلاستیک ها معمولاً به صورت ساچمه های کوچک یا ورق هایی تهیه می شوند که گرم شده و با استفاده از فرایندهای مختلف تولیدی به شکل دلخواه در می آیند. این فرایند کاملاً برگشت پذیر است زیرا هیچ اتصال شیمیایی اتفاق نمی افتد، که این امر سبب بازیافت یا ذوب و استفاده مجدد از ترموپلاستیک ها می گردد.

انواع متداول مواد ترموپلاستیک عبارتند از:

  • اکریلیک (PMMA)
  • آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)
  • پلی آمید (PA)
  • پلی لاکتیک اسید (PLA)
  • پلی کربنات (PC)
  • پلی‌اتراترکتون (PEEK)
  • پلی اتیلن (PE)
  • پلی پروپیلن (PP)
  • پلی وینیل کلراید (PVC)

پلاستیک های ترموست

در مقایسه با ترموپلاستیک ها، پلاستیک های ترموست پس از پخت در یک حالت جامد دائمی باقی می مانند. ساختار مولکولی پولیمر ها همانطور که در شکل زیر مشاهده می شود به چهار دسته خطی، شاخه ای، اتصال عرضی و شبکه ای دسته بندی می شوند. پلیمرهای موجود در مواد ترموست در طی فرایند پخت که در اثر حرارت، نور یا اشعه انجام می شوند پیوند عرضی (پیوند شیمیایی بین زنجیره های پلیمری) ایجاد می کنند. این فرایند پخت پیوند شیمیایی برگشت ناپذیری ایجاد می کند. پلاستیک های ترموست هنگام گرم شدن به جای ذوب، تجزیه می شوند و پس از خنک شدن تغییر شکل نمی دهند. بازیافت ترموست ها یا بازگرداندن مواد به اجزای اصلی آن امکان پذیر نیست.

ساختار مولکولی پولیمر ها
ساختار مولکولی پولیمر ها

انواع متداول مواد ترموست:

  • فنول فرمالدهید (با نام تجاری باکالیت)
  • اوره فرمالدهید
  • سیانات استر
  • اپوکسی
  • پلی استر
  • پلی اورتان
  • سیلیکون
  • لاستیک ولکانیزه

انواع فرایندهای تولید پلاستیک

  • پرینت سه بعدی
  • ماشینکاری  CNC
  • ریخته گری پلیمر
  • قالب گیری چرخشی
  • شکل دهی با خلأ (وکیوم فورمینگ)
  • تزریق پلاستیک
  • اکستروژن
  • قالب گیری بادی

پرینت سه بعدی

پرینتر های سه بعدی از مدل های سه بعدی CAD برای ساختن لایه به لایه محصول تا ایجاد قطعه نهایی استفاده می کنند.

فرایند ساخت در روش پرینت سه بعدی

  1. آماده سازی: نرم افزار آماده سازی چاپ برای جهت دهی و قرار دادن مدل ها روی صفحه ساخت دستگاه پرینتر، افزودن ساختارهای پشتیبانی (در صورت لزوم) و تقسیم مدل پشتیبانی شده به لایه ها استفاده می شود.
  2. چاپ: فرایند چاپ به نوع فناوری پرینت سه بعدی بستگی دارد: در روش پرینت سه بعدی FDM یک فیلامنت پلاستیکی ذوب می شود، در روش پرینت سه بعدی استریولیتوگرافی (SLA) رزین مایع سخت می گردد و در پرینتر سه بعدی SLS پودر پلاستیک ذوب می شود.
  3. عملیات پس پردازش: پس از اتمام عملیات پرینت سه بعدی، قطعات از چاپگر جدا شده و تمیز یا شسته می شوند، پخت نهایی (بسته به فناوری) انجام می شود، و ساختارهای پشتیبانی در صورت وجود حذف می شوند.
فرایند پرینت سه بعدی
فرایند پرینت سه بعدی

از آنجا که پرینتر های سه بعدی برای یک طرح جدید به ابزارآلات و زمان آماده سازی نیاز ندارند، هزینه تولید یک قطعه سفارشی در مقایسه با روش های تولید سنتی بسیار ناچیز است.

فرایندهای پرینت سه بعدی برای تولید انبوه معمولاً کندتر هستند و به نیروی کار بیشتری نیاز دارند. با پیشرفت فناوری های پرینت سه بعدی، هزینه تولید هر قطعه همچنان کاهش می یابد و دامنه کاربرد های حجم کم تا متوسط را گسترده تر می کند.

در حالی که بیشتر فرایندهای تولید پلاستیک به ماشین آلات صنعتی گران قیمت، امکانات اختصاصی و اپراتورهای ماهر نیاز دارند، تکنولوژی پرینت سه بعدی برای شرکت ها امکان ایجاد قطعات پلاستیکی و نمونه های اولیه در محل را فراهم می کند.

چاپگر های سه بعدی رومیزی جمع و جور برای ایجاد قطعات پلاستیکی مقرون به صرفه هستند و به فضای بسیار کمی نیاز دارند. همچنین این سیستم ها به مهارت خاصی نیاز ندارند که این ویژگی ها مهندسان، طراحان و تولیدکنندگان را قادر می سازد زمان روش تکرار و چرخه های تولید را از روزها یا هفته ها تا چند ساعت کاهش دهند دهند.

مواد پرینت سه بعدی

انواع مختلفی از چاپگرهای سه بعدی و فناوری های پرینت سه بعدی در بازار وجود دارد و مواد پرینت سه بعدی موجود بسته به تکنولوژی متفاوت است.

 

ماشینکاری CNC

ماشینکاری CNC شامل تراش ها، برش ها و سایر فرایندهای کاهشی تحت کنترل کامپیوتر است. این فرایند ها با بلوک های جامد، میله های فلزی یا پلاستیکی شروع می شوند که طی آن، قطعات با حذف مواد از طریق برش، فرز، سوراخ کردن و سنگ زنی شکل می گیرند.

بر خلاف اکثر فرایندهای تولید پلاستیک، ماشینکاری CNC یک فرایند ساخت کاهشی است که در آن مواد یا توسط یک ابزار چرخشی و قطعه ثابت، یا یک قطعه چرخشی و ابزار ثابت حذف می شوند.

فرایند ساخت در ماشینکاری CNC

  1. آماده سازی: دستگاه های CNC به یک مرحله تعریف و اعتبار سنجی مسیرپیشروی ابزار (CAD to CAM) نیاز دارند. مسیرهای ابزار، حرکت ابزار برش، سرعت و هر تغییر ابزار را کنترل می کنند.
  2. ماشینکاری: مسیرهای ابزار به دستگاه که فرایند کاهش از آن آغاز می شود منتقل می شوند. بسته به شکل محصول نهایی، ممکن است قطعه کار در موقعیت جدیدی تنظیم شود تا سر ابزار بتواند به مناطق جدیدی برسد.
  3. پس پردازش: پس از ساخت، تمیز کردن و حذف تراشه ها باید انجام شود.

ماشینکاری برای ساخت قطعات پلاستیکی با حجم کم و هندسه هایی که قالب گیری آنها دشوار است گزینه ایده آلی می باشد. کاربردهای معمول ماشینکاری شامل ساخت نمونه های اولیه و قطعات نهایی مانند قرقره ها، چرخ دنده ها و بوش ها است.

ماشینکاری CNC هزینه نصب و راه اندازی کم تا متوسطی دارد و می تواند قطعات پلاستیکی با کیفیت بالا را در مدت زمان فرآوری کوتاهی و با استفاده از طیف گسترده ای از مواد تولید کند.

فرایندهای ماشینکاری نسبت به پرینتر سه بعدی محدودیت های هندسی بیشتری دارند. در ماشینکاری CNC، هزینه ساخت هر قطعه با افزایش پیچیدگی قطعه افزایش می یابد.

فرایندهای ماشینکاری نیاز به امکان دسترسی به ابزار دارد و ساخت هندسه های خاصی مانند کانالهای خمیده داخلی با روشهای ساخت کاهشی معمول دشوار یا غیرممکن است.

مواد مورد استفاده در ماشینکاری CNC

اکثر پلاستیک های سخت را می توان ماشینکاری کرد. پلاستیک های ترموست نرمتر به ابزارآلات خاصی برای پشتیبانی قطعات در حین ماشینکاری نیاز دارند و پلاستیک های پر شده می توانند ساینده باشند و طول عمر ابزارهای برش را کاهش دهند.

برخی از پلاستیک های قابل ماشینکاری عبارتند از:

  • اکریلیک (PMMA)
  • آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)
  • پلی آمید (PA)
  • پلی لاکتیک اسید (PLA)
  • پلی کربنات (PC)
  • پلی‌اتراترکتون (PEEK)
  • پلی اتیلن (PE)
  • پلی پروپیلن (PP)
  • پلی وینیل کلراید (PVC)
  • پلی کربنات (PC)
  • پلی استایرن (PS)
  • پلی استال (POM)

 

ریخته گری پلیمر

در ریخته گری پلیمر، یک رزین مایع واکنش پذیر یا لاستیک قالب را پر می کند و طی واکنش شیمیایی جامد می شود. پلیمرهای معمول برای ریخته گری شامل پلی اورتان، اپوکسی، سیلیکون و اکریلیک هستند.

فرایند ساخت در ریخته گری پلیمر

  1. آماده سازی قالب: در این مرحله قالب با یک عامل آزاد کننده جهت سهولت جدا کردن قالب پوشش داده می شود و اغلب تا دمای ویژه یک ماده گرم می شود.
  2. ریخته گری: رزین مصنوعی با یک عامل پخت مخلوط شده و در قالب ریخته یا تزریق می شود تا جایی که فضای داخلی قالب را پر می کند.
  3. پخت: عملیات پخت آغاز می شود تا زمان جامد شدن ادامه می یابد. (قرار دادن قالب در معرض حرارت می تواند باعث تسریع زمان پخت برخی از پلیمرهای خاص شود).
  4. جداسازی قالب: قالب باز شده و قطعه پخته شده جدا می شود.
  5. اصلاح: پلیسه ها، راهگاه ها و شکاف ها برش داده می شوند یا از بین می روند.

قالب های انعطاف پذیر ساخته شده از لاستیک لاتکس یا لاستیک سیلیکونی ولکانیزه شده در دمای اتاق (RTV) در مقایسه با ابزار سخت ارزان هستند اما فقط تعداد محدودی (حدود ۲۵ تا ۱۰۰) ریخته گری را می توانند انجام دهند زیرا واکنش شیمیایی اورتان ها، اپوکسی ها، پلی استر و اکریلیک سطح قالب را تخریب می کند.

قالب های سیلیکونی RTV می توانند حتی کوچکترین جزئیات را تولید کنند و قطعات ریخته گری با کیفیت بالایی را ارائه دهند. پرینت سه بعدی استریولیتوگرافی یک روش معمول برای ساخت مستر قالب ها با استفاده از طرح های CAD است، دلیل این امر تا حدودی وضوح بالا و توانایی این فناوری در تولید جزئیات است.

ریخته گری پلیمر روشی نسبتاً ارزان می باشد که به سرمایه گذاری اولیه اندکی نیاز دارد، اما پلیمرهای ترموست برای ریخته گری معمولاً گرانتر از نمونه های ترموپلاستیک هستند. هر قطعه ریخته گری برای عملیات پس پردازش به نیروی کار عملی نیاز دارد که هزینه نهایی هر قطعه را در مقایسه با روشهای تولید خودکار مانند تزریق پلاستیک بالا می برد.

روش ریخته گری پلیمر معمولاً برای نمونه سازی، تولید کوتاه مدت و همچنین برخی از کاربردهای دندانپزشکی و جواهرات استفاده می شود.

مواد ریخته گری پلیمر

  • پلی اورتان
  • اپوکسی
  • پلی اتر
  • پلی استرها
  • اکریلیک
  • سیلیکون

قالب گیری چرخشی

قالب گیری چرخشی فرایندی برای ساخت اشیاء توخالی بزرگ می باشد که شامل گرم کردن یک قالب توخالی پر شده از پودر ترموپلاستیک است که حول دو محور می چرخد. فرایندهای قالب گیری چرخشی برای پلاستیک های ترموست نیز در دسترس می باشند اما در مقایسه با قالب گیری ترموپلاستیک ها کمتر معمول هستند.

فرایند ساخت قالب گیری چرخشی

  • پر کردن قالب یا charging: مقدار معینی پودر پلاستیک در حفره قالب ریخته می شود و سپس قسمتهای باقی مانده قالب نصب شده و حفره برای گرم شدن بسته می شود.
  • حرارت دهی یا heating: قالب تا زمانی که پودر پلاستیک ذوب شود و به دیواره های قالب بچسبد گرم می شود، در این مرحله به منظور اطمینان از ایجاد یک پوشش پلاستیکی یکنواخت، قالب در امتداد دو محور عمود بر هم چرخانده می شود.
  • خنک سازی یا cooling: سپس قالب به آرامی سرد می شود، در این مرحله جهت جلوگیری از ته نشینی و یا ریزش پودر، قالب همچنان درحال چرخش باقی می ماند.
  • جداسازی قطعه: پس از سرد شدن، چرخش قالب متوقف شده و قطعه از قالب جدا می شود.
• فرایند قالب گیری چرخشی انجام شده در 3 مرحله: (1) تخلیه-بارگیری (2) حرارت دهی و چرخش قالب (3) خنکسازی قالب
فرایند قالب گیری چرخشی انجام شده در ۳ مرحله: (۱) تخلیه-بارگیری (۲) حرارت دهی و چرخش قالب (۳) خنکسازی قالب

تکنیک قالب گیری چرخشی نسبت به سایر روش های قالب سازی به ابزارآلات کم هزینه تری نیاز دارد زیرا در این فرایند از نیروی گریز از مرکز به جای فشار برای پر کردن قالب استفاده می شود. قالب ها را می توان از اپوکسی یا آلومینیوم با هزینه کمتر و بسیار سریعتر از سایر فرایندهای قالب سازی، ساخت.

قالب گیری چرخشی قطعاتی با ضخامت دیواره نسبتاً یکنواختی ایجاد می کند. پس از آماده سازی ابزارآلات و فرایند، هزینه ساخت هر قطعه نسبت به اندازه قطعه بسیار کم است. همچنین می توان قطعاتی مانند لوله های داخلی و سازه ها را به قالب اضافه کرد.

این فاکتورها قالب گیری چرخشی را برای تولید کوتاه مدت یا به عنوان جایگزینی برای قالب گیری دمشی در تولیدات حجم کم به گزینه ای ایده آل تبدیل می کند. بویه ها، مخازن، اسباب بازی ها، کلاه ایمنی و بدنه قایق ها جزو محصولاتی هستند که به طور معمول به این روش ساخته می شوند.

قالب گیری چرخشی دارای برخی محدودیت های طراحی است و محصولات نهایی دارای تلرانس بازتری هستند. از آنجا که کل قالب باید گرم و سرد شود، این فرایند دارای چرخه زمانی طولانی است و نیاز به نیروی کار زیادی دارد که کارایی آن را برای کاربردهای با حجم بالاتر محدود می کند.

مواد قالب گیری چرخشی

متداول ترین مواد در قالب گیری چرخشی، پلی اتیلن (PE) است که در ۸۰٪ موارد استفاده می شود زیرا این ماده به راحتی در دمای اتاق پودر می شود.

پلاستیک های معمول در قالب گیری چرخشی عبارتند از:

  • پلی اتیلن
  • پلی پروپیلن
  • پلی وینیل کلراید
  • نایلون
  • پلی کربنات

 

شکل دهی با خلأ یا وکیوم فورمینگ

وکیوم فورمینگ یک روش ساخت است که در آن از حرارت دادن یک پلاستیک به طور معمول با استفاده از یک قالب، برای شکلدهی استفاده می شود. دستگاه های وکیوم فورمینگ از نظر اندازه و پیچیدگی با یکدیگر متفاوتند و از دستگاه های رومیزی ارزان قیمت تا ماشین آلات صنعتی خودکار را شامل می شوند. مراحل زیر روند معمول فرایند شکلدهی خلأ صنعتی را توصیف می کند.

فرایند ساخت در روش وکیوم فورمینگ

  1. بستن ورق پلاستیک: یک ورق پلاستیکی در یک فریم بسته می شود.
  2. حرارت دهی: ورق و قاب به عناصر گرم کننده نزدیک می شوند که باعث نرم شدن و انعطاف پذیری پلاستیک می گردد.
  3. ایجاد خلأ: فریم پایین آمده و پلاستیک گرم شده دور قالب کشیده می شود، خلأ ایجاد شده در این مرحله هوای بین قالب و پلاستیک را تخلیه کرده و باعث شکلدهی به پلاستیک می شود.
  4. خنک سازی و جداسازی: پس از شکل گیری قطعه روی قالب و پیش از جداسازی، باید زمانی جهت سرد شدن قطعه در نظر گرفته شود. در این مرحله از سیستم خنک کننده مانند فن ها و اسپری قطرات کوچک آب برای کاهش زمان سرد شدن استفاده می شود.
  5. اصلاح: پس از جداسازی قطعه، مواد اضافی با دست یا با استفاده از دستگاه CNC حذف می شوند.

ترموفرمینگ با خلأ: (1) یک ورق پلاستیکی تخت با حرارت نرم می شود. (2) ورق پلاستیکی نرم روی قسمت فرو رفته حفره قالب قرار می گیرد. (3) ایجاد خلأ سبب کشیدن ورق پلاستیکی به درون قالب می شود. (4) پلاستیک در تماس با سطح سرد قالب سخت می شود و قطعه از قالب جدا می گردد.
ترموفرمینگ با خلأ: (۱) یک ورق پلاستیکی تخت با حرارت نرم می شود. (۲) ورق پلاستیکی نرم روی قسمت فرو رفته حفره قالب قرار می گیرد. (۳) ایجاد خلأ سبب کشیدن ورق پلاستیکی به درون قالب می شود. (۴) پلاستیک در تماس با سطح سرد قالب سخت می شود و قطعه از قالب جدا می گردد.

هزینه ابزارآلات در روش وکیوم فورمینگ به دلیل نیروها و فشارهای کم در مقایسه با سایر تکنیک های قالب سازی کم است. قالب ها برای تولید کوتاه مدت و قطعات سفارشی از چوب، گچ یا رزین های پرینت سه بعدی ساخته می شوند. تولید کنندگان برای تولید در حجم بالا از ابزارآلات فلزی با دوام تر استفاده می کنند.

با توجه به میزان گسترده ماشین آلات ترموفرمینگ و وکیوم فورمینگ موجود، ترموفرمینگ برای هرگونه کاربرد از محصولات سفارشی یا نمونه های اولیه تا تولید انبوه ایده آل است. با این حال، این فرایند فقط آزادی هندسی محدودی را ارائه می دهد و فقط می تواند برای ساخت قطعات با دیواره های نسبتاً نازک و هندسه های ساده مورد استفاده قرار گیرد.

قطعات ساخته شده به این روش معمولاً شامل بسته بندی محصول، پاشور حمام، بدنه قایق و محصولات سفارشی مانند الاینر دندان می باشند.

مواد وکیوم فورمینگ

بیشتر ترموپلاستیک ها را می توان برای ترموفرمینگ مورد استفاده قرار داد، که این امر انعطاف پذیری در انتخاب مواد را افزایش میدهد. پلاستیک هایی که معمولاً برای ترموفرمینگ استفاده می شوند عبارتند از:

  • اکریلیک (PMMA)
  • آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)
  • پلی اتیلن ترفتالات گلیکول (PETG)
  • پلی پروپیلن (PP)
  • پلی وینیل کلراید (PVC)
  • پلی کربنات (PC)
  • پلی استایرن (PS)
  • پلی اتیلن (PE)

 

تزریق پلاستیک

تزریق پلاستیک با تزریق ترموپلاستیک مذاب در قالب کار می کند. این فرایند معمول ترین روش مورد استفاده برای تولید انبوه قطعات پلاستیکی است.

فرایند تزریق پلاستیک

  1. آماده سازی قالب: پس از تعبیه قطعه، این تنظیمات با دست یا به صورت رباتیکی اضافه می شوند. قالب توسط پرس هیدرولیک بسته می شود.
  2. تزریق پلاستیک: ساچمه های پلاستیکی کوچک ذوب شده و از طریق یک محفظه گرم توسط یک پیچ تزریق می شوند.
  3. قالب گیری: پلاستیک مذاب به داخل قالب تزریق می شود.
  4. خنک سازی و جداسازی: قطعه تا زمانی که به اندازه کافی برای جدا شدن از قالب سخت شده باشد، سرد می شود.
  5. پس پردازش: پلیسه ها و راهگاه ها اغلب به طور خودکار به عنوان بخشی از فرایند باز شدن قالب، از قطعه جدا می شوند.
• نمودار دستگاه قالب گیری تزریقی، از نوع پیچ رفت و برگشتی (برخی از جزئیات مکانیکی ساده شده است.)
نمودار دستگاه قالب گیری تزریقی، از نوع پیچ رفت و برگشتی (برخی از جزئیات مکانیکی ساده شده است.)

قالب های تزریق پلاستیک بسیار پیچیده هستند و برای تولید قطعات با کیفیت بالا با تلرانس بسته تولید شوند. این قالب ها به دلیل درجه حرارت بالا و فشارها در این فرایند، از فلزاتی مانند فولاد سخت شده ساخته می شوند. قالب های آلومینیومی نرم تر ارزانتر هستند و به طور معمول برای تولید متوسط​ استفاده می شود.

از تزریق پلاستیک می توان برای تولید قطعات بسیار پیچیده استفاده کرد، اما هندسه های خاص هزینه را به میزان قابل توجهی افزایش می دهند. ایجاد قالب های جدید برای تزریق پلاستیک ممکن است ماه ها طول بکشد و هزینه های زیادی در بر داشته باشد.

با وجود هزینه های اولیه بالا، هنگامی که ابزارآلات تولید به کار افتاد زمان تولید قطعه فقط چند ثانیه طول می کشد و میلیون ها قطعه با کیفیت بالا می توانند با کسری از هزینه سایر فرایندهای تولیدی تولید شوند.

مواد تزریق پلاستیک

فرایند تزریق پلاستیک را می توان تقریباً با هر نوع ترموپلاستیکی انجام داد. روش مشابهی که با عنوان تزریق پلاستیک واکنشی (RIM) شناخته می شود برای ساخت قطعات با استفاده از پلاستیک های ترموست مناسب است.

پلاستیک هایی که معمولاً در تزریق پلاستیک استفاده می شوند عبارتند از:

  • اکریلیک (PMMA)
  • آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)
  • پلی اتیلن ترفتالات گلیکول (PETG)
  • پلی پروپیلن (PP)
  • پلی وینیل کلراید (PVC)
  • پلی کربنات (PC)
  • پلی استایرن (PS)
  • پلی اتیلن (PE)
  • پلی آمید (PA)

 

اکستروژن

قالب گیری به روش اکستروژن با هدایت پلاستیک به سمت قالب کار می کند. شکل قالب یک مقطع از قطعه نهایی است.

فرایند ساخت اکستروژن

  1. اکستروژن پلاستیک: پلاستیک گرم می شود و از طریق محفظه گرم به سمت پیچ هدایت می شود.
  2. قالب گیری: پلاستیک با فشار از قالب عبور کرده و شکل نهایی قطعه را ایجاد می کند.
  3. خنک سازی: پلاستیک اکسترود شده خنک می شود.
  4. برش: شکل مداوم آن به طول های مورد نظر برش داده می شود.

اجزا و نمودار یک اکسترودر (تک پیچ) برای پلاستیک ها و الاستومرها.
اجزا و نمودار یک اکسترودر (تک پیچ) برای پلاستیک ها و الاستومرها.

ماشین آلات اکستروژن به دلیل پیچیدگی کمتر و عدم نیاز به سطح دقت بالا، در مقایسه با سایر ماشین آلات صنعتی مانند CNC یا تزریق پلاستیک نسبتاً ارزان هستند. قالبها نیز با توجه به اشکال ساده آنها، قیمت کمتری دارند و هزینه ابزارآلات کسری از هزینه قالب ها در روش قالب گیری تزریق است.

قالب گیری اکستروژن دقیقاً مانند تزریق پلاستیک یک فرایند تقریباً مداوم است که باعث می شود قیمت قطعات اکسترود شده بسیار پایین باشد.

اشکال و هندسه های قابل تولید با استفاده از اکستروژن، محدود به محصولاتی با پروفیل مداوم مانند مقاطع T، مقاطع I، مقاطع L، مقاطع U و مقاطع مربع یا دایره می شوند. کاربرد های معمول این روش شامل ساخت  لوله ها، شلنگ ها، نی ها و قالب های قاب پنجره است.

مواد اکستروژن

تقریباً هر نوع ترموپلاستیک با استفاده از این روش قابل ساخت است از جمله:

  • اکریلیک (PMMA)
  • آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)
  • پلی آمید (PA)
  • پلی اتیلن ترفتالات گلیکول (PETG)
  • پلی کربنات  (PC)
  • پلی استایرن (PS)
  • پلی اتیلن (PE)
  • پلی پروپیلن (PP)
  • پلی وینیل کلراید (PVC)

 

قالب گیری بادی

قالب گیری بادی یک تکنیک ساخت است که برای ایجاد قطعات پلاستیکی توخالی استفاده می شود. در این فرایند با دمیدن هوای فشرده درون یک لوله پلاستیکی گرم شده که در داخل قالب قرار گرفته است، هندسه مورد نظر را شکل می دهند.

فرایند ساخت قالب گیری بادی

  1. آماده سازی قالب: ساچمه های پلاستیکی کوچک ذوب می شوند و به شکل یک لوله توخالی در می آیند که بسته به نوع قالبگیری دمشی، parison یا پریفرم نامیده می شوند.
  2. قالب گیری: در این مرحله parison درون قالب بسته می شود و توسط هوای فشرده باد می شود تا زمانی که به شکل داخل قالب درآید.
  3. خنک سازی و جداسازی: قطعه تا زمانی که به اندازه کافی برای جداسازی سخت شود، درون قالب سرد می شود.

قالب گیری بادی اکستروژن: (1) اکستروژن parison؛ (2) parison در بالا بسته می شود و در قسمت پایین با اتصال دو نیمه قالب، حول یک پین دمشی فلزی مهرو موم می شود. (3) لوله باد می شود و به شکل حفره قالب در می آید. (4) قالب برای جداسازی قطعه جامد باز می شود.
قالب گیری بادی اکستروژن: (۱) اکستروژن parison؛ (۲) parison در بالا بسته می شود و در قسمت پایین با اتصال دو نیمه قالب، حول یک پین دمشی فلزی مهرو موم می شود. (۳) لوله باد می شود و به شکل حفره قالب در می آید. (۴) قالب برای جداسازی قطعه جامد باز می شود.

قالب گیری بادی در فشارهای بسیار کمتری در مقایسه با تزریق پلاستیک کار می کند که سبب هزینه کمتر ابزارآلات در این روش می گردد. این تکنولوژی دقیقاً مانند تزریق پلاستیک و اکستروژن، یک فرایند پیوسته است که می تواند به طور کامل به صورت خودکار انجام شود و در نتیجه دارای سرعت تولید بالا و قیمت واحد پایین است.

قالب گیری بادی معمول ترین فرایند ساخت محصولات پلاستیکی توخالی در مقیاس بالا است. کاربردهای معمول این فناوری شامل ساخت بطری ها، اسباب بازی ها، اجزای خودرو، قطعات صنعتی و بسته بندی می باشد.

مواد قالب گیری بادی

قالب گیری بادی را می توان با انواع مواد ترموپلاستیک انجام داد که نمونه های متداول آن عبارتند از:

  • آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)
  • پلی کربنات (PC)
  • پلی پروپیلن (PP)
  • پلی وینیل کلراید (PVC)
  • پلی استایرن (PS)
  • پلی‌اتیلن ترفتالات (PET)

 

ساخت سریع قطعات پلاستیکی با استفاده از تکنولوژی پرینت سه بعدی

فرایندهای تولید قطعات پلاستیکی به طور مداوم در حال تکامل هستند و نقاط عطفی که استفاده از یک تکنیک را منطقی می کند به دلیل پیشرفت تجهیزات، مواد و صرفه جویی مقیاس در حال تغییر می باشند.

پرینت سه بعدی یک روش جدید و در عین حال سریع است که با بهبود سخت افزار و مواد و کاهش هزینه های تولید هر قطعه، دامنه وسیع تری برای تولیدات در حجم کم تا متوسط را باز می کند.

منبع: https://formlabs.com

در صورت تمایل میتوانید فایل PDF این مقاله را در قسمت زیر دانلود و با ذکر منبع مورد استفاده قرار دهید.

مروری بر فرایند های ساخت قطعات پلاستیکی

مطالب مرتبط

یک دیدگاه در “مروری بر فرایند های ساخت قطعات پلاستیکی

  1. سلام
    اگر بخواهیم بین تزریق پلاستیک و پرینت سه بعدی یک روش برای تولید قطعه انتخاب کنیم چه معیار هایی وجود داره؟

    1. سلام
      بین تزریق پلاستیک و پرینت سه بعدی در طراحی قطعه تفاوت هایی وجود داره، یعنی اولا اگر قرار است، قطعه با پرینتر سه بعدی تولید بشه باید هندسه قطعه متناسب با پرینت سه بعدی تغییر کنه
      در مورد قیمت هم به تعداد تولید بستگی داره، در تزریق پلاستیک با افزایش تیراژ هزینه اولیه تقسیم میشه، در پرینت سه بعدی در تعداد قیمت به صورت خطی افزایش پیدا می کند
      بنابراین در تعداد کم پرینت سه بعدی و در تعداد بالا ساخت قالب تزریق پلاستیک صرفه دارد

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *