Formowanie wtryskowe jest procesem produkcyjnym szeroko stosowanym do produkcji przedmiotów, od zabawek i bibelotów plastikowych po samochodowe panele nadwozia, butelki z wodą i etui na telefony komórkowe. Płynne tworzywo sztuczne jest wtłaczane do formy i utwardza się - brzmi to prosto, ale jest złożonym procesem. Stosowane ciecze różnią się od gorącego szkła po różne tworzywa sztuczne - termoutwardzalny i termoplastyczny.
Historia
Pierwsza wtryskarka została opatentowana w 1872 r., A celuloid wykorzystano do produkcji prostych przedmiotów codziennego użytku, takich jak grzebienie do włosów.
Zaraz po drugiej wojnie światowej opracowano znacznie udoskonalony proces formowania wtryskowego - „wtrysk śrubowy”, który jest obecnie najczęściej stosowaną techniką. Jego wynalazca, James Watson Hendry, opracował później „rozdmuchiwanie”, które jest wykorzystywane na przykład do produkcji nowoczesnych plastikowych butelek.
Rodzaje tworzyw sztucznych
Tworzywa sztuczne stosowane w formowaniu wtryskowym to polimery - chemikalia - termoutwardzalne lub termoplastyczne. Tworzywa termoutwardzalne są ustalane przez zastosowanie ciepła lub poprzez reakcję katalityczną. Po utwardzeniu nie można ich ponownie przetopić i ponownie użyć - proces utwardzania jest chemiczny i nieodwracalny. Termoplasty można jednak podgrzewać, topić i ponownie wykorzystywać.
Tworzywa termoutwardzalne obejmują żywica epoksydowa, żywice poliestrowe i fenolowe, a tworzywa termoplastyczne obejmują nylon i polietylen. Dostępnych jest prawie dwadzieścia tysięcy tworzyw sztucznych do formowania wtryskowego, co oznacza, że istnieje idealne rozwiązanie dla prawie wszystkich wymagań formowania.
Szkło nie jest polimerem, więc nie pasuje do przyjętej definicji tworzywa termoplastycznego - choć można go stopić i poddać recyklingowi.
Forma
Produkcja form była historycznie wysoce wykwalifikowanym rzemiosłem („wykrawaniem”). Forma jest zwykle w dwóch głównych zespołach zaciśniętych razem w prasie. Wykonanie formy często wymaga złożonego projektu, wielu operacji maszynowych i wysokiego poziomu umiejętności.
Narzędzie to zazwyczaj stal lub miedź berylowa, która jest używana do produkcji form wymagających obróbki cieplnej w celu jej utwardzenia. Aluminium jest tańszy i łatwiejszy w obróbce i może być stosowany do produkcji krótszej serii. Obecnie sterowane komputerowo techniki frezowania i erozji iskrowej („EDM”) umożliwiły wysoki stopień automatyzacji procesu produkcji form.
Niektóre formy są zaprojektowane do produkcji kilku powiązanych części - na przykład modelowego zestawu do samolotu - i są one znane jako formy rodzinne. Inne projekty form mogą mieć kilka kopii („wycisków”) tego samego wyrobu wyprodukowanych w jednym „strzale” - to znaczy jednym wtrysku plastiku do formy.
Jak działa formowanie wtryskowe
Istnieją trzy główne jednostki, które składają się na wtryskarkę - lej zasypowy, bęben grzewczy i siłownik. Plastik w leju jest w postaci granulatu lub proszku, chociaż niektóre materiały, takie jak kauczuk silikonowy, mogą być płynne i mogą nie wymagać ogrzewania.
Po osiągnięciu formy w postaci gorącego płynu tłok („śruba”) wtłacza ciecz do ściśle zaciśniętej formy i zestaw cieczy. Bardziej lepkie stopione tworzywa sztuczne wymagają wyższych ciśnień (i wyższych nacisków), aby wtłoczyć tworzywo do każdej szczeliny i rogu. Plastik ochładza się, gdy metalowa forma odprowadza ciepło, a następnie prasę poddaje się cyklom w celu usunięcia formy.
Jednak w przypadku tworzyw termoutwardzalnych forma zostanie podgrzana w celu zestalenia tworzywa.
Zalety formowania wtryskowego
Formowanie wtryskowe umożliwia wytwarzanie skomplikowanych kształtów, z których niektóre mogą być prawie niemożliwe do wyprodukowania ekonomicznie za pomocą innych środków.
Szeroka gama materiałów umożliwia prawie dokładne dopasowanie właściwości fizycznych wymaganych przez artykuł, oraz wielowarstwowe formowanie umożliwia dostosowanie właściwości mechanicznych i atrakcyjnego wyglądu - nawet w Szczoteczka do zębów
Zasadniczo jest to proces tani, prawdopodobnie o minimalnym wpływie na środowisko. W tym procesie powstaje niewiele złomu, który jest wytwarzany i jest ponownie mielony i ponownie wykorzystywany.
Wady formowania wtryskowego
Inwestycja w oprzyrządowanie - wykonanie formy - zazwyczaj wymaga dużej produkcji w celu odzyskania inwestycji, choć zależy to od konkretnego wyrobu.
Produkcja oprzyrządowania zajmuje dużo czasu, a niektóre części nie nadają się do praktycznego zaprojektowania formy.
Ekonomika formowania wtryskowego
Wysokiej jakości forma, mimo stosunkowo wysokich kosztów, będzie w stanie uzyskać setki tysięcy „wrażeń”.
Sam plastik jest dość tani i pomimo energii wymaganej do jego podgrzania i poddania cyklowi naciśnij (aby usunąć każde wrażenie), proces może być ekonomiczny nawet w przypadku najbardziej podstawowych przedmiotów, takich jak butelka Czapki.
Tanie formowanie wtryskowe doprowadziło ostatecznie do jednorazowość - na przykład maszynki do golenia i długopisy.
W związku z opracowywaniem kilkuset nowych mieszanek tworzyw sztucznych każdego roku i nowoczesnymi technikami formowania, formowanie wtryskowe z pewnością wzrośnie w ciągu następnych pięćdziesięciu lat. Chociaż termoutwardzalnych tworzyw sztucznych nie można poddać recyklingowi, ich zastosowanie, szczególnie w przypadku elementów o wysokiej precyzji, również będzie rosło.