تزریق
قالبگیری تزریقی (Injection Molding)
در فرآیند قالبگیری تزریقی، گرانولهای پلیمری با استفاده از پیستون (Ram) یا پیچ مارپیچ (Screw) فشرده شده، حرارت داده میشوند تا به حالت مذاب درآیند و سپس تحت فشار به داخل یک قالب سرد و دوتکه تزریق میشوند (شکل 26.3(b)). 🔹 پس از تزریق، پلیمر تا دمایی کمتر از دمای انتقال شیشهای (Tg) سرد شده، سپس قالب باز شده و محصول از آن خارج میشود. 🔹 برای جبران انقباض پلیمر در قالب، مقداری ماده اضافی تزریق میشود. 🔹 مولکولهای پلیمر در حین تزریق به موازات جهت جریان قرار میگیرند که باعث افزایش استحکام میشود، اما خواص ماده را ناهمسانگرد (Anisotropic) میکند. ✅قالبگیری تزریقی یک فرآیند بسیار دقیق است، زیرا پلیمر در حین اعمال فشار سرد میشود. ❌ با این حال، این روش نسبتاً کند است (چرخه تولید بین ۱ تا ۵ دقیقه طول میکشد) و ساخت قالبها هزینه بالایی دارد. ✅دمای قالبگیری برای ترموپلاستیکها بین ۱۵۰ تا ۳۵۰ درجه سانتیگراد است (۱.۳ تا ۱.۶ برابر دمای Tg). ✅ برای ایجاد جزئیات دقیق، فشارهای بسیار بالایی مورد نیاز است که معمولاً بین ۳۰ تا ۱۲۰ مگاپاسکال (MN/m²) متغیر است.انواع قالبگیری تزریقی
۱. قالبگیری تزریقی با گاز (Gas-Assisted Injection Molding)
🔹 در این روش، گاز (معمولاً نیتروژن) به داخل پلیمر مذاب در هنگام قالبگیری تزریق میشود. 🔹 این گاز مذاب را به سمت دیوارههای قالب فشار داده و باعث ایجاد قسمتهای توخالی یا کاهش مصرف مواد اولیه میشود.۲. قالبگیری تزریقی دیواره نازک (Thin-Wall Injection Molding)
🔹 این روش برای تولید قطعاتی با دیوارههای نازکتر از ۱ میلیمتر طراحی شده است. 🔹 نیازمند قالبهای مخصوص و ماشینآلاتی با فشار بالا و چرخه زمانی سریع است.۳. قالبگیری تزریقی لاستیک سیلیکونی مایع (LSR Injection Molding)
🔹 این روش بهطور ویژه برای قالبگیری لاستیک سیلیکونی مایع (LSR) که یک ماده ترموست است، به کار میرود. 🔹 LSR به داخل یک قالب گرم تزریق شده و در آنجا به یک قطعه انعطافپذیر و بادوام تبدیل میشود.۴. قالبگیری فوم ساختاری (Structural Foam Molding)
🔹 در این فرآیند، یک عامل فومزا یا گاز به پلیمر اضافه میشود که باعث ایجاد یک هسته داخلی سبک و یک پوسته خارجی جامد در قطعه تولیدی میشود. 🔹 این روش چگالی و وزن قطعات را کاهش داده اما استحکام آنها را حفظ میکند.۵. قالبگیری تزریقی فلز (Metal Injection Molding - MIM)
🔹در این فرآیند، پودر فلز با یک بایندر پلیمری ترکیب شده و مخلوط حاصل (Feedstock) به داخل قالب تزریق میشود. 🔹 پس از قالبگیری، بایندر حذف شده و قطعه در فرآیند تفجوشی (Sintering) به یک قطعه فلزی متراکم تبدیل میشود.مزایای قالبگیری تزریقی
مقرونبهصرفه برای تولید در مقیاس بالا (هزاران قطعه در یک روز کاری تولید میشود). قابلیت استفاده از طیف گستردهای از مواد، هم عمومی و هم تخصصی. امکان طراحی پیچیده و دقیق، تنها محدود به طراحی قالب، ویژگیهای مواد و هزینهها. امکان تولید قطعاتی بسیار کوچک (به اندازه دانه برنج) تا قطعات بسیار بزرگ مانند داشبورد خودرو. تولید قطعات پیچیده که با روشهای ساخت سنتی امکانپذیر نیست. روش کمهدررفت یا بدون ضایعات، با قابلیت بازیافت ۱۰۰٪ مواد زائد و استفاده مجدد در قالبگیری جدید.معایب قالبگیری تزریقی
❌هزینه بالای اولیه برای طراحی و ساخت قالب و تجهیزات مورد نیاز. ❌ زمان طولانی برای طراحی و ساخت قالب، که فرآیند راهاندازی را کند میکند. ❌ محدودیتهای مواد و احتمال بروز نقص در قطعات تولید شده. ❌ چالشهای زیستمحیطی و پایداری به دلیل مصرف بالای انرژی و استفاده از مواد پلاستیکی. ❌ نیاز به مهندسی دقیق در طراحی قطعات، زیرا هر تغییر نیازمند اصلاح قالب است. ❌ بهترین گزینه برای تولیدات با حجم بالا، اما برای تولیدات کمتیراژ مقرونبهصرفه نیست.کاربردهای قالبگیری تزریقی
قالبگیری تزریقی در بسیاری از صنایع برای تولید قطعات پلاستیکی در حجم بالا مورد استفاده قرار میگیرد. این فرآیند در ترکیب با روشهای مختلف، کاربردهای بیپایانی دارد. برخی از مهمترین موارد استفاده عبارتاند از: 🔹 قطعات خودرویی: داشبورد، دستگیرهها، قطعات داخلی و خارجی خودرو 🔹 بستهبندی مواد غذایی و نوشیدنی: ظروف پلاستیکی، بستهبندیهای مقاوم 🔹 مواد اولیه صنعتی: قرقرهها، میلهها، لولههای پلاستیکی 🔹 اسباببازیها و مجسمههای پلاستیکی 🔹 قطعات مبلمان: پایهها، قابها، دستگیرهها 🔹 اتصالات و بستهای صنعتی: پیچ و مهرههای پلاستیکی 🔹 قطعات مکانیکی: چرخدندهها، پمپها، اتصالات متحرک 🔹 قطعات سختافزاری و بدنههای الکترونیکی: قاب موبایل، بدنه لپتاپ، تجهیزات برقی 🔹 قطعات تجهیزات پزشکی: سرنگها، محفظههای دستگاههای پزشکی، قطعات ایمپلنت 🔹 قطعات عمومی پلاستیکی: محصولات مصرفی روزمرهجمعبندی
✅قالبگیری تزریقی یکی از پرکاربردترین روشهای تولید قطعات پلاستیکی در حجم بالا است. ✅ این روش قابلیت تولید قطعات با دقت بالا و طراحی پیچیده را فراهم میکند. ✅ هزینه اولیه بالایی دارد، اما در تولید انبوه بسیار مقرونبهصرفه است. ✅ دارای کاربردهای گسترده در صنایع مختلف، از خودروسازی گرفته تا بستهبندی، پزشکی و الکترونیک است. ❌ برای تولیدات کمتیراژ یا تغییرات مکرر در طراحی، ممکن است بهترین گزینه نباشد.قالبگیری چرخشی
فرآیند قالبگیری چرخشی (Rotational Molding) یک روش ساده اما مؤثر است. در این تکنیک، یک ماده پلاستیکی، معمولاً به صورت پودر، داخل یک قالب توخالی قرار میگیرد. این قالب معمولاً از آلومینیوم ریختهگری شده یا از ورق فولادی ساخته میشود. پس از مهر و موم شدن، قالب به آرامی حول دو محور چرخیده و همزمان در داخل یک کوره گرم میشود. با افزایش دما، پودر پلاستیکی ذوب شده و به طور یکنواخت سطح داخلی قالب را پوشش میدهد. هنگامی که پلاستیک کاملاً مایع شد، قالب به ایستگاه خنککننده منتقل میشود، جایی که با استفاده از هوا یا گاهی اوقات یک مه ریز از آب، خنک میشود. در این مرحله، پلاستیک به تدریج جامد شده و شکل نهایی خود را به دست میآورد. پس از اینکه ماده به اندازه کافی خنک شد و از سطح قالب جدا شد، فرآیند متوقف میشود و محصول نهایی از قالب خارج میشود.
انواع قالبگیری چرخشی
- قالبگیری چرخشی مدل Clamshell
- از یک دستگاه تکدستگاهی با کوره و اتاق خنککننده ترکیب شده استفاده میشود.
- مناسب برای تولیدات کوچک یا نمونهسازی.
- کمتر کارآمد از دستگاههای چنددستگاهی اما فضای کمتری نیاز دارد.
- قالبگیری چرخشی مدل Rock and Roll
- طراحی شده برای تولید محصولات بلند و باریک مانند کایاکها و قایقها.
- قالب در یک محور میچرخد و در محور دیگری به جلو و عقب میرود.
- ایدهآل برای ساخت قطعات بزرگ و کشیده با ضخامت دیواره یکنواخت.
- قالبگیری چرخشی مدل Shuttle
- دارای دو بازو است که بین ایستگاههای حرارتدهی و خنککنندگی جابهجا میشوند.
- امکان قالبگیری و خنکسازی همزمان را فراهم میآورد و کارایی تولید را افزایش میدهد.
- مناسب برای تولیدات مقیاس متوسط تا بزرگ.
- قالبگیری چرخشی مدل Vertical
- از یک سیستم چرخشی عمودی به جای محور افقی سنتی استفاده میشود.
- کنترل بیشتری روی توزیع مواد فراهم میآورد.
- کمتر رایج است اما برای کاربردهای خاصی که نیاز به کنترل دقیق ضخامت دارند، مفید است.
- قالبگیری چرخشی مدل Carousel
- رایجترین و کارآمدترین نوع، معمولاً دارای سه تا چهار بازو.
- قالبها به طور مداوم بین ایستگاههای بارگذاری، حرارتدهی، خنککنندگی و تخلیه حرکت میکنند.
- ایدهآل برای تولیدات با حجم بالا و تولیدات مقیاس بزرگ.
مزایای قالبگیری چرخشی
- ابزار با هزینه پایین – هزینه قالبها نسبت به قالبگیری تزریقی یا قالبگیری بادی ارزانتر است.
- ضخامت یکنواخت دیوارهها – تضمین میکند که توزیع مواد یکنواخت بوده و نقاط ضعیف وجود ندارد.
- ساختارهای بدون درز و توخالی – قطعات یکتکه بدون درز یا جوش تولید میکند.
- انعطافپذیری در طراحی – امکان تولید اشکال پیچیده، شیارها و ویژگیهای یکپارچه را فراهم میآورد.
- محصولات قوی و بادوام – مقاومت بالای ضربه با گوشههای تقویت شده.
- محدوده وسیعی از مواد – میتوان از پلیاتیلن (PE)، پلیپروپیلن (PP) و نایلون استفاده کرد.
- کمترین ضایعات مواد – پلاستیک اضافی میتواند بازیافت و مجدداً استفاده شود.
- قابلیت تولید قطعات بزرگ – ایدهآل برای ساخت مخازن، ظروف و محصولات پلاستیکی بزرگ.
- فرآیند ثابت و قابل تکرار – تضمین یکنواختی در تولید انبوه.
- فرآیند دوستدار محیطزیست – مصرف انرژی پایینتر و مواد قابل بازیافت.
معایب قالبگیری چرخشی
- زمانهای چرخه طولانیتر – این فرآیند نسبت به قالبگیری تزریقی یا بادی کندتر است.
- هزینه بالای مواد – محدود به ترموپلاستیکهای خاص که ممکن است گرانتر باشند.
- محدودیت در قطعات توخالی – برای قطعات جامد یا قطعات کوچک با جزئیات زیاد مناسب نیست.
- دقت و تحمل پایینتر – دقت کمتری در کنترل ابعاد نسبت به قالبگیری تزریقی.
- محدودیت در اتوماسیون – فرآیند بیشتری نیاز به نیروی کار دارد که منجر به افزایش هزینههای تولید در تولیدات بزرگ میشود.
- محدودیت در ظاهر سطحی – ممکن است نیاز به پردازش پس از تولید برای سطح صاف یا براق باشد.
- کارایی پایینتر تولید – به دلیل زمانهای طولانیتر چرخه، برای تولیدات با حجم بالا مناسب نیست.
- نیاز به دیوارههای ضخیمتر برای استحکام – قطعات دیواره نازک ممکن است قدرت لازم را نداشته باشند.
- زمان خنکسازی طولانی – مدت زمان خنکسازی طولانیتر باعث افزایش زمان تولید کلی میشود.
کاربردهای قالبگیری چرخشی
- مخازن ذخیرهسازی – مخازن آب، مخازن سوخت و ظروف ذخیرهسازی مواد شیمیایی.
- قطعات خودرویی – مخازن سوخت، مجاری هوا، گلگیرها و سرپوشها.
- ظروف صنعتی – سطلها، هاپرها و ظروف حمل و نقل.
- تجهیزات پارک ها – سرسرهها، سازههای صعودی و وسایل بازی بیرونی.
- مبلمان – صندلیهای پلاستیکی مدرن، میزها و اقلام تزئینی.
- صنعت دریایی و قایقرانی – کایاکها، قایقها، شناورها و لنگرگاهها.
- تجهیزات پزشکی – محفظهها، پوششها و دستگاههای پشتیبانی بیماران.
- محصولات کشاورزی – سطلهای ذخیرهسازی خوراک دام، تشتهای آب و مخازن آبیاری.
- لوازم ورزشی – کلاه ایمنی، مخروطها و پوششهای حفاظتی.
- ایمنی جادهای و ترافیک – موانع، مخروطهای ترافیکی و علامتهای جادهای.
- کالاهای مصرفی – کولرها، جعبه ابزارها.