دليل لعمليات تصنيع البلاستيك الحديثة

هنا، نوضح بالتفصيل ثمانية من أهم تقنيات تصنيع البلاستيك المستخدمة في الصناعة اليوم.

1. الطباعة ثلاثية الأبعاد (التصنيع بالإضافة)

تقوم طابعات 3D ببناء أجزاء ثلاثية الأبعاد مباشرة من ملفات CAD. تعمل العملية عن طريق إضافة المواد طبقة تلو الأخرى حتى يكتمل الكائن النهائي. يتناقض هذا النهج الإضافي بشكل حاد مع الطرق التقليدية الطرحية.

العملية:

1. إعداد الطباعة: يستخدم المشغل برنامجًا متخصصًا لتوجيه النموذج الرقمي في مساحة بناء افتراضية. ثم يقوم البرنامج بتقطيع النموذج إلى طبقات أفقية رقيقة وينشئ مسار أداة للطابعة. إذا لزم الأمر، يضيف البرنامج هياكل الدعم.
2. الطباعة: تقوم الطابعة بتنفيذ مسار الأداة طبقة تلو الأخرى. تحدد التكنولوجيا المحددة كيفية إضافة المواد. يقوم نمذجة الترسيب المنصهر (FDM) ببثق خيوط بلاستيكية منصهرة. تستخدم الطباعة الحجرية المجسمة (SLA) ليزرًا لمعالجة راتنج البوليمر الضوئي السائل. يستخدم تلبيد الليزر الانتقائي (SLS) ليزرًا لصهر البلاستيك المسحوق.
3. ما بعد المعالجة: بعد الطباعة، يقوم المشغل بإزالة الجزء من الطابعة. اعتمادًا على التكنولوجيا، قد يتطلب الجزء التنظيف والغسيل والمعالجة اللاحقة لتحقيق خصائصه النهائية. ثم يقوم المشغل بإزالة أي هياكل دعم.

تزيل الطباعة ثلاثية الأبعاد الحاجة إلى الأدوات، مما يقلل بشكل كبير من أوقات الإعداد وتكاليف الأجزاء المخصصة. ومع ذلك، فهي بشكل عام أبطأ وأكثر كثافة في اليد العاملة لكل جزء من طرق الإنتاج الضخم. مع تقدم التكنولوجيا، تتحسن فعاليتها من حيث التكلفة، مما يجعلها قابلة للتطبيق لعمليات الإنتاج منخفضة إلى متوسطة الحجم.

2. التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي

التصنيع باستخدام الحاسب الآلي (التحكم الرقمي بالكمبيوتر) هي عملية تصنيع بالطرح. تستخدم أدوات يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر مثل المطاحن والمخارط والمطاحن لإزالة المواد بشكل انتقائي من كتلة صلبة من البلاستيك أو المعدن، والمعروفة باسم قطعة العمل.

العملية:

1. إعداد الوظيفة: يقوم المبرمج أولاً بتحويل نموذج CAD إلى ملف CAM (التصنيع بمساعدة الكمبيوتر). يحتوي هذا الملف على مسارات الأدوات التي توجه حركات وسرعات أدوات القطع.
2. التشغيل الآلي: يرسل المشغل مسارات الأدوات إلى آلة CNC. بالنسبة للطحن، تزيل أداة دوارة المواد من قطعة عمل ثابتة. بالنسبة للدوران على المخرطة، تدور قطعة العمل عكس أداة قطع ثابتة.
3. ما بعد المعالجة: بمجرد اكتمال التشغيل الآلي، يقوم المشغل بتنظيف الجزء وإزالة الحواف الحادة وتقليم أي مواد زائدة.

يعتبر التصنيع باستخدام الحاسب الآلي مثاليًا لإنتاج الأجزاء البلاستيكية منخفضة الحجم بتفاوتات وهندسة دقيقة للغاية يصعب تشكيلها. إنه يتفوق في إنشاء نماذج أولية وأجزاء وظيفية للاستخدام النهائي مثل التروس والتركيبات. في حين أن تكاليف الإعداد معتدلة، إلا أن تعقيد الجزء يمكن أن يزيد بشكل كبير من وقت وتكلفة التشغيل الآلي.

3. صب البوليمر

يتضمن صب البوليمر سكب راتينج تفاعلي سائل أو مطاط في قالب. ثم يخضع المادة لتفاعل كيميائي ويتصلب ليصبح الجزء النهائي.

العملية:

1. تحضير القالب: يقوم المشغل بوضع عامل تحرير على الأسطح الداخلية للقالب لمنع التصاق الجزء. في بعض الأحيان، يقومون بتسخين القالب مسبقًا إلى درجة حرارة معينة.
2. الصب: يقوم المشغل بخلط راتينج صناعي مع عامل معالجة ويصبه أو يحقنه في تجويف القالب.
3. المعالجة: تتصلب المادة داخل القالب حتى تتصلب. يمكن أن يؤدي تطبيق الحرارة إلى تسريع هذه العملية لبعض البوليمرات.
4. إخراج من القالب: يفتح المشغل القالب ويزيل الجزء المعالج بعناية.
5. التشذيب: أخيرًا، يقوم المشغل بقطع أو صنفرة أي مصنوعات مثل الوميض أو القنوات.

قوالب صب البوليمر، غالبًا ما تكون مصنوعة من مطاط السيليكون RTV، غير مكلفة مقارنة بأدوات الصلب الصلبة المستخدمة في قولبة الحقن. هذا يجعل العملية ممتازة للنماذج الأولية والتشغيلات الإنتاجية القصيرة. ومع ذلك، غالبًا ما تكون راتنجات صب المواد المتصلدة بالحرارة أغلى من المواد البلاستيكية الحرارية، والعملية كثيفة العمالة، مما يؤدي إلى ارتفاع التكلفة لكل جزء.

4. القولبة الدورانية

القولبة الدورانية، أو التشكيل الدوراني، هي عملية فريدة لإنشاء أجسام بلاستيكية كبيرة مجوفة. وهي تنطوي على تسخين قالب مجوف مملوء بالبلاستيك المسحوق مع تدويره على محورين.

العملية:

1. الشحن: يقوم المشغل بتحميل كمية معينة من مسحوق البلاستيك في تجويف القالب ويغلقه بإحكام.
2. التدفئة: يتم وضع القالب في فرن وتدويره على طول محورين متعامدين. تعمل الحرارة على إذابة المسحوق، الذي يتدحرج ويغطي الجدران الداخلية للقالب.
3. التبريد: يستمر القالب في الدوران وهو يبرد ببطء. وهذا يضمن أن الجلد البلاستيكي يتصلب بالتساوي دون ترهل.
4. إزالة الجزء: بمجرد أن يبرد، يفتح المشغل القالب ويزيل الجزء المجوف النهائي.

تستخدم القولبة الدورانية قوة الطرد المركزي، وليس الضغط، لذلك يمكن تصنيع أدواتها من مواد أقل تكلفة مثل الألومنيوم. هذا يحافظ على تكاليف الإعداد منخفضة نسبيًا. العملية مثالية لإنتاج عناصر مثل الخزانات وقوارب الكاياك والحاويات الكبيرة. قيودها الرئيسية هي أوقات الدورة الطويلة والتفاوتات الأكثر مرونة مقارنة بطرق القولبة الأخرى.

5. تشكيل الفراغ

تشكيل الفراغ هو نوع من التشكيل الحراري حيث يتم وضع ورقة من البلاستيك المسخن فوق قالب ويقوم الفراغ بسحبها إلى شكلها.

العملية:

1. التثبيت: تقوم آلة بتثبيت ورقة من البلاستيك في إطار.
2. التدفئة: تقوم عناصر التسخين بتدفئة الورقة حتى تصبح ناعمة ولينة.
3. الفراغ: يقوم الإطار بخفض الورقة المنعمة فوق قالب. ثم يتم تنشيط مضخة تفريغ، وسحب الهواء بين الورقة والقالب، مما يجبر البلاستيك على التوافق مع شكل القالب.
4. التبريد والإخراج: يبرد الجزء المشكل ويتصلب. يمكن للمعجبين أو رذاذ الماء الناعم تسريع هذه المرحلة.
5. التشذيب: يقوم المشغل بإزالة الجزء من القالب ويقوم بتشذيب المواد الزائدة.

تعتبر الأدوات الخاصة بالتشكيل الفراغي فعالة من حيث التكلفة للغاية لأن العملية تتضمن ضغوطًا منخفضة. وهذا يجعلها مناسبة لكل شيء بدءًا من النماذج الأولية الفريدة وحتى الإنتاج بكميات كبيرة. ومع ذلك، فهي تقتصر على إنشاء أجزاء ذات أشكال هندسية بسيطة نسبيًا وجدران رقيقة، مثل التعبئة والتغليف والصواني وبطانات السيارات.

6. القولبة بالحقن

يعتبر قولبة الحقن هي العملية المهيمنة لإنتاج الأجزاء البلاستيكية بكميات كبيرة. وهو يعمل عن طريق حقن مادة لدن بالحرارة المنصهرة بضغط عالٍ في قالب مصمم بدقة.

العملية:

1. إعداد القالب: يتم إغلاق نصفي قالب فولاذي بواسطة مكبس هيدروليكي قوي.
2. الحقن: يقوم برغي كبير بإذابة حبيبات البلاستيك ويدفع المادة المنصهرة إلى الأمام. ثم تقوم الآلة بحقن هذه المادة في تجويف القالب بضغط عالٍ.
3. التبريد والإخراج: يبرد البلاستيك ويتصلب داخل القالب. بمجرد أن يصبح صلبًا، يفتح القالب، وتقوم دبابيس القاذف بدفع الجزء للخارج.
4. ما بعد المعالجة: غالبًا ما يقوم النظام تلقائيًا بإزالة القنوات والعدائين (القنوات التي توجه البلاستيك) عند فتح القالب.

يمكن أن ينتج قولبة الحقن أجزاء معقدة للغاية مع تكرار ممتاز. ومع ذلك ، فإن القوالب نفسها باهظة الثمن للغاية ويمكن أن تستغرق شهورًا لإنشائها. لا يتم تبرير هذا الاستثمار الأولي المرتفع إلا بأحجام إنتاج عالية جدًا ، حيث تصبح تكلفة الجزء الواحد منخفضة بشكل لا يصدق.

7. البثق

يقوم البثق بإنشاء كائنات ذات مقطع عرضي ثابت. تعمل العملية عن طريق دفع البلاستيك المصهور من خلال قالب مُشكل.

العملية:

1. تلدين: يقوم برغي بصهر ونقل حبيبات البلاستيك من خلال أسطوانة مسخنة.
2. القوالب: يقوم البرغي بدفع البلاستيك المصهور عبر قالب. يحدد شكل فتحة القالب شكل الجزء النهائي.
3. التبريد: يخرج شكل البلاستيك المبثوق من القالب ويتم تبريده ، غالبًا في حمام مائي.
4. القطع: ثم يتم قطع الشكل المستمر إلى الأطوال المطلوبة أو لفه على بكرة.

البثق هو عملية مستمرة عالية الكفاءة وذات تكاليف أدوات منخفضة نسبيًا مقارنة بقوالب الحقن. يقتصر على إنتاج أشكال خطية ثنائية الأبعاد. تشمل التطبيقات الشائعة الأنابيب والأنابيب وإطارات النوافذ ومانعات التسرب.

8. النفخ

النفخ هو تقنية لإنشاء أجزاء بلاستيكية مجوفة، وأبرزها الزجاجات والحاويات. وهو يعمل عن طريق نفخ أنبوب بلاستيكي ساخن داخل تجويف القالب.

العملية:

1. إنشاء الباريسون: تقوم آلة بصهر حبيبات البلاستيك وبثقها في أنبوب مجوف يسمى الباريسون.
2. القوالب: يغلق القالب حول الباريسون، ويقرص أحد طرفيه. ثم يتم نفخ الهواء المضغوط في الباريسون، ونفخه مثل البالون حتى يضغط على جدران القالب الباردة.
3. التبريد والإخراج: يبرد الجزء ويتصلب. ثم يفتح القالب ويطرد المنتج النهائي.

يستخدم النفخ ضغوطًا أقل من قولبة الحقن، مما يساعد في الحفاظ على تكاليف الأدوات معتدلة. كعملية مستمرة وآلية، يمكنها تحقيق معدلات إنتاج عالية جدًا وتكلفة منخفضة للغاية لكل وحدة. إنها الطريقة المفضلة لتصنيع الزجاجات وخزانات الوقود وغيرها من العناصر المجوفة على نطاق واسع.