انواع فرآیند تزریق پلاستیک

طراحی قطعه یا محصول نخستین گام برای تولید یک محصول پلاستیکی با استفاده از دستگاه تزریق پلاستیک به شمار می‌رود. در این مرحله ممکن است نمونه‌ای از قطعه مورد نظر که توسط تولید‌کننده دیگری ساخته شده است موجود باشد که در این صورت مدل‌سازی سه بعدی با استفاده از نرم افزارهای CAD از روی نمونه شاهد انجام می‌شود. چنانچه قطعه یا محصول مورد نظر دارای طراحی منحصر‌به‌فردی باشد، در مدل‌سازی آن باید به اصول طراحی برای تولید یا DFM توجه شود.

انتخاب مواد پلاستیکی مناسب برای دستیابی به خواص مطلوب محصول نهایی بسیار حیاتی است و عواملی مانند استحکام مکانیکی، مقاومت شیمیایی، مقاومت دمایی و قیمت تمام شده محصول مستقیماً تحت تاثیر ماده اولیه قرار دارند. پلیمرهای ترموپلاستیک رایج‌ترین مواد اولیه مورد استفاده در فرآیند تزریق پلاستیک هستند، اما با این وجود پیشرفت‌های گسترده این فناوری باعث شده است تا بعضی از انواع پلاستیک‌های گرماسخت یا ترموست نیز در این فرآیند قابل استفاده باشند.

تهیه قالب کلیدی‌ترین مرحله تولید یک قطعه پلاستیکی به روش تزریق پلاستیک است. قالب تزریق بر اساس قطعه مورد نظر و به صورت سفارشی ساخته می‌شود، بنابراین برای تولید هر قطعه‌ای، قالب جداگانه‌ای مورد نیاز است. طراحی و ساخت قالب کاری پیچیده است و کسب تخصص در آن به سال‌ها تجربه، دانش گسترده و ماشین ابزار پیشرفته نیاز دارد، از این رو توصیه می‌شود طراحی و ساخت قالب به قالب‌سازان با سابقه سپرده شود.

برای تولید یک قطعه پلاستیکی علاوه بر قالب، دستگاه تزریق پلاستیک نیز مورد نیاز است. اگر تیراژ تولید قطعه بالا باشد، خرید دستگاه تزریق پلاستیک به لحاظ اقتصادی توجیه پذیر است، در غیر این صورت می‌توان تولید قطعه را برون‌سپاری کرد.

فرآیند تزریق پلاستیک طیف وسیعی از تکنیک‌ها و روش‌ها را در بر می‌گیرد که هر یک به نیازهای مختلفی از طراحی محصول و پیچیدگی آن پاسخ می‌دهند. درک این فرآیندها به تولیدکنندگان کمک می‌کند تا مناسب‌ترین رویکرد را برای تامین نیازهای خاص خود انتخاب کنند.

این فرآیند رایج‌ترین نوع تزریق پلاستیک است که برای تولید طیف وسیعی از قطعات پلاستیکی ترموپلاستیک از کوچک و ساده گرفته تا بزرگ و پیچیده مناسب است. دستگاه مورد استفاده در این فرآیند معمولاً از نوع سه‌صفحه‌ای با سیستم هیدرولیکی است که قیمت مقرون‌به‌صرفه‌ای دارد.

این فرآیند شامل قرار دادن قطعات از پیش ساخته شده، مانند اینسرت‌های فلزی یا سایر قطعات پلاستیکی در قالب پیش از تزریق مواد به درون آن است. این تکنیک استحکام محصول نهایی را افزایش می‌دهد، مراحل مونتاژ را کاهش می‌دهد و قابلیت‌های گسترده‌ای را در برای محصول فراهم می‌آورد. بهترین دستگاه برای تزریق پلاستیک اینسرتی، دستگاه تزریق پلاستیک عمودی است که به دلیل محور حرکت گیره در آن، اینسرت‌های فلزی و غیر فلزی به آسانی در قالب ثابت باقی می‌مانند.

در تزریق پلاستیک چند شات، یا چند جزئی مواد اولیه با جنس یا رنگ‌های مختلف به قالب تزریق می‌شوند و در نتیجه قطعات پیچیده با چند رنگ یا جنس متفاوت تولید می‌شود. این فرآیند نیاز به مونتاژ پس از تزریق را از بین می‌برد و امکان تولید قطعات با زیبایی ظاهری و کارایی ویژه را فراهم می‌آورد. برای تزریق قطعات چند رنگ یا چند جزئی از دستگاه‌های تزریق ویژه‌ای استفاده می‌شود که به بیش از یک واحد تزریق مجهزند.

در فرایند تزریق به کمک گاز مقدار کنترل شده‌ای از گاز (معمولاً نیتروژن یا کربن دی اکسید) به حفره قالب تزریق می‌شود که باعث شکل‌گیری بخش‌های توخالی درون قطعه می‌شود. در این تکنیک فرم‌های توخالی در داخل قطعه ایجاد می‌شود که مصرف مواد اولیه را کاهش می‌دهد، استحکام محصول را بهبود می‌بخشد و علائم فرورفتگی سطحی یا سینک مارک را از بین می‌برد.

فرایند تزریق قطعات ریز یا میکرواینجکشن در تولید قطعات پلاستیکی مینیاتوری و بسیار دقیق با ویژگی‌های هندسی و ابعادی پیچیده، کاربرد دارد. چنین قطعاتی در صنایعی مانند الکترونیک، تجهیزات پزشکی و اپتیک کاربرد دارند و تولید آنها نیازمند دستگاه تزریق پلاستیک ویژه‌ای است.

انتخاب مواد اولیه برای دستیابی به عملکرد، دوام و ظاهر مطلوب محصول نهایی حیاتی است. در انتخاب مواد باید ملاحظاتی مانند خواص مکانیکی، مقاومت شیمیایی، مقاومت در برابر دما، مقرون‌به‌صرفه بودن و انطباق با مقررات و استانداردهای مرتبط با کاربرد محصول در نظر گرفته شوند. در فرایند تزریق پلاستیک مواد پلاستیکی مختلفی استفاده می‌شوند که هر کدام خصوصیات و کاربردهای خاص خود را دارند. 

پلی اتیلن (PE) پر‌کاربرد‌ترین ماده اولیه در تزریق پلاستیک است که معمولاً در دو گروه کلی HDPE و LDPE یا پلی‌اتیلن سنگین و پلی‌اتیلن سبک دسته‌بندی و عرضه می‌شود. پلی‌اتیلن انعطاف‌پذیری و مقاومت شیمیایی بسیار بالایی دارد و به لحاظ قیمت یکی از ارزان‌ترین مواد اولیه تزریقی است. از پلی‌اتیلن در ساخت انواع درب بطری، بطری شامپو، مایع ظرفشویی، انواع دبه و گالن پلاستیکی، سطل پلاستیکی و لوازم خانگی استفاده می‌شود.

پلی‌پروپیلن (PP) پس از پلی‌اتیلن، پر‌مصرف‌ترین پلیمر در تولید قطعات تزریقی است. مقاومت شیمیایی بالا، انعطاف‌پذیری بی‌نظیر، استحکام مناسب، چقرمگی و مقاومت به ضربه عالی پلی‌پروپیلن در کنار شفافیت و قیمت مناسبی که دارد باعث شده تا محصولات متنوعی مانند انواع لوازم خانگی، صندلی پلاستیکی، سطل، لگن، سبد پلاستیکی، پالت، سطل زباله بیمارستانی، ظروف پلاستیکی مایکروویو، سرنگ و قطعات تجهیزات پزشکی از پلی پروپیلن ساخته شوند.

نایلون یا پلی‌آمید (PA) یکی از پلیمرهای پر کاربرد در تزریق پلاستیک و از خانواده پلاستیک‌های مهندسی است که برای ساخت بسیاری قطعات یدکی و اصلی خودرو و وسایل نقلیه موتوری مانند چرخ‌دنده‌، بلبرینگ هرزگرد، منیفولد هوا، پروانه رادیاتور و قاب سنسور مپ استفاده می‌شود. گریدهای مختلف پلی‌آمید الیاف دار یا بدون الیاف دارای مزایا و ویژگی‌های منحصر به فردی مانند مقاومت به ضربه، استحکام فوق‌العاده، ضریب اصطکاک پایین، قابلیت تحمل دمای بالا و مقاومت شیمیایی عالی است. انواع پلی‌آمید مانند Nylon 6 و Nylon 6-6 در برابر جذب رطوبت آسیب پذیرند و خواص مکانیکی آن‌ها با از قرار گرفتن در معرض رطوبت، آسیب می‌بیند.

پلی‌کربنات (PC) یکی از ترموپلاستیک‌‌های شفاف و دارای مقاومت به ضربه عالی است که به دلیل ویژگی‌های اپتیکی منحصر به فرد در ساخت چراغ عقب و جلو خودرو، حباب لامپ LED، عینک ایمنی و لنز پلاستیکی کاربرد گسترده‌ای دارد. تزریق پلی‌کربنات نیازمند استفاده از سیلندر و ماردون مخصوص و دستگاه گازگیر یا خشک کن پلاستیک است.

کریستال یا پلی‌استایرن (PS) یک پلیمر شفاف اما تا حدی شکننده است که به دلیل قیمت پایین و مقرون به صرفه، کاربردی وسیع در ساخت لیوان یکبار‌مصرف، قاشق و چنگال یکبار‌مصرف، تجهیزات پزشکی و لوازم مصرفی آزمایشگاهی دارد.

پلی‌اکسی‌متیلن (POM) که در بازار ایران بیشتر با نام‌های هوستافرم، استال یا پلی‌استال شناخته می‌شود یک ترموپلاستیک با چقرمگی و استحکام بسیار بالاست که حتی در دمای پایین نیز قابلیت مقاومت به ضربه خود را حفظ می‌کند. پلی‌استال بر خلاف پلی‌آمید به رطوبت حساس نیست و به دلیل پایداری ابعادی و مقاومت به سایش بالا از آن برای تولید انواع چرخدنده‌های پلاستیکی استفاده می‌شود.

1.تطبیق پذیری: یکی از مزایای بزرگ تزریق پلاستیک، انعطاف‌پذیری و تطبیق‌پذیری بالای آن است که یک تولیدکننده را قادر می‌سازد تا به آسانی با تغییر دادن قالب، محصول جدیدی را تولید کند. این ویژگی همچنین امکان ایجاد اشکال هندسی مختلف، جزئیات پیچیده و ابعاد دقیق را فراهم می‌کند که به طراحان قطعات پلاستیکی اجازه می‌دهد تا طرح‌های خلاقانه و منحصربه‌فردی را که در ذهن دارند به اجرا بگذارند. 2.تولید انبوه: تزریق پلاستیک متداول‌ترین روش برای تولید انبوه قطعات پلاستیکی است. با استفاده از دستگاه‌های تزریق پلاستیک پیشرفته می‌توان به صورت مداوم، خودکار و بدون نیاز به دخالت نیروی انسانی، قطعات پلاستیکی مختلف را در تیراژ انبوه و با کیفیت بالا تولید کرد. 3.راندمان بالا و سرعت تولید: تزریق پلاستیک امکان تولید سریع تعداد زیادی از قطعات را با کیفیتی ثابت فراهم می‌کند. این فرآیند تولید با حجم بالا را امکان‌پذیر می‌کند و آن را برای نیازهای تولید انبوه مقرون‌به‌صرفه می‌سازد. 4.حداقل پس از پردازش: قطعات تولید شده به روش تزریق پلاستیک معمولاً به حداقل پس پردازش یا عملیات تکمیلی تولید نیاز دارند که مراحل ساخت و هزینه‌های اضافی را کاهش می‌دهد. در فرآیند تزریق پلاستیک قطعات تولید شده اغلب به محض خروج از قالب از تمام ویژگی‌های مورد انتظار نهایی مانند ساختار هندسی و ابعادی، پرداخت سطح، رنگ و کارایی برخوردارند، بنابراین نیازی به فرآیندهای تکمیلی مانند ماشین‌کاری، پرداخت‌کاری و یا رنگ‌آمیزی وجود ندارد. 5.کاهش ضایعات: فرآیند تزریق پلاستیک در مقایسه با سایر فرآیندهای تولید، کمترین دورریز مواد اولیه را ایجاد می‌کند. ضایعات مواد اولیه در تزریق پلاستیک را می‌توان آسیاب کرد و دوباره مورد استفاده قرار داد که علاوه بر آن که از نظر اقتصادی به صرفه است، به حفظ محیط زیست نیز کمک شایانی می‌نماید.