Wprowadzenie

Firma Plastipol Poland przeprowadziła udane wdrożenie produkcji profili do tablic szkolnych. Pierwotnie produkty te były wykonywane z aluminium i importowane z Chin. Rosnące ceny aluminium, a także chęć zmniejszenia ryzyka związanego z importem zaowocowały pomysłem lokalnej produkcji z tworzywa sztucznego, które z wyglądu będzie przypominało aluminium. Głównym założeniem było obniżenie ceny, przy zachowaniu odpowiedniej wytrzymałości i estetyki.

Dzięki zastosowaniu wiedzy technologicznej, jak i możliwości przetwórczych spełniliśmy owo założenie.

Opis produktu

Wdrożonym produktem były profile do tablic szkolnych. Najważniejszym aspektem był fakt, że detale spełniały funkcję wizualną, a co za tym idzie, produkt musiał być wysoce estetyczny i wytrzymały. Ponadto, określony został dokładny kolor – profil tworzywowy musiał maksymalnie przypominać kolorem anodowane aluminium. Ważnym czynnikiem była również elastyczność profilu – musiały one być na tyle gibkie, aby móc je umieścić w wyznaczonych miejscach tablic, ale jednocześnie na tyle sztywne, by mogły utrzymać konstrukcję.

Aluminium a tworzywa sztuczne

Aluminium

Jest to metal chemiczny o symbolu Al. Jest to stosunkowo lekki metal o srebrzystej barwie. Gęstość alumium wynosi 2,7 g/cm3, co w porównaniu do innych metali, sprawia, że określany jest on jako jeden z lżejszych. Jak powszechnie wiadomo, temperatura topnienia metali jest dużo wyższa niż w przypadku tworzyw sztucznych i w tym przypadku też tak jest, ponieważ temperatura topnienia aluminium wynosi ok. 660,3 st.C. Aluminium charakteryzuje się także dobrym przewodnictwem elektrycznym czy cieplnym. Metal ten znajduje szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach, takich jak produkcja samolotów, opakowań, konstrukcji budowlanych, przemysłu motoryzacyjnego, a także w produkcji folii aluminiowych, napojów w puszkach i wielu innych wyrobach.

Do produkcji profili zawsze stosuje się stopy aluminium, które zmieniają właściwości bazowego materiału.

Tworzywa sztuczne

Jest to grupa wielu materiałów, które zostały stworzone w wyniku reakcji chemicznych lub w sposób naturalny. Zbudowane są z długich łańcuchów, których budulcem są powtarzające się jednostki zwane monomerami. Ich gęstość jest zdecydowanie niższa niż metali (np. masa ABS 1,05 g/cm3), natomiast różni się w zależności od materiału. Temperatura topnienia tworzyw sztucznych również jest dużo niższa niż metali – oczywiście zależy to od rodzaju materiału, ale najczęściej wynosi ona w okolicach 100 st.C. Główną i charakterystyczną cechą tworzyw sztucznych jest odporność na korozję, co czyni je wyjątkowo atrakcyjną grupą materiałową. Tworzywa sztuczne są wykorzystywane w wielu dziedzinach, takich jak produkcja opakowań, przemysł motoryzacyjny, elektronika, budownictwo, medycyna, a także w codziennych produktach, takich jak butelki PET, torby plastikowe, elementy samochodów i wiele innych.

Istnieje wiele tworzyw sztucznych, a stosując odpowiednie dodatki, możemy zmieniać ich właściwości wytrzymałościowe, lub estetyczne.

Zobacz także nasz artykuł na temat tworzyw sztucznych.

Zastosowana technologia – wytłaczanie

Wytłaczanie jest jedną z najbardziej popularnych technologii w przetwórstwie tworzyw sztucznych. Jest to proces przemysłowy, w którym roztopione tworzywo jest wypychane przez formę w celu uzyskania pożądanego kształtu produktu. Proces ten jest szeroko stosowany w przemyśle do produkcji różnorodnych produktów z tworzyw sztucznych, w tym rur, folii, profili, kształtowników i wielu innych wyrobów.

Więcej o wytłaczaniu dowiesz się tutaj.

Dobór tworzywa

Charakterystyka ABS i SAN

Pod uwagę brane były 2 tworzywa sztuczne: ABS oraz SAN. Poniżej umieszczono krótką charakterystykę każdego z nich:

ABS jest tworzywem sztucznym, w którego budowie zawierają się trzy główne monomery:

• akrylonitryl, który zapewnia wytrzymałość i odporność cieplną
• butadien, który zapewnia elastyczność i odporność na uderzenia
• styren, który zapewnia sztywność i połysk

Cechą charakterystyczną ABS-u jest odporność na zarysowania, która jest bardzo pożądana szczególnie przy detalach wymagających wysokiej estetyki. Ponadto, materiał ten cechuje się wysoką odpornością na uderzenia, a także odpornością chemiczną.

SAN jest kopolimerem styrenu i akrylonitrylu. Jest on twardym materiałem, ale równocześnie dość kruchym. Główną zaletą tego materiału jest zdolność do zachowania dobrej przezroczystości, a także odporność na wiele substancji chemicznych.

Testy

Przeprowadzono kilka testów dla materiałów ABS oraz SAN na innej formie. Dzięki temu jeszcze przed wykonywaniem formy, mogliśmy ocenić, który materiał lepiej sprawdzi się do tej aplikacji.

Ostateczny wybór

Wybranym materiałem w tym przypadku został ABS. Mimo nieco wyższej ceny, jest on lepszym materiałem do tego wdrożenia. Decydującymi czynnikami był fakt, że ABS jest odporny na zarysowania, a do tego, że nie jest aż tak kruchy jak SAN, dzięki czemu można było z pewnością stwierdzić, że spełni on wszystkie stawiane mu wymagania podczas tego wdrożenia.

Więcej o materiale ABS znajdziesz w dedykowanym artykule.

Dobór odpowiedniego barwnika

Jednym z najważniejszych aspektów była barwa profili. Ze względu na fakt, że profile były wcześniej wytwarzane z aluminium, musiały one maksymalnie przypominać ich barwę. Okazało się to dość dużym wyzwaniem, ponieważ ocena barwy jest kwestią bardzo subiektywna. Aby spełnić oczekiwania klienta, przeprowadziliśmy kilka prób z użyciem różnego rodzaju barwników.

Próba nr 1

Przygotowaliśmy profile o różnych odcieniach, aby wybrać odpowiednią, najbardziej zbliżoną barwę.

Rezultat: Niestety żaden z proponowanych barwników nie spełnił oczekiwań klienta. Profile były zbyt matowe (nie miały charakterystycznego połysku niczym aluminium) oraz były zbyt ciemne.

Próba nr 2

Przeprowadziliśmy kolejne testy, z użyciem barwnika od innego dostawcy.

Rezultat: Po ukazaniu wyników drugiej próby, próbki zostały zaakceptowane. Wybranym kolorem został profil nr 3 (drugi od dołu). Charakteryzował się on odpowiednią barwą – jasną szarością, ponadto posiadał on charakterystyczny połysk. Aby uzyskać taki kolor wybrano barwnik w następującej proporcji: srebrny barwnik 5% COLOR 91068S.

Proponowane zmiany projektowe

Metale cechują się wysoką wytrzymałością. Wytrzymałość mechaniczna tworzyw jest często gorsza niż metali (porównując dla dokładnie takiego samego kształtu). Przy zmianie materiału bardzo ważnym aspektem jest sprawdzenie, czy produkty wymagają wzmocnienia w pewnych miejscach. Po przeprowadzonej analizie zdecydowaliśmy się na:

• zmianę grubości ścianki z 1mm na 1,25mm
• zastosowanie odpowiedniego użebrowania

Dzięki temu profile spełniają wszystkie stawiane im wymagania, m.in. nie wykazują niepożądanego odkształcenia.

Amortyzacja kosztów narzędzia w produkcji

Bardzo istotnym wymaganiem ze strony klienta była minimalizacja kosztów wdrożeniowych. Przy profilach do tablic koszty narzędzia były w przedziale 25 – 40 tysięcy złotych. Dla klienta było to zdecydowanie za dużo, szczególnie biorąc pod uwagę, że produkujemy kilka różnych profili i do każdego należało wykonać osobną formę. Z tego względu wykorzystaliśmy możliwość amortyzacji kosztów narzędzia w produkcji. Polega to na tym, że formę wykonuje Plastipol, a następnie jest ona spłacana przez określony okres czasu, np. 3 lub 5 lat. Przez ten czas cena produkcji jest nieco droższa, a po zamortyzowaniu narzędzia spada.

Przy większych wolumenach produkcyjnych jest to rozwiązanie bardzo atrakcyjne dla klienta i tak też było w tym przypadku.

Wnioski i podsumowanie

W niniejszym artykule omówiono udaną zamianę tradycyjnych profili aluminiowych na profile z tworzywa sztucznego. Wprowadzenie takiej innowacji pozwoliło na osiągnięcie wielu korzyści.

• Po pierwsze, zamiana profili aluminiowych na tworzywowe pozwoliło na znaczną redukcję kosztów produkcji. Plastiki są generalnie tańsze niż aluminium, co przekłada się na niższą cenę produktu końcowego, co sprawia, że są one konkurencyjne na rynku.
• Osiągnęliśmy znaczą redukcję nawet uwzględniając koszt związany z amortyzacją narzędzia.
• Kolejnym ważnym aspektem było uniknięcie konieczności importu aluminium. Dzięki zastosowaniu granulatu produkowanego lokalnie, zmniejszono zależność od zagranicznych dostaw, a także wyeliminowano ryzyko zakłóceń w łańcuchu dostaw związanych z transportem międzynarodowym.
• Wprowadzenie profili z tworzywa sztucznego znacząco zwiększyło również wydajność procesu produkcji. Tworzywa sztuczne są łatwiejsze w obróbce, co skraca czas produkcji i zwiększa efektywność. 
• Estetyka wyrobu i wytrzymałość produktu zostały zwiększone. Profile z tworzywa sztucznego były wyraźnie bardziej estetyczne wizualnie dzięki odpowiednio dobranemu barwnikowi, a także odpowiednio wytrzymałe ze względu na zwiększenie grubości ścianki z 1,0 do 1,25mm.
• Ostatnim, lecz nie mniej ważnym, atutem jest lokalność produkcji. Produkcja profili z tworzywa sztucznego odbywa się na miejscu, co pozwala na większą kontrolę nad jakością procesu i elastyczność dostosowania produkcji do zmieniających się potrzeb. Jest to korzystne nie tylko z ekonomicznego, ale także ekologicznego punktu widzenia, ponieważ zmniejsza zużycie energii związanego z długotrwałym transportem materiałów.

Podsumowując, zamiana profili aluminiowych na profile z tworzywa sztucznego przyniosła wiele korzyści, w tym obniżenie kosztów, unikanie importu, zwiększenie wydajności produkcji, poprawę wyglądu i wytrzymałości produktu oraz większą kontrolę nad procesem produkcji. Jest to wyjątkowy przykład wykorzystania innowacji technologicznych w celu poprawy efektywności i zrównoważonego rozwoju w przemyśle produkcji.