Formowanie wtryskowe pod lupą. Materiały i proces produkcji

Jedną z najbardziej wydajnych technologii używanych do produkcji elementów z tworzyw sztucznych jest formowanie wtryskowe. W tym artykule dowiesz się, jak przebiega ten proces, jakie właściwości mają materiały użyte do modelowania oraz jakie zalety i wady ma jego stosowanie.

Proces formowania wtryskowego wykorzystuje się do produkcji masowej. Dzięki wysokiej powtarzalności całego cyklu bardzo łatwo jest wytworzyć tysiące sztuk danego produktu o bardzo zbliżonym poziomie jakości. To technologia, która daje ogromne spektrum możliwości. Stosuje się ją do produkcji różnorodnych części – od najmniejszych elementów po panele karoserii samochodów. W dalszej części artykułu przedstawimy szerzej proces produkcji.

Stosowane materiały w formowaniu wtryskowym

Formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych pozwala stosować większość polimerów. Mogą to być zarówno żywice polimerowe, jak i wszystkie tworzywa termoplastyczne, a także niektóre materiały termoutwardzalne (np. epoksydowe i fenolowe) oraz elastomery. Właściwości biodegradowalne, szerokie zastosowanie oraz zdolność przechodzenia w stan plastyczny podczas ogrzewania charakteryzują większość termoplastów. Podczas wyboru materiałów warto kierować się kryteriami takimi jak: koszt, wytrzymałość, sprężystość (zdolność do odzyskiwania pierwotnego kształtu i objętości po usunięciu sił zewnętrznych wywołujących odkształcenie), odporność na chemikalia oraz absorpcja wody.

Najważniejszym aspektem przy doborze odpowiednich parametrów jest skurcz przetwórczy tworzywa sztucznego. Jest to zmiana objętości lub wymiaru wypraski w stosunku do objętości i wymiarów gniazda formującego. Skurcz przetwórczy dla każdego materiału jest inny – od 0,2% do nawet 4%.

Właściwości każdego materiału sprawiają, że będzie on odpowiedni do stosowania w konkretnych warunkach. Część z nich przedstawiamy poniżej:

• Akrylonitryl-butadien-styren (ABS) – dzięki gładkości, sztywności oraz wytrzymałości, ABS doskonale nadaje się do elementów wymagających udarności i utrzymanie stabilności wymiarowej.
• Poliamid (PA) – dostępny w wielu odmianach, różne nylony oferują różne właściwości. Są odporne na wysokie temperatury i chemikalia, mają wysoką twardość, dobre właściwości ślizgowe czy stabilność kształtu.
• Poliwęglan (PC) – lekki, ma wysoką wytrzymałość i stabilność kształtu, a także dobre właściwości elektryczne, szeroki zakres temperaturowy pracy i jest trudnopalny.
• Polipropylen (PP) – z dobrą odpornością zmęczeniową, PP jest neutralny fizjologiczne, przez co można go stosować do kontaktu z żywnością.
• Polietylen (PE) – stosunkowo łatwo się go przetwarza, przeznaczony do kontaktu z żywnością, odporność chemiczna, najczęściej stosowany materiał w technologii rotomouldingu.
• Politereftalan etylenu (PET) – wysoka wytrzymałość mechaniczna, stabilność wymiarowa, wysoka sztywność.
• Polimetakrylan metylu (PMMA) – wysoka twardość. świetne właściwości optyczne, przez co często stosowany jest w branży oświetleniowej, połysk.
• Polistyren (PS) – stabilność wymiarowa, wysoka sztywność.

Proces formowania wtryskowego tworzyw sztucznych

W tym procesie materiał w formie granulatu pod wpływem ogrzewanego cylindra wtryskarki uplastycznia się, a następnie obracający się wewnątrz cylindra ślimak przesuwa tworzywo w kierunku formy. Pod wpływem ciepła przekształca się w plastyczną masę. Połączenie wysokiego ciśnienia i temperatury sprawia, że materiał przechodzi w stan plastyczny, po czym następuje wypchnięcie w postaci gotowej wypraski.

Temperatura wtrysku wynosi około 200 stopni Celsjusza, co pozwala na upłynnienie tworzywa i uzyskania plastycznej masy. Wprowadzenie do ślimaka powoduje wtrysk płynnego tworzywa sztucznego do gniazd, znajdujących się w zamkniętej formie wtryskowej. Ciśnienie wtrysku zależy od użytego tworzywa, jego geometrii oraz masy. Utwardzenie wprowadzonego tworzywa sztucznego pozwala na usunięcie z formy wtryskowej w postaci gotowej wypraski. Cykl jest powtarzany do uzyskania odpowiedniej liczby elementów lub do określonego czasu.

Jedną z technik przetwórstwa tworzyw sztucznych jest metoda zwana formowaniem wkładek. Dzięki niej nie trzeba wytwarzać dużej, drogiej formy. Wystarczają wkładki, umieszczane w matrycy, gdzie znajdują się gniazda formy. Zastosowanie tej metody pozwala zdecydowanie skrócić czas wykonania formy wtryskowej (z reguły jest to mniej niż 30 dni roboczych) oraz obniżyć koszty w porównaniu do formy użytkowanej we wtrysku tradycyjnym – koszt formy może być nawet o 50% niższy. To rozwiązanie dedykowane jest do produkcji małych detali o nieskomplikowanej budowie i mniejszym wolumenie (10’000-100’000 sztuk). Proces wytwarzania nie ulega zmianie przy zastosowaniu tej technologii.

Formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych – zalety i wady

Zalety:

• Bardzo krótki czas cyklu.
  Trwający najczęściej kilkanaście, kilkadziesiąt sekund sprawia, że można wytwarzać setki lub nawet tysiące sztuk produktu w krótkim czasie.
• Dowolność kształtów.
  Możliwość wytworzenia elementów o bardzo skomplikowanych kształtach i wąskich tolerancjach wymiarowych.
• Mała ilość odpadów.
  Formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych charakteryzuje się małą ilością powstających odpadów w porównaniu do innych metod wytwarzania (np. obróbka CNC). Ponadto zużyty materiał można często wykorzystać ponownie. Do ekologicznych zalet zalicza się też niska emisja szkodliwych substancji.
• Elastyczność w projekcie formy i wyborze materiału.
  Producent ma dużą dowolność w stworzeniu kształtu oraz dobrania termoplastu użytego do produkcji poszczególnych elementów.
• Energooszczędność.
  Nowoczesne, elektryczne maszyny wtryskujące mogą zużywać stosunkowo mało energii.
• Powtarzalność produkcyjna i stabilność wymiarowa produkowanych wyprasek.
  Odpowiednia kontrola parametrów procesu sprawia, że mamy pewność co do jakości i geometrii komponentów, która nie ucierpi przy szybko postępującej produkcji dużej liczby wyprasek.
• Brak potrzeby obróbki wykończeniowej.
  Wykorzystanie technologii formowania wtryskowego nie wymaga dodatkowej obróbki w postprodukcji.
• Możliwość pełnego zautomatyzowania procesu.
  Zintegrowana linia produkcyjna, wspomagana systemami informatycznymi, pozwala na ograniczenie zasobów ludzkich potrzebnych do jej obsługi.
• Wysoka jakość wytworzonych wyprasek.
  Odbiorcy poszukają wytrzymałych, elastycznych i skomplikowanych elementów. Formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych sprawdza się w ich produkcji, utrzymując wysoki poziom jakości.

Wady:

• Wysoki koszt wdrożeniowy formy.
  Koszty formy wtryskowej może być bardzo wysoki. Dlatego należy rozważnie wybierać technologię wytwarzania, w celu optymalizacji kosztów.
• Długi czas wytworzenia formy.
  Zwykle ten proces trwa około 12-16 tygodni.
• Niezbędne wysokie kwalifikacje pracowników.
  Zespół projektowo-wykonawczy musi m.in. odpowiednio zaplanować proces, zaprojektować formę i dobrać odpowiednie parametry przetwórcze.
• To technologia nieopłacalna w przypadku małych serii.
  Aby produkcja była opłacalna, wolumen zamówienia powinien zaczynać się od minimum 10 tys. sztuk.
• Kontrola grubości ścianek.
  Ścianki nie mogą być zbyt grube, bo może to doprowadzić do sytuacji, że zewnętrzna powierzchnia detalu ulegnie wystygnięciu i całkowitemu zestaleniu. Natomiast wewnątrz tworzywo może być jeszcze plastyczne, przez co wytrzymałość detalu ulega pogorszeniu i mogą wystąpić defekty (zaleca się utrzymywać grubość poniżej 4mm). Natomiast zbyt cienkie (poniżej 1mm) w przypadku większości materiałów również mogą sprawić problemy, ponieważ mogą nie być wystarczająco wytrzymałe, a do tego również mogą wystąpić defekty.
• Konieczność zachowania wąskich tolerancji parametrów produkcyjnych.
  Wymagane jest stałe monitorowanie procesów, mając na uwadze szczególnie kwestię kontroli jakości.

Przykłady zastosowania formowania wtryskowego

• Komponenty RTV oraz AGD
• Kształtki
• Nakrętki
• Kasetki do testów w branży medycznej
• Szpule
• Rozety
• Elementy mebli (np. nóżki)
• Gumowe elementy
• Zaślepki
• Złączki kabli
• Klocki dla dzieci
• elementy elektroniki
• elementy użytku codziennego
• elementy do branży medycznej (np. kasetki do testów)
• pudełka elementy mebli
• podpórki do drzwi

Podsumowanie

Formowanie wtryskowe stało się jedną z najważniejszych technologii dla branży przetwórstwa tworzyw sztucznych. Prognozy rynkowe przewidują, że zainteresowanie tą technologią będzie rosło z roku na rok z racji zwiększenia zastosowań w nowych dziedzinach, takich jak optyka, elektronika, lotnictwo, biomedycyna i komunikacja.

 Napisz do nas, a oddzwonimy i sprawdzimy, czy możemy pomóc Ci zmniejszyć koszty produkcji wyrobów z tworzyw sztucznych.

Skonsultuj projekt z ekspertem