תמיד תהיתם איך ייצרו את מוצר הפלסטיק שבו אתם משתמשים? פלסטיק נמצא מסביבנו, בכל מקום, בכלי הרכב, במשרד וכמובן בבית. את מרבית המוצרים הללו מייצרים במפעל פלסטיק ייעודי העובד בשיטת הזרקת פלסטיק.
תהליך הזרקת פלסטיק הוא אחת משיטות עיבוד הפלסטיק הנפוצות ביותר וישנם מפעלי פלסטיק רבים העוסקים במלאכה. באמצעות תהליך הזרקת הפלסטיק ניתן לייצר מגוון רחב של מוצרי פלסטיק בגדלים שונים ובגיאומטריות מגוונות.
לפני שתהליך ההזרקה עצמו מתחיל, יש להכין את התבנית המתאימה. מומחה לייצור תבניות מתכנן ומייצר תבנית ייחודית בהתאם למאפייני ודרישות המוצר.
התבנית עצמה מורכבת משני חלקים, צד נייח אותו מרכיבים על הפלטה הקבועה של יחידות הנעילה במכונה וצד נייד שאותו מרכיבים על הפלטה הניידת של יחידת הנעילה.
המשפך (Hopper) מזין את יחידת ההזרקה. לתוכו שופכים את חומר הגלם, גרגרי פולימר תרמופלסטי. גרגרי חומר הגלם נכנסים לקנה (Barrel) המכונה אשר מחומם באמצעות גופי חימום חיצוניים (Heaters). בורג המכונה אשר נמצא גם הוא בתוך הקנה מסתובב, מכיוון שהקנה הנייח נוצר חיכוך בין גרגרי הפולימר לבין הבורג והקנה, החיכוך גורם לעלייה של הטמפרטורה ויחד עם גופי החימום החיצוניים הפולימר מגיע לטמפרטורה בה הוא הופך להתך פולימרי. במקביל לפעולה זו כוח הידראולי או חשמלי (תלוי בסוג המכונה) סוגר את שני חלקי התבנית בלחץ גבוה מאוד אשר יכול להגיע לעשרות ומאות טונים.
סיבוב הבורג בקנה גורם לזרימת גרר של ההיתך הפולימרי וכך הוא מתקדם עד שמגיע לקצה הקנה, בשלב זה הבורג זז קדימה ודוחף כמות מוגדרת מראש של חומר לתוך התבנית דרך הפיה (Nozzle). כניסת החומר לתבנית מתבצעת בלחץ גבוה מאוד (יכול להגיע גם לאלפי PSI). התבנית היא בטמפרטורה הרבה יותר נמוכה מהטמפרטורה של ההיתך ולכן מרגע כניסת החומר הפולימרי לתוכה הוא מתחיל להתקרר, להתגבש ולחזור למצב מוצק. מכיוון שהשינוי המהיר בטמפרטורה קורה בתוך התבנית, החומר מקבל את הצורה הנדרשת וכאשר החומר התקרר מספיק, כלומר הגיעה לטמפרטורה הרצויה אשר מוגדרת מראש, התבנית נפתחת באופן אוטומטי ומתבצעת חליצה של מוצר הפלסטיק הסופי באמצעות זרקנים (פיני חליצה מיוחדים).
Cycle = Mc+I+C+Mo
Mc = הזמן שלוקח לסגור את התבנית
I = זמן הזרקת החומר לתוך התבנית
C = זמן הקירור, הזמן שלוקח לחומר להתגבש
Mo = הזמן שלוקח לתבנית להיפתח וזמן חליצת מוצר הפלסטיק. שני הזמנים האלה יכולים לחפוף, שניהם יחד מגדירים את זמן הפתיחה
זמן הייצור של מוצר פלסטיק באמצעות הזרקה לתבנית הוא זמן המחזור כפול מספר החללים הקיימים בתבנית. לרוב, תבניות של אב-טיפוס או חלקים אשר מיוצרים בכמות נמוכה יהיו בעלות חלל (cavity) אחד וכמעט ללא אוטומציה. בעוד שתבניות של חלקים המיוצרים בכמויות מסחריות יהיו בעלות מספר חללים, אוטומציה וזמן מחזור קצר מאוד. הזרקת פלסטיק הינו תהליך ההופך כלכלי יותר ויותר ככל שהכמויות הנדרשות מהמוצר עולות.
תכנון ועיצוב חלקי ומוצרי הפלסטיק אשר מיועדים לייצור באמצעות הזרקה לתבנית יש לתכנן ולהנדס באופן מדויק אשר יענה על כל דרישות תהליך הייצור. תכנון לקוי של החלק יכול להוביל לכשלים ופגמים לא רצויים. לכן, על התכנון להיות מבוצע על ידי מהנדס או מעצב תעשייתי אשר מכיר את תהליך ההזרקה לעומק.
גורמים שיש לבחון בתכנון המוצר:
השלב הבא לאחר תכנון המוצר הוא תכנון התבנית, בשלב זה יצרן התבניות יבחר את המתכת המתאימה (פלדה, אלומיניום) על מנת לקבל את התבנית המתאימה והיעילה ביותר לתהליך הייצור. ישנם מספר מאפיינים שיש לשקול כאשר מתכננים תבנית: טמפרטורת הקירור, עלות, זמן שימוש וכמות השימוש הצפויה – מחזור החיים שלה, מורכבות גיאומטרית של מוצר הפלסטיק.
את התבניות מייצרים באמצעות מכונות CNC ו-EDM. מכונות CNC מאפשרות ייצור מהיר של תבניות מדויקות ומורכבות. EDMמאפשרת צורות מורכבות כמו פינות מרובעות וצילועים.
עלות ייצור תבניות יכולה להיות גבוהה מאוד ומושפעת רבות מהחומר ממנו עשויה התבנית. שימוש בפלדה יקר פי 2 מאשר תבניות אלומיניום בגלל שלוקח יותר זמן לייצר אותן. ייצור מוצרים בכמויות גדולות דורש תבניות פלדה שכן מחזור החיים שלהן גדול יותר, פלדה גם עמידה יותר לשחיקה מאשר אלומיניום. עם התקדמות בייצור של תערובות מתכת הצליחו לייצר סוגי אלומיניום עמיד יותר אשר יכול להתאים גם לייצור מסיבי.
תבניות אלומיניום מאפשרות זמני מחזור קצרים יותר שכן מתכת זו מפזרת חום בצורה טובה יותר. זמני מחזור קצרים יותר מאפשרים חיסכון כספי בתהליך הייצור. לאלומיניום גם ניתן להוסיף ציפוי אשר משפר את עמידותו לשחיקה.
העלות הסופית של התבנית תלויה בפרמטרים רבים, החל מכמות החללים, גודל החלק אותו מייצרים, מורכבות החלק, כמה זמן צפוי ייצור המוצר ופני השטח של המוצר. אמנם עלות התבנית גבוהה אך עלות ייצור החלקים נמוכה ועם עליה בכמות החלקים המחיר הכולל יורד.
מכונת ההזרקה נמדדת בכח הנעילה המקסימלי אותו היא מסוגלת לייצר על מנת לשמור את התבנית סגורה בזמן ההזרקה. כח הנעילה נמדד ביחידות של טון כאשר הטווח נע בין פחות מ5 טון ועד 6000 טון כאשר כוח הנעילה הנדרש לייצור מוצר נקבע לפי שטח מוצר הפלסטיק אותו מזריקים.
יישומים:
תהליך הזרקת פלסטיק לתבנית הוא התהליך הנפוץ והמועדף ביותר לייצור חלקי ומוצרי פלסטיק עבור מגוון רחב של תחומים ותעשיות.
יתרונות של מוצרי פלסטיק המיוצרים באמצעות ההזרקה לתבנית:
חסרונות של מוצרי פלסטיק המיוצרים באמצעות ההזרקה לתבנית:
ישנם אלפי סוגים, אשר מהם ניתן לבחור ועקב המגוון הרחב מומלץ להתייעץ הן עם מהנדס חומרים והן עם יצרן מנוסה על מנת לבצע את הבחירה המתאימה.
ישנם מספר מאפיינים שיקבעו את הפולימר הדרוש למשימה:
לאחר שהצגנו את הקווים המנחים לתהליך ההזרקה, במאמרים הבאים נתייחס לטכנולוגיות מתקדמות בהזרקה והשימוש בהן.
מנכ"ל חברת מתג פלסט
