إن القولبة بالحقن هي عملية تصنيع تستخدم على نطاق واسع لإنتاج عناصر من الألعاب والحلي البلاستيكية إلى ألواح جسم السيارة وزجاجات المياه وحالات الهاتف الخلوي. يتم دفع البلاستيك السائل إلى قالب وعلاجه - يبدو بسيطًا ، ولكنه عملية معقدة. تختلف السوائل المستخدمة من الزجاج الساخن لمجموعة متنوعة من البلاستيك - بالحرارة واللدائن الحرارية.
التاريخ
تم تسجيل براءة اختراع أول آلة تشكيل بالحقن في عام 1872 ، وتم استخدام السيليلويد لإنتاج عناصر يومية بسيطة مثل أمشاط الشعر.
بعد الحرب العالمية الثانية مباشرةً ، تم تطوير عملية صب حقن محسنة كثيرًا - "حقن اللولب" وهي التقنية الأكثر استخدامًا اليوم. قام مخترعها ، جيمس واتسون هندري ، بتطوير "صب النفخ" الذي يستخدم على سبيل المثال لإنتاج زجاجات بلاستيكية حديثة.
أنواع البلاستيك
المواد البلاستيكية المستخدمة في قولبة الحقن هي بوليمرات - مواد كيميائية - إما بالحرارة أو بالحرارة. يتم ضبط اللدائن الحرارية عن طريق تطبيق الحرارة أو من خلال تفاعل حفاز. بمجرد الشفاء ، لا يمكن إعادة صهرها وإعادة استخدامها - تكون عملية المعالجة كيميائية ولا رجعة فيها. ومع ذلك ، يمكن تسخين اللدائن الحرارية وصهرها وإعادة استخدامها.
وتشمل البلاستيك بالحرارة الايبوكسي، راتنجات البوليستر والفينول ، بينما اللدائن الحرارية تشمل النايلون والبولي إيثيلين. يوجد ما يقرب من عشرين ألف مركب بلاستيكي لقولبة الحقن ، مما يعني أن هناك حلًا مثاليًا لأي متطلبات صب تقريبًا.
الزجاج ليس بوليمرًا ، وبالتالي لا يتناسب مع التعريف المقبول للبلاستيك الحراري - على الرغم من أنه يمكن صهره وإعادة تدويره.
العفن
كان صنع القوالب تاريخياً عبارة عن حرفة عالية المهارة ("صنع القوالب"). عادة ما يكون العفن في مجموعتين رئيسيتين مثبتتين معًا في المطبعة. غالبًا ما يتطلب صنع القالب تصميمًا معقدًا وعمليات متعددة للماكينة ودرجة عالية من المهارة.
الأداة عادة ما تكون من الفولاذ أو النحاس البريليوم الذي يستخدم لصنع القالب يتطلب معالجة حرارية لتصلبه. الألومنيوم هو أرخص وأسهل للماكينة ويمكن استخدامه لإنتاج أقصر. في الوقت الحاضر ، مكنت تقنيات الطحن والتحكم بالشرر (EDM) التي يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر درجة عالية من أتمتة عملية تصنيع القالب.
تم تصميم بعض القوالب لإنتاج العديد من الأجزاء ذات الصلة - على سبيل المثال ، مجموعة طائرة نموذجية - وهذه تُعرف باسم قوالب الأسرة. قد تحتوي تصميمات العفن الأخرى على عدة نسخ ("انطباعات") من نفس المادة المنتجة في "لقطة" واحدة - أي حقن بلاستيك واحد في القالب.
كيف يعمل حقن صب
هناك ثلاث وحدات رئيسية تشكل آلة صب الحقن - قادوس التغذية ، برميل السخان ، والكبش. البلاستيك في القادوس في شكل حبيبي أو مسحوق ، على الرغم من أن بعض المواد مثل مطاط السيليكون قد تكون سائلة وقد لا تتطلب تسخينًا.
مرة واحدة في شكل سائل ساخن ، يدفع الكبش ("المسمار") السائل إلى قالب مثبت بإحكام ومجموعات السائل. تتطلب اللدائن المنصهرة الأكثر لزوجة ضغوطًا أعلى (وحمولات ضغط أعلى) لإجبار البلاستيك على كل شق وزاوية. يبرد البلاستيك أثناء قيام القالب المعدني بتسخين الحرارة ثم يتم تدوير المكبس لإزالة القالب.
ومع ذلك ، بالنسبة للحرارة البلاستيكية ، سيتم تسخين القالب لضبط البلاستيك.
مزايا صب الحقن
يمكّن القولبة بالحقن من تصنيع الأشكال المعقدة ، والتي قد يكون من المستحيل إنتاج بعضها اقتصاديًا بأي وسيلة أخرى.
يتيح النطاق الواسع من المواد المطابقة الدقيقة تقريبًا للخواص الفيزيائية التي تتطلبها المقالة صب متعدد الطبقات يتيح تفصيل الخصائص الميكانيكية والمظهر البصري الجذاب - حتى في فرشاة الأسنان
من حيث الحجم ، إنها عملية منخفضة التكلفة ، يمكن القول إنها ذات تأثير بيئي ضئيل. هناك القليل من الخردة التي تم إنشاؤها في هذه العملية ، والخردة التي يتم إنتاجها ، وإعادة طحنها وإعادة استخدامها.
مساوئ القولبة بالحقن
عادة ما يتطلب الاستثمار في الأدوات - صنع القالب - إنتاجًا كبيرًا لاسترداد الاستثمار ، على الرغم من أن هذا يعتمد على المادة المحددة.
يستغرق إنتاج الأدوات وقتًا للتطوير ، وبعض الأجزاء لا تتناسب بسهولة مع تصميم القالب العملي.
اقتصاديات القولبة بالحقن
القالب عالي الجودة ، على الرغم من التكلفة العالية نسبيًا ، سيكون قادرًا على إنتاج مئات الآلاف من "الانطباعات".
البلاستيك نفسه غير مكلف للغاية وعلى الرغم من الطاقة اللازمة لتسخين البلاستيك ودورة اضغط (لإزالة كل انطباع) ، يمكن أن تكون العملية اقتصادية حتى للعناصر الأساسية مثل الزجاجة قبعات.
أدى صب حقن رخيصة في نهاية المطاف إلى إمكانية التخلص - على سبيل المثال شفرات الحلاقة وأقلام الحبر.
مع تطوير عدة مئات من المركبات البلاستيكية الجديدة كل عام وتقنيات صنع القوالب الحديثة ، من المؤكد أن يستمر حقن القالب في الاستخدام خلال الخمسين سنة القادمة. على الرغم من أنه لا يمكن إعادة تدوير اللدائن الحرارية ، إلا أن استخدامها ، خاصة للمكونات عالية الدقة ، من المقرر أن ينمو أيضًا.