قالب گیری تزریقی : مزایا و معایب

قالب گیری تزریقی فرآیندی برای تولید کردن قطعات در حجم بالا می باشد. معمولاً در فرآیندهای تولید انبوه استفاده می شود که در آن همان قطعه هزاران یا حتی میلیون ها بار متوالی ساخته می شود.

چرا از قالب گیری تزریقی استفاده کنید؟

مزیت اصلی قالب‌گیری تزریقی، توانایی تولید در مقیاس انبوه است. بعد از انجام هزینه های اولیه، قیمت هر واحد در طول تولید قالب تزریقی بسیار پایین می باشد. با تولید قطعات بیشتر، قیمت نیز به شدت کاهش می یابد. دیگر مزایای قالب گیری تزریقی عبارتند از:

• ضایعات کم: قالب گری تزریقی در مقایسه با فرایندهای سنتی مانند ماشیکاری CNC نرخ ضایعات پایین تری دارد. برای مثال در ماشیکاری مقدار زیادی از بلوک یا ورق پلاستیکی از بین می رود. اما در مقابل چاپ سه بعدی نسبت به قالب گیری تزریقی ضایعات کمتری دارد.

 نکته: زباله‌های پلاستیکی حاصل قالب‌گیری تزریقی معمولاً از چهار ناحیه به دست می‌آیند: اسپرو، رانرها، گیت ها، و هر ماده سرریز که از خود حفره قطعه نشت می‌کند (شرایطی که " فلاش " نامیده می‌شود).

اسپرو کانالی است که پلاستیک مذاب را از نازل دستگاه قالب گیری تزریقی به محل ورودی ابزار قالب تزریق هدایت می کند. این قطعه جدا از خود ابزار قالب است. رانر سیستمی از کانال‌ها است که معمولاً در داخل یا به عنوان بخشی از ابزار قالب با اسپرو برخورد می‌کند و پلاستیک مذاب را به داخل حفره‌های قطعه درون ابزار قالب هدایت می‌کند.  دو دسته اصلی رانر (سرد و گرم) وجود دارد. در نهایت، دروازه بخشی از کانال بعد از رانر است که مستقیماً به حفره قطعه منتهی می شود. پس از یک چرخه قالب تزریق (معمولا فقط چند ثانیه طول می کشد) کل پلاستیک مذاب سرد می شود و پلاستیک جامد را در اسپرو، رانرها، دروازه ها، حفره های قطعه و همچنین کمی سرریز به طور بالقوه روی لبه های قطعات باقی می گذارد.

  مواد ترموپلاست مانند رزین اپوکسی پس از حرارت دیدن و سخت شدن دیگر دوباره قابل نرم شدن  و استفاده مجدد نیستند. در مقابل، ماده ترموپلاستیک یک ماده پلاستیکی می باشد که می تواند ذوب، خنک و جامد گردد و سپس دوباره بدون سوختن ذوب می گردد. با مواد ترموپلاستیک مواد قابل بازیافت دوباره استفاده می شوند. گاهی اوقات این درست در کف کارخانه اتفاق می افتد. آنها اسپروها / رانرها و هر قسمت رد شده را آسیاب می کنند. سپس آن مواد را دوباره به مواد خامی که به پرس قالب گیری تزریقی می رود اضافه می کنند. به این ماده "باز آسیاب" می گویند. به طور معمول، بخش‌های کنترل کیفیت، مقدار خرده‌کاری را که مجاز است دوباره در پرس قرار داده شود، محدود می‌کنند. (برخی از ویژگی های عملکردی پلاستیک می تواند با قالب گیری مکرر از بین برود). یا اگر مقدار زیادی از آن دارند، یک کارخانه می تواند این آسیاب مجدد را به کارخانه دیگری بفروشد که بتواند از آن استفاده کند. معمولاً از مواد باز آسیاب(regrind)  برای قطعات با کیفیت پایین استفاده می شود که به خواص عملکرد بالا نیاز ندارند.

• قالب گیری تزریقی بسیار قابل تکرار است. یعنی قسمت دومی که تولید می‌کنید عملاً مشابه قسمت اول و غیره خواهد بود. این یک ویژگی فوق‌العاده در هنگام تلاش برای ایجاد ثبات برند و قابلیت اطمینان بخشی در تولید با حجم بالا است.

معایب قالب گیری تزریقی چیست؟

هزینه های اولیه به دلیل طراحی، آزمایش و الزامات ابزار بسیار زیاد است. اگر می خواهید قطعات را در حجم بالا تولید کنید، می خواهید مطمئن شوید که اولین بار طراحی را درست انجام داده اید. این پیچیده تر از چیزی است که شما ممکن است فکر کنید. درست کردن طرح شامل:

• طراحی و سپس نمونه سازی خود قطعه با مشخصات مورد نظر
• توسعه نمونه اولیه  که معمولاً با یک چاپگر سه بعدی کامل می گردد و اغلب در موادی متفاوت (مانند پلاستیک  ABS) نسبت به قسمت نهایی ساخته می شود.
• طراحی ابزار قالبگیری تزریقی برای سری اول تولید
• به طور معمول تولید 300-1000 نمونه اولیه قالب‌گیری تزریقی مورد نیاز می باشد.
• پالایش تمام جزئیات در ابزار قالب تزریق قبل از تولید انبوه در کارخانه قالب گیری تزریقی.

جنبه های منفی بالقوه قالب گیری تزریقی شامل موارد زیر است:

- دو مورد از معایب اصلی قالب‌گیری تزریقی، هزینه‌های بالای ابزارآلات و زمان‌های لازم است. ابزارسازی تقریبا یک پروژه به خودی خود و تنها یک مرحله از کل فرآیند قالب گیری تزریقی است. قبل ازتولید یک قطعه قالب گیری شده، ابتدا باید قطعه‌ای را طراحی و نمونه‌سازی کرد (احتمالاً از طریق چاپ CNC یا سه بعدی)، سپس باید یک ابزار قالب را طراحی و نمونه‌سازی کنید که می‌تواند نمونه‌هایی از قطعه را در حجم تولید کند. در نهایت، و معمولاً پس از آزمایش های گسترده در هر دو مرحله فوق، به قالب تزریق یک قطعه می رسید. همانطور که می توان تصور کرد، تمام تکرار کردن ها برای درست کردن ابزار قبل از تولید انبوه به زمان و هزینه نیاز دارد. به ندرت پیش می آید که شما نمونه اولیه ابزار قالب گیری تزریقی را بسازید. اگرچه این اتفاق می افتد، به خصوص برای قطعاتی که در یک ابزار چند حفره ساخته می شوند.

- از آنجایی که ابزارها معمولاً از فولاد (یک ماده بسیار سخت) یا آلومینیوم ساخته می شوند، ایجاد تغییرات می تواند دشوار باشد. اگر می خواهید پلاستیک را به قطعه اضافه کنید، همیشه می توانیدحفره (cavity) ابزار را با برش دادن فولاد یا آلومینیوم بزرگتر کنید. اما اگر می‌خواهید پلاستیک را بردارید، باید اندازه حفره ابزار را با افزودن آلومینیوم یا فلز به آن کاهش دهید. این بسیار دشوار است و در بسیاری از موارد ممکن است به این معنی باشد که باید ابزار (یا بخشی از ابزار) را به طور کامل از بین ببرید و از نو شروع کنید. در موارد دیگر ممکن است بتوانید فلزی را در حفره ای که نامطلوب است جوش دهید. 

- قالب گیری تزریقی نیاز به ضخامت یکنواخت دیوار دارد. اگر بخواهید یک مقطع از قالب پاناسونیک را در بالا ببرید، متوجه خواهید شد که ضخامت دیواره تقریباً 2-3 میلی متر است. حفظ ضخامت بیش از حد دیوارها برای جلوگیری از ناهماهنگی در فرآیند خنک سازی که منجر به نقص هایی مانند علائم سینک می شود، مهم است. یک قانون خوب این است که دیوارها را با ضخامت کمتر یا مساوی 4 میلی متر نگه دارید. هرچه ضخامت دیوارها بیشتر باشد، از مواد بیشتری استفاده خواهید کرد، زمان چرخه طولانی تر خواهد بود و هزینه شما برای هر قطعه بیشتر خواهد بود. برعکس، اگر ضخامت دیواره نازک‌تر از 1 میلی‌متر یا بیشتر باشد، ممکن است در پر کردن ابزار قالب با مشکل مواجه شوید. طراحان می توانند این پتانسیل را با استفاده از ماده ای با شاخص جریان مذاب بالاتر مانند نایلون جبران کنند که اغلب برای دیوارهایی با ضخامت 0.5 میلی متر مناسب است. تکنیک های مختلف تولید مانند CNC به هیچ وجه به ضخامت دیواره یکنواخت نیاز ندارند.

- اغلب اوقات قطعات بزرگ را نمی توان از طریق قالب گیری تزریقی به عنوان یک قطعه تولید کرد. این به دلیل محدودیت های اندازه ماشین های قالب تزریق و خود ابزارهای قالب است. ماشین های CNC  محدودیت های مشابهی در مورد اندازه محصول دارند در حالی که چاپ سه بعدی محدودیت های بیشتری دارد. CNC محدود به مسافت و اندازه صفحه در دستگاه فرز است، در حالی که قطعات بزرگ پرینت سه بعدی اغلب باید در چندین قطعه چاپ شوند و سپس به یکدیگر متصل شوند.  

- زیر ساخت های بزرگ نیاز به طراحی با تجربه برای اجتناب دارند و اغلب می توانند هزینه هایی را به پروژه اضافه کنند.

نتیجه

قالب گیری تزریقی یک فناوری عالی برای تولید نهایی در مقیاس عظیم است. همچنین برای نمونه های اولیه نهایی که برای آزمایش مصرف کننده و/یا محصول استفاده می شود مفید است. با این حال، قبل از این مرحله اواخر تولید، چاپ سه بعدی برای محصولات در مراحل اولیه طراحی بسیار مقرون به صرفه تر و انعطاف پذیرتر است.