قالبگیری تزریقی سریع چیست؟
مقدمه مترجم:
قالب تزریق پلاستیک به عنوان روشی برای تولید با کیفیت، ارزان و انعطاف‌پذیر در بین روش‌های تولید قطعات شناخته می‌شود. این فناوری که از مهمترین روش‌های ساخت قطعات ترموپلاستیک محسوب می‌شود در صورتی به صرفه خواهد بود که تیراژ تولید بالایی از قطعات مورد نیاز باشد، چرا که قیمت هر قالب با توجه به زمان طولانی ساخت آن، مهندسی ماهرانه پشت آن و فناوری‌های پیچیده در ساخت آن، بسیار بالا است. اما در تیراژهای محدود و ساخت نمونه‌هایی از قطعات تزریقی که نیاز به آزمایش دارند چه باید کرد؟ و آیا قطعات چاپ سه بعدی پاسخ مناسبی برای چنین نیازی هستند؟ اگر پاسخ سوال دوم را منفی می‌دانید، روش‌های ساخت قالب‌های تزریقی سریع که به اختصار با عنوان “RIM” شناخته می‌شوند، پاسخی است که صنعت برای سوال اول دارد.
کلمات کلیدی:
قالب تزریق، قالب سازی سریع، RIM، نمونه سازی سریع، تولید کم تیراژ، قالب ماژولار
آخرین تاریخ ویرایش:
دی ماه 1400
فرآیند قالبگیری تزریق سریع (RIM) یک روش ابزارسازی سریع برای تحویل سریع قطعات قالبگیری تزریقی در تیراژ تولید محدود است. نه تنها زمان آماده سازی آن بسیار سریع است و زمانی که قطعه مورد نظر آماده باشد در کمتر از دو هفته آماده تحویل می‌شود، بلکه هزینه کمتری نسبت به ابزارها و قالب‌های استاندارد دارد. برای ساخت نمونه‌های اولیه یا دوره‌های تولید کم حجم، می‌توانید قطعات ساخته شده با رزین‌های تولیدی را تهیه کنید و مستقیماً به تست‌های عملکردی، متناسب با هدف خود بپردازید.
یک توصیف مختصر از قالبگیری تزریقی
قالب گیری تزریق پلاستیک چیست؟ پاسخ به این سوال نیاز به کنکاش در بخش‌های مختلف مهندسی دارد. یک جهان گسترده از پلیمرها وجود دارد که هر کدام خواص و کاربردهای خاص خود را دارند. پاسخ به این سوال نیاز به توضیحات سطح بالایی از اصطلاحاتی مانند قالبگیری چند مرحله‌ای، اقدامات جانبی و طراحی برای تولیدپذیری (Design for Manufacturability (DFM)) دارد. بدون توجه به این مفاهیم مهم، راه رسیدن به قطعات قالبگیری پلاستیکی مقرون به صرفه و باکیفیت، میسر نخواهد بود.
سوالات دیگری که در این مقاله به آن‌ها می‌پردازیم این است که انواع مختلف خدمات قالبگیری تزریق پلاستیک کدام است؟ تفاوت آن‌ها با یکدیگر در چیست؟ و اینکه چرا تجزیه و تحلیل دقیق گزینه‌ها می‌تواند تفاوت بین موفقیت چشمگیر و یک تجربه گران قیمت را بیان کند؟ در اینجا به برخی از دلایل جایگزینی روش قالبگیری سریع با روش‌های قالبگیری معمولی اشاره می‌کنیم:
• برخی از دفاتر خدمات چاپ سه بعدی، قالب‌های اولیه را عملاً یک شبه وعده می‌دهند. از آنجایی که این ابزارها خودشان از پلیمر ساخته شده‌اند، عمر آن‌ها معمولاً به کمتر از 100 قطعه (و اغلب بسیار کمتر از آن) محدود می‌شود. علاوه بر این، قطعات ساخته شده به این روش به پلاستیک‌های قالبگیری “آسان” مانند پلی‌پروپیلن یا TPU، و هندسه‌هایی با اشکال نسبتاً ساده، بدون هیچ گزینه‌ای برای زیر برش‌ها و سایر ویژگی‌هایی که نیاز به اقدامات جانبی داشته باشند، محدود می‌شوند.
• دسته دیگری از قالب‌های سریع هستند که معمولاً از آلومینیوم با ماندگاری بالا برای اجزای آن‌ها استفاده شده و آن‌ها را در ماشین‌های فرز CNC تراش می‌دهند. مقدار تولید ممکن با این ابزارها ممکن است به 1000 قطعه یا بیشتر برسد، اما باز هم، هندسه قطعات و انتخاب مواد تا حدی محدودتر است. در ابزارها و قالب‌های ساخته شده با پرینت سه بعدی (حداقل آن‌هایی که از پلیمر ساخته شده‌اند)، کانال‌های خنک کننده کارایی کمتری در سرد کردن قطعه تزریقی دارند که باعث چرخه طولانی‌تر هر تزریق می‌شود.
• کارخانه‌های قالب سازی، توانایی‌ها و مزایای حرفه خود را در ساخت قالب‌های خنک، چند حفره‌ای و بسیار پر بازده، ایجاد قطعات پیچیده و در زمانی بسیار محدود، می‌دانند. با این حال، این قابلیت به دلایلی از جمله زمان نسبتاً طولانی لازم برای طراحی و ساخت قالب و همچنین سرمایه‌گذاری نسبتاً بالاتر برای ابزارآلات، هزینه زیادی دارند. با این حال، این روش کمترین هزینه ممکن برای هر قطعه در تولیدات انبوه را به همراه دارد.
قالب فلزی صنعتی ساخته شده از فولاد با فرزکاری، تراشکاری، دریل کاری و تکنولوژی CNC ساخته می‌شود.
یک جستجوی سریع در گوگل برای قطعات قالبگیری شده با تزریق پلاستیک یک واقعیت مهم را نشان می‌دهد: خریداران چنین محصولاتی گزینه‌های زیادی دارند. بنابراین، چالش، یافتن یک فروشگاه معتبر است که بتواند تعداد مورد نیاز قطعات را در چارچوب بودجه، بازه زمانی و الزامات کیفی، تولید کند که خریداران می‌توانند با آن کار کنند (که صد البته این موضوع برای کشور ما ایران قدری متفاوت است!)
از آنجایی که راه‌های زیادی برای حل مسئله قالبگیری تزریق پلاستیک وجود دارد، کسی که در این موضوع متخصص نباشد، ممکن است انتخاب تأمین‌کننده را چالش‌برانگیز بداند. بدتر از آن، کسانی که می‌خواهند نمونه اولیه کاملاً کاربردی و تعداد کم تا متوسط قطعات را به سرعت تأمین کنند، ممکن است اشتباه گران قیمتی مرتکب شوند. همان طور که خواهید دید، قالبگیری تزریقی سریع (RIM) اغلب بهترین راه حل برای انواع نیازهای تولید است.
البته، برخی از شما ممکن است این بحث را داشته باشید که “چرا فقط قطعات را پرینت سه بعدی نکنیم، به خصوص اگر فقط به تعداد انگشت شماری نیاز داریم؟” این یک سوال خوب است، اما پاسخ به آن آسان است: قطعات پرینت شده سه بعدی خواص مکانیکی مشابهی با قطعاتی که قالبگیری تزریقی شده‌اند ندارند، و بنابراین برای آزمایش عملکردی مناسب نیستند. با قالبگیری تزریقی سریع RIM، قطعاتی با ویژگی‌هایی در حد تولید دریافت می‌کنید تا تمام تلاش‌های آزمایشی و عیب‌یابی شما تسهیل و نتایج آن دقیق شود.
یک مورد دیگر در قالب سازی سریع!
اما کلمه “سریع” واقعاً به چه معناست، و چه چیزی متخصصان RIM را از تولیدکنندگانی که قطعات قالبگیری تزریقی را “در حال حاضر” ارائه می‌دهند متمایز می‌کند؟ همان طور که خواهید دید، سریع بودن در اینجا چیزی بیش از ساخت قالب‌های سنتی با عجله است.
RIM با مخفف دیگری به نام MUD شروع می‌شود که مخففی برای عبارت Master Unit Die است. همان طور که از نام آن پیداست، MUD یک سیستم قالب سازی با تغییر سریع ماژولار است؛ که از افزونه‌های استاندارد ساخته شده از فولاد ابزار P20، یک آلیاژ کم کربن سخت که البته به راحتی ماشینکاری می‌شود، استفاده می‌کند.
از آنجایی که مشتری هزینه‌ها را فقط برای افزونه‌ها و نه کل قالب پرداخت می‌کند، سرمایه گذاری اولیه بسیار کمتر است. و همان طور که قبلاً ذکر شد، این یک سیستم با تغییر سریع است، بنابراین زمان راه اندازی به طور قابل توجهی کوتاه‌تر از قالب‌های سنتی است و هزینه قطعات را به شدت کاهش می‌دهد. استفاده از کشویی‌ها و بالابرها و همچنین قالبگیری چند مرحله‌ای امکان پذیر است. تنها محدودیت موجود، اندازه قطعات قالبگیری است که در شرکت‌های بزرگ خدمت دهنده، اندازه قطعاتی به بزرگی 330 × 330 × 500 میلیمتر ارائه می‌شود.
سخت، نرم، یا سریع؟
در MUD، استفاده از آلیاژ P20 بجای آلومینیوم یا پلاستیکی چاپ سه بعدی، یکی از تمایزات کلیدی و وجه برتری این روش است. این برتری به این دلیل است که فولاد نسبت به نمونه‌های جایگزین در برابر سایش و تغییر شکل بسیار مقاوم‌تر بوده و عمر ابزار را به شدت افزایش می‌دهد. P20 همچنین از قالبگیری تزریقی پلیمرهای ساینده و آن‌هایی که دمای مذاب بالاتری دارند پشتیبانی می‌کند. این مواد شامل نایلون‌های پر شده با شیشه یا الیاف فوق العاده قوی و مواد مهندسی مانند Delrin نیز می‌شود. دمای قالبگیری بالاتر، همچنین به کاهش یا حذف مشکلاتی مانند خطوط ظاهری و علامت‌های “هاله” کمک می‌کند، که مشکلات ظاهری رایجی در قطعات ساخته شده از قالب‌های اولیه با سیکل تزریق سریع هستند.
با بهره‌مندی از تجهیزات و فناوری‌های مختلف EDM، می‌توانیم گوشه‌های تیز و سایر اجزای قطعات را که ساخت آن‌ها با فرز امکان پذیر نیست بسازیم. این موضوع درهای زیادی را بر روی انعطاف طراحی باز کرده است. با این حال، قالب‌های RIM مانند همتایان خود در بخش تولید سنتی سخت نیستند، و بنابراین فرآیند ماشینکاری بر روی آن‌ها سریع‌تر و ارزان‌تر خواهد بود. در نتیجه زمان‌بندی آماده بکاری این دسته از قالب‌ها بین 3 تا 12 روز خواهد بود و قیمت هر قالب بسیار کمتر از روش‌های رقیب است.
پایان، در حال حاضر
بافت یکی دیگر از نکات مهم در ساخت قالب‌ها است. دستیابی به بافت‌های استاندارد صنعتی “Mold-Tech” و پرداخت‌های استاندارد SPI (انجمن صنعت پلاستیک) روی قالب‌های آلومینیومی و به‌ویژه قالب‌های پرینت سه‌بعدی می‌تواند دشوار باشد. ممکن است برای اهداف نمونه اولیه مناسب باشند، اما اگر مقدار قطعات افزایش یابد و به ابزار تولید نیاز باشد، احتمال تطابق قطعات قدیمی و جدید بسیار کم است. استدلال‌های مشابهی را می‌توان در مورد محدودیت‌های هندسه قطعات نیز، همان طور که قبلاً مورد بحث قرار گرفت، بیان کرد.
