סוגי הזרקה: מדריך מלא לפי חומר וטכניקה מיוחדת

הזרקת מזון אינה תהליך אחד אלא משפחה של תהליכים. לכל אחד מבני המשפחה יש את אותו מהלך בסיסי - חומר גלם עובר פלסטיזה, נדחס לחלל סגור ומתמצק לצורת החלל - אך הכימיה של חומר הגלם, תצורת המכונה, הכלים ומספר החומרים או השלבים המעורבים יכולים להיות שונים כל כך עד ששני פרויקטים המתוארים כ"הזרקת מזון" עשויים כמעט ולא לחלוק דבר ברצפת הייצור. זו הסיבה שמדריך שימושי לסוגי תהליכי ההזרקה צריך לארגן אותם לאורך יותר מציר אחד.

מדריך זה משתמש בשניים. הראשון הוא חומר: מה שמוזרק קובע כיצד הוא נמס, כיצד הוא מתייצב, מה זה עושה לבורג ולקנה, ומה קורה לאחר שהחלק עוזב את התבנית. השני הוא טכניקה: סוגים מסוימים של תהליכי הזרקה מוגדרים לא על ידי חומר גלם אלא על ידי מספר החומרים, התוספות או השלבים שחלק בודד דורש. יחד שני הצירים מכסים את הקרקע שמפתח מוצר, מהנדס עיצוב או צוות רכש זקוקים לה כדי לצמצם פרויקט לרשימה קצרה של תהליכים מועמדים לפני מתן הצעת מחיר עבור כלים כלשהם.

מה הם הסוגים של הזרקה תהליך?

כל סוג של תהליך הזרקה מתחיל באותו אופן. כדוריות, גרגירים או רכיב נוזלי מוזנים לחבית מחוממת, שם בורג הדדי או בוכנה מפלסטלים את החומר ובונים ירייה. הירייה מוזרקת תחת לחץ לחלל סגור, מקורר או מחומם, מוחזקת בזמן שהחומר נדחס ומתמצק, ולאחר מכן התבנית נפתחת והחלק נפלט. מה שמשתנה בין סוגי תהליכי ההזרקה הוא כל מה שסביב הליבה: טמפרטורת הכלי, הכימיה של ההתמצקות, מספר יחידות ההזרקה ושלבי היציקה שלאחר היציקה שהחלק עדיין זקוק להם.

סיווג חשוב משום שהבחירה היא לעתים רחוקות חופשית. הכימיה של החומר קובעת את חלון העיבוד ואת פלדת הכלים. גיאומטריית החלק - חתך דופן, אורך זרימה, גודל מאפיין - קובעת את מהירות ההזרקה וכוח ההידוק שהמכונה חייבת לספק. נפח הייצור קובע כמה השקעה בכלים ניתן להפחית. והצורך בחומרים מרובים או ברכיבים משובצים דוחף פרויקט לעבר טכניקה מיוחדת ולא שרף שונה. תהליך אידיאלי של מיליון חלקים בשנה יכול להיות לא כלכלי בחמשת אלפים חלקים, ותהליך שמטפל במאפיין בקנה מידה מיקרוני יכול להיות הכלי הלא נכון עבור בית גדול.

הסעיפים שלהלן עוקבים אחר שני הצירים בתורם. הסיווג המבוסס על חומרים מכסה תרמופלסטים, תרמוסטטים, אלסטומרים וגומי סיליקון נוזלי, אבקות מתכת וקרמיקה וחומרים מרוכבים. הסיווג המבוסס על תהליכים מיוחדים מכסה טכניקות המוגדרות על ידי בנייה רב-חומרים או רב-שלבית, החל מיציקה דו-שלבית ועד ליציקה בהזרקה תגובותית. סעיפים מאוחרים יותר עוסקים באופן שבו נפח, כלים, אוטומציה ודרישות חלקים מצמצמים עוד יותר את הבחירה.

כיצד מסווגים סוגי תהליכי הזרקה לפי חומר

חומר הוא ההחלטה מסדר ראשון משום שהוא מגביל את כל מה שמתקדם במורד הזרם. הכימיה של חומר הגלם קובעת את תצורת המכונה (גיאומטריית הבורג, טמפרטורות הקנה והנחיר, דרישות הייבוש), את מטלורגיית הכלים וטיפול פני השטח, את פרופיל המחזור ואת שלבי העיבוד שלאחר העיבוד. אותה מכבש יכולה באופן עקרוני להפעיל חומרי גלם שונים מאוד, אך לעיתים רחוקות ללא שינויים בבורג, בקנה, באזורי בקרת הטמפרטורה ובפלדת התבנית - ולפעמים בכלל לא, כמו בגומי סיליקון נוזלי, הדורש ציוד מדידה וערבוב שאין למכבש תרמופלסטי סטנדרטי.

חמש משפחות החומרים שלהלן מכסות את עולם חומרי הגלם עבור סוגי תהליכי הזרקה. בתוך כל משפחה, חומרי הגלם נבדלים זה מזה בחלון העיבוד ובתכונותיהם, אך המנגנון הבסיסי של יצירת החלק נשאר זהה.

הזרקה תרמופלסטית

תרמופלסטיקה היא הקטגוריה הדומיננטית וזו שרוב האנשים מתכוונים אליה כשהם אומרים הזרקה. חומר הגלם הוא פולימר חצי גבישי או אמורפי שנמס בעת חימום ומתמצק מחדש בעת קירור, באופן הפיך. המחזור הוא התכה, הזרקה, אריזה, קירור, פליטה, והחלק ניתן באופן עקרוני לטחון מחדש וליצוק מחדש, אם כי התכונות מתדרדרות עם היסטוריה תרמית חוזרת ונשנית ומספר המחזורים הבטוחים משתנה בהתאם לחומר.

הצטמקות ועיוות הן הדאגות המעשיות השולטות בתכנון חלקים וכלים תרמופלסטיים. הצטמקות דיפרנציאלית - שבה הצטמקות בכיוון הזרימה שונה מהצטמקות לרוחבו - היא סיבה עיקרית למאמץ ועיוות מובנים, והיא מונעת על ידי בחירת החומר, תכנון החלק, מיקום השער והעיבוד. שרפים אמורפיים בדרך כלל מתכווצים פחות ויותר בצורה איזוטרופית מאשר שרפים חצי-גבישיים, ולכן הם עדיפים לעתים קרובות כאשר הסבולות צפופות. דרגות סחורה, הנדסה וביצועים גבוהים נבדלות בחלון העיבוד, עמידות הטמפרטורה והעלות, ולא בתהליך הבסיסי.

הזרקה תרמוסטית

חומרים תרמוסטיים יוצרים קשרי צולבות באופן בלתי הפיך. חומר הגלם אינו קופא בעת קירור; הוא מתקשה, בדרך כלל בתבנית מחוממת, ולאחר התקשותו לא ניתן להמיסו מחדש או לעצבו מחדש. הבדל יחיד זה משנה את התהליך בכמה דרכים. הכלי מחומם ולא מקורר, זמני המחזור נשלטים על ידי קינטיקה של התקשות ולא על ידי סילוק חום, וגרוטאות לא ניתנות לטחינה חוזרת לחומר הגלם - חלק מתקשה או חלק נדחה הוא פסולת.

התמורה היא ביצועים. רשתות מצולבות מעניקות לתרמוסטים את עמידותם בפני חום גבוה וכימיקלים אגרסיביים, ולכן הן מופיעות ברכיבים חשמליים, במארזים בטמפרטורה גבוהה ובחלקים החשופים לכימיקלים. ההבדל בין תרמופלסטים ראוי לציין במפורש משום שהוא מניע את הכלכלה של כלי עבודה וגרוטאות: פרויקט תרמופלסטי יכול לעתים קרובות לספוג נזק פתאומי מההתחלה על ידי ליטוש מחדש, בעוד שפרויקט תרמופלסטי לא יכול.

הזרקת גומי סיליקון אלסטומר ונוזל

גומי וגומי סיליקון נוזלי יוצרים משפחת חומרים נפרדת עם ציוד משלהם. גומי סיליקון נוזלי הוא סיליקון בעל טוהר גבוה, שעבר ריפוי פלטינה, בעל דחיסה נמוכה ויציבות בטמפרטורות קיצוניות, ומכיוון שהוא תרמוסטי הוא דורש טיפול מיוחד: ערבוב אינטנסיבי תוך שמירה על קור החומר, ולאחר מכן הזרקה לחלל מחומם שבו הוא מתנפח.

מערך טיפוסי של גומי סיליקון נוזלי משתמש ביחידות מדידה ששואבות את שני הרכיבים - בסיס וזרז - ביחס קבוע, מערבל סטטי שמערבב אותם בצורה הומוגנית, ומקטע מדידה מקורר ביחידת ההזרקה. בסידור קר-סיפון, התרכובת המעורבבת עוברת דרך מערכות ניקוז ורצף מקוררות לתוך חלל המחומם, מה שממזער אובדן חומר ומאפשר חלקים עם כמעט אפס פסולת בשסתומים, אם כי כלי רצף קר יקר יחסית לכלי רצף חם קונבנציונליים. השילוב של טוהר, ביו-תאימות ועמידות בפני צמיחת חיידקים הוא הסיבה שגומי סיליקון נוזלי מתאים ליישומים רפואיים, איטום ויישומים אחרים בעלי טוהר גבוה.

הזרקת אבקת מתכת וקרמיקה

הזרקת אבקה משתמשת בחומר גלם של אבקת מתכת או קרמיקה המורכבת מחומר מקשר רב-רכיבי. חומר הגלם מוזרק לתבנית כדי לייצר חלק "ירוק", החומר המקשר מוסר בשלב הסרת הקשר ומשאיר חלק "חום", ולאחר מכן החלק עובר סינטור כדי לפתח את צפיפותו הסופית ואת תכונותיו המכניות. שלב היציקה נראה מוכר; שלבי הסרת הקשר והסינטור אינם כאלה, והם מה שהופכים את הזרקת האבקה להצעה שונה מבחינת ייצור כלים, זמן אספקה ​​ובקרת הצטמקות.

התהליך מתחלק לפי לחץ הזרקה. הזרקת אבקה בלחץ גבוה משתמשת בחומרי גלם בעלי צמיגות בטווח של 100 עד 1,000 פסקל לשנייה ולחצי הזרקה של כ-20 עד 200 מגה פסקל, והיא נקשרה באופן היסטורי לייצור המוני. הזרקת אבקה בלחץ נמוך משתמשת בחומרי גלם בעלי צמיגות נמוכה הבנויים על פולימרים בעלי משקל מולקולרי נמוך; מחקרים הדגימו זאת על מתכות, קרמיקה וקרבידים - כולל נירוסטה 316-L, אינקונל 718, אלומינה וטונגסטן קרביד צמנט - וחלקים קרמיים בעלי צורה כמעט סופית בטווח של 100 עד 10,000 יחידות. לכן, הזרקת אבקה בלחץ נמוך יכולה לשמש לקצבי ייצור נמוכים או גדולים של קבוצות, לא רק ייצור המוני, והיא מביאה מכונת הזרקה קטנה יותר, פחות שלבי הסרת קשרים ועלות ייצור נמוכה יותר, במחיר של מערכת קלסר עדינה יותר ובקרת הסרת קשרים תובענית יותר.

הזרקת חומרים מרוכבים וסיבים מחוזקים

חומרים מרוכבים מסיבים קצרים וחלקיקים מעובדים במכבשים סטנדרטיים של בורג הדדי, אך חומר המילוי משנה את התהליך בדרכים חשובות. עומס הסיבים מעלה את הצמיגות, מגביר את הבלאי של הבורג, הקנה, טבעת הבדיקה והכלים, ומכניס אניזוטרופיה: הצטמקות ותכונות מכניות שונות לאורך כיוון הזרימה ולרוחבו, מה שמסבך את בקרת הסבילות. תכנון הבורג, לחץ אחורי ומהירות התאוששות הבורג משפיעים כולם על כמה אורך הסיבים שורד את המסע לחלל, ושחיקה של הסיבים בתורה משפיעה על תכונות החלק המעוצב.

הזרקת ריאקציה מחוזקת היא דרך קשורה אך שונה: חומרי מילוי מזכוכית או נציץ מוסיפים לתערובת ריאקטיבית והתוצאה משמשת ליצירת פאנלים קשיחים, בדרך כלל ביישומי רכב. אסטרטגיית החיזוק, המכונה והכימיה שונות מהרכבת סיבים לכדי גלולה תרמופלסטית, ולכן אין להתייחס לשניים כאל תחליפיים.

סוגים מיוחדים של תהליך הזרקה עבור חלקים רב-חומרים ורב-שלביים

הציר השני מוגדר לא על ידי מה שמוזרק אלא על ידי מספר החומרים, התוספות או השלבים שחלק כולל. טכניקות אלו קיימות משום שיציקה חד-פעמית של חומר אחד לא תמיד יכולה לספק את מה שהעיצוב צריך: אחיזה רכה על בית קשיח, חוט מתכת עטוף בפלסטיק, ליבת ליטוש חוזר מוסתרת מתחת למעטפת בתולה, או מאפיין בקנה מידה מיקרוני שקופא לפני שהוא מתמלא. כל סוג מיוחד של תהליך הזרקה פותר אחד מהקונפליקטים הללו, וכל אחד מהם מוסיף עלות כלים, מורכבות התהליך, או שניהם.

יציקה דו-פעמית ורב-חומרים

יציקה דו-חומרית ויציקה מרובת חומרים מזריקה שני חומרים ברצף במכונה אחת, כאשר התבנית נפתחת, מתקדמת או מסתובבת בין היציקות כך שהחומר השני מעוצב כנגד הראשון. התוצאה היא חלק רב-חומרי עם קשר כימי או מכני בממשק, המיוצר ללא שלב הרכבה נפרד.

הכלכלה מכריעה את הבחירה. יציקה דו-שלבית מעדיפה כמויות ייצור גדולות - בדרך כלל מעל 10,000 חלקים - וודאות לגבי התכנון והחומרים לכל הסדרה, מכיוון שהכלים יקרים והשינויים יקרים. בנפחים צנועים, או כאשר התכנון עדיין עשוי להשתנות, יציקת יתר מסוג "pick-and-place" במכבש נפרד היא בדרך כלל הדרך הגיונית יותר. חוזק הקשר אינו מובטח על ידי התהליך בלבד: עבור חלק מחומרי היציקה העליונה יכול להיות הבדל משמעותי בחוזק הקשר בין יציקה מרובת-שלבים ליציקה עם הוספה, ולכן יש להעריך יחד את התאמת החומרים ואת דרך התהליך.

הכנס תבנית

יציקת תוספות (insert design) מזריקה שרף סביב תוספת, בדרך כלל מתכת, כך שהתוספת נעטפת בתוך החלק המעוצב. גישה זו מבטלת שלבי החדרה משניים כגון ריתוך בחום או ריתוך אולטרסאונד, ובדרך כלל היא ניתנת לשליטה רבה יותר ומספקת אנקפסולציה טובה יותר משיטות אלו. תוספות יצוקות גם מסירות תהליך התקנה משני מהנתיב, וחוסכות זמן ועלויות.

דרישת הכלים היא המלכוד: התבנית חייבת לאתר ולהחזיק את המילוי כנגד לחץ ההזרקה כך שהשרף יזרום סביבה מבלי לזוז או לפגוע בה. הנחת המילוי היא שלב נוסף במחזור, ואוטומציה מפחיתה את השפעתו בהשוואה לטעינה ידנית. מעבר למתכת, יציקת מילוי יכולה להכיל מילויים קרמיים לעמידות בחום ובידוד חשמלי, רכיבים מגנטיים ומודולים אלקטרוניים כגון חיישנים ומעגלים חשמליים.

יתר על המידה

יציקת יתר מחברת שכבת פלסטיק שנייה על גבי מצע יצוק כדי להוסיף אחיזה רכה למגע, איטום או נגיעות אסתטיות. היא שונה מיציקת אינסרטים בכך שהמצע הוא בדרך כלל פלסטיק ולא אינסרטים מעוצבים מראש, ואת יציקת היתר עצמה ניתן לבצע כיציקה דו-פעמית במכונה אחת או ברצף במכבש נפרד עם טיפול בפיק-אנד-פלייס.

חוזק הקשר הוא בעיית התכנון המרכזית. התקשרות מקובלת מושגת באמצעות שילוב של תכנון חלקים, בחירת חומרים, תכנון תבנית ותהליך היציקה, ושתי השכבות עשויות להיקשר כימית בממשק, מכנית דרך גיאומטריית הממשק, או שניהם. לחות היא מצב כשל שקט: רמת הלחות הן של חומר היציקה והן של המצע יכולה להשפיע לרעה על ההידבקות, לכן יש לייבש חומרים היגרוסקופיים לפני היציקה. גם חומרי צבע חשובים, מכיוון שנשא לא תואם בתרכיז צבע יכול לפגוע קשות בהידבקות.

הזרקה משותפת

הזרקת חומרים משותפים, המכונה לעיתים יציקת סנדוויץ', מזריקים שני חומרים שונים ברצף דרך שתי חביות ופיה אחת. פלסטיק המעטפת נכנס ראשון, פלסטיק הליבה עוקב אחריו ומזיז את המעטפת בליבה החמה, והזרקת מעטפת אחרונה מטהרת את הליבה מהפתח. זרימת המזרקה עושה את השאר: כאשר החלל מתמלא, פלסטיק בחזית ההיתוך נע מקו המרכז לדפנות החלל וקופא שם, ומשאיר את חומר הליבה באמצע מבנה הסנדוויץ'.

הרציונל הוא ביצועים ליחידת עלות. ניתן להשתמש בחומר טחינה מחדש כליבה מתחת למעטפת בתולה ששומרת על גימור פני השטח; ליבה יציבה יותר מבחינה תרמית יכולה להעלות את ההתנגדות התרמית של החלק; ליבה בעלת זרימת התכה גבוהה יכולה להפחית את כוח ההידוק הכולל. אתגר בקרת התהליך הוא מניעת פריצת הליבה דרך העור, ולכן משתמשים בניתוח הזרקה משותפת כדי לייעל את אסטרטגיית התהליך לפני חיתוך הכלי.

מיקרו הזרקה

הזרקת מיקרו בנויה עבור חלקים הנמדדים במיליגרם ותכונות הנמדדות במיקרונים - טלאי מיקרו-מחטים, מיקרו-גלגלי שיניים, מחברים אופטיים, שבבי מיקרופלואידיים עם תעלות ברוחב עשרות עד מאות מיקרונים. קיימות מכונות המבוססות על בוכנה, בורג גומלין ועיצובים רב-שלביים, והתהליך שונה מיציקה קונבנציונלית ביותר מקנה מידה: טמפרטורות ההיתוך והתבנית גבוהות יותר, ומהירות ההזרקה והלחץ גבוהים יותר.

הקושי הוא שליטה במשקלי זריקה קטנים מאוד. זריקה של 1 מ"ג דורשת מהלך של בערך 0.0056 מ"מ על בורג 14 מ"מ, וברגים בקוטר קטן יותר יכולים להתקשות לשמור על לחץ הזרקה ולהזין כדורי דגנים. מכונות קונבנציונליות מותאמות לעיתים על ידי הפיכת מערכת הקינוחים והרצף לגדולה פי 100 בערך מהחלק המיקרו כך שניתן לשלוט בגודל המדידה, אך זה מבזבז שרף, מאריך את המחזור ומסתיר את השפעת פרמטרי המכונה על החלק. חימום תבנית Variotherm הוא התשובה הסטנדרטית להקפאה מוקדמת: הוא מפחית צמיגות ומאפשר מילוי ביחס גובה-רוחב גבוה, עם יחסי גובה-רוחב של עד 10 בעובי מאפיין של 40 מיקרון שהודגמו באמצעות מערכת variotherm.

הזרקה בסיוע גז ומים

יציקה בסיוע גז ומים מזריקות נוזל לתוך החלק המותך כדי לייצר חלקים עבים, לארוז את החלק ולהפחית עיוות ומשקל. יציקה בסיוע גז מאפשרת מילוי מבוקר ופיזור אחיד יותר של פלסטיק, מה שמפחית עיוות, מאמץ והתכווצות ומעניק לחלקים דיוק ממדי גבוה יותר ויציבות צורה טובה יותר.

יציקה בסיוע מים מקדמת את אותו רעיון צעד קדימה. למים יש מוליכות תרמית גדולה פי 40 בערך מגז וכפי ארבעה מקיבול החום שלהם, והם קיצצו את זמני מחזור הקירור עד 70% בהשוואה לסיוע גז, תוך שהם מייצרים גם דפנות פנימיות חלקות יותר - בעלות ערך בחלקים שנועדו להובלת נוזלים או גזים. החיסרון הוא שקירור מהיר כנגד לחץ מתמשך יכול ליצור חללים בדופן החלק או לפרוץ את העור. חומרים כמו ניילון עם קצב התגבשות מהיר מתגבשים במהירות כאשר מים קרים פוגשים חומר חם, כך שהמותך הופך לפחות נוזלי ופחות מסוגל להכיל את המים הנכנסים, שאינם ניתנים לדחיסה; התוצאה יכולה להיות דפנות מנוקבות, שבלולים קרים או משטח פנימי פגום. כיתות עם התגבשות איטית יותר ועמידות גבוהה יותר להידרוליזה פותחו עבור יציקה בסיוע מים, והפשרה ברורה: שיפור בזמן המחזור ובאיכות כנגד מורכבות תהליך נוספת וציוד בקרה.

קצף ועיצוב הזרקה מיקרוסקולרי

קצף ויציקה מיקרו-תאית מערבבים חומר ניפוח פיזיקלי - בדרך כלל נוזל סופר-קריטי - לתוך החומר המותך. הגז המומס מפחית את צמיגות החומר המותך, ובזמן ההזרקה ירידת הלחץ יוצרת מספר רב של תאים קטנים. דווח כי התהליך המיקרו-תאי מאפשר הפחתה של 30% עד 40% בחומר, תוך יצירת חלקים בעלי חוזק פגיעה גבוה יותר ומבנה פנימי של בועות קטנות בטווח של 2 עד 10 מיקרומטר.

לחלק היצוק יש בדרך כלל מבנה סנדוויץ' של עור מוצק וליבה מוקצפת. טמפרטורת התבנית ולחץ החלל הם הגורמים המרכזיים השולטים באיכות פני השטח: טמפרטורת תבנית נמוכה מדכאת צמיחת תאים ליד הדופן ויוצרת את העור המוצק, ועובי העור מושפע גם מקצב הזרימה ועומק החלל. מכיוון שגימור פני השטח הוא חולשה נפוצה של חלקים מוקצפים, לחץ נגד גז ובקרת טמפרטורת תבנית דינמית משמשים לשיפורו, וחיישני טמפרטורה ולחץ חלל תומכים בניטור מקוון. התהליך רגיש לנפח הזריקה, טמפרטורת התבנית, מינון הגז ומהירות ההזרקה, וגודל התא יכול להשתנות מאזור לאזור בתוך חלק בודד, כך שתכונות מכניות יכולות להשתנות בהתאם.

הזרקת קיר דק

יציקה דקה היא פחות מכונה נפרדת ויותר משטר. חלק מסווג בדרך כלל כדק כאשר עובי הדופן הנומינלי שלו נמוך מ-1.0 מ"מ (0.040 אינץ'), או כאשר יחס אורך הזרימה לעובי הדופן שלו עולה על 150:1 אפילו בדופן של 1.0 עד 1.2 מ"מ על בית גדול. מילוי חלל כזה לפני שהמס קופא דורש הזרקה במהירות גבוהה - בסדר גודל של 300 עד 1,000 מ"מ/שנייה - לחצי הזרקה ספציפיים סביב 180 עד 280 מגה פסקל, וכוח הידוק בטווח של 1.0 עד 1.5 טון/סמ"ר.

הכלים צריכים להיות חזקים מספיק ללחץ זה, ויש לבחור את עיצוב השער כך שההיתוך יגיע לקצוות לפני שהשכבה הקפואה תסגור אותם. יציקה בעלת דופן דקה מקיימת גם אינטראקציה עם מיקרו-מאפיינים: כאשר חלל מכיל אזורים עבים ודקים כאחד, ההיתוך מהסס בכניסה למיקרו-מאפיינים עד שהמצע העבה יותר מתמלא, ואם זמן ההיסוס עולה על זמן הקירור הקריטי של התכונה, הפולימר מתמצק בנקודת הסטגנציה לפני שהתכונה מתמלאת.

תיוג בתוך עובש

תיוג בתוך התבנית (In-Mould) מכניס תווית מודפסת או סרט דקורטיבי, שטוח או מעוצב מראש, לתוך התבנית - לעתים קרובות באופן רובוטי - כך שהשרף המוזרק מגבה אותו ומחבר אותו למשטח החלק במהלך היציקה. התווית הופכת לחלק בלתי נפרד מהחלק במקום להיות מדבקה מודבקת, מה שמעניק גרפיקה משולבת ועמידה ללא שלב קישוט משני.

לטכניקה היסטוריה ארוכה ביציקת הזרקה סטנדרטית, החל מגימור פנים רכב בגימור עץ והתרחבה לניירות מודפסים מראש וסרטים בצבע יבש עבור חלקים פנימיים וחיצוניים, מוצרי אלקטרוניקה ניידים ומכשירי חשמל ביתיים. דרישות הכלים והטיפול הן האילוץ המעשי: יש למקם את התווית ולרשום אותה במדויק, ומערכת הטיפול צריכה לעמוד בקצב מחזור היציקה.

הזרקת תגובה

הזרקת ריאקציה היא כימיה נפרדת ולא מוצק נפרד. שני רכיבים ריאקטיביים בעלי צמיגות נמוכה מודבקים ומעורבבים, ולאחר מכן מוזרקים לתבנית שם הם מתפלמרים. פוליאוריטן הוא המערכת הנפוצה ביותר, אך ניתן גם לעבד פוליאוריאה, פוליאיזוציאנורטים, פוליאסטרים, פוליפנולים, פוליאפוקסידים וניילון 6 בדרך זו.

מכיוון שהתערובת הרבה פחות צמיגה מאשר תרמופלסטית מותכת, ניתן לעצב חלקים גדולים, קלים ובעלי דופן דקה, והצמיגות הנמוכה דורשת פחות כוח הידוק - מה שאומר ציוד קטן יותר והוצאות הון נמוכות יותר. קצף RIM יוצר גם שכבה בצפיפות גבוהה מעל ליבה בצפיפות נמוכה. הזרקת ריאקציה מחוזקת מוסיפה סיבי זכוכית או נציץ לייצור לוחות קצף קשיח, בדרך כלל לשימוש ברכב. הכלים יכולים להיות מפלדה או אלומיניום מעובדים, אלומיניום יצוק, גומי סיליקון, שרף אפוקסי או ניקל, ולמכונה שינוי גודל עם החלק.

כיצד נפח הייצור והכלי העבודה מעצבים את הבחירה בין סוגי תהליכי הזרקה

בחירת תהליך היא גם החלטה כלכלית, והכלים הם המקום שבו היא באה לידי ביטוי. איגוד תעשיית הפלסטיק - לשעבר אגודת תעשיית הפלסטיק - מגדיר חמש קטגוריות תבניות המספקות שפה משותפת לאורך חיי הכלים. קטגוריה 101 מיועדת ליותר ממיליון מחזורים; קטגוריה 102 ל-500,000 עד מיליון; קטגוריה 103 לפחות מ-500,000; קטגוריה 104 לפחות מ-100,000; וקטגוריה 105 לעבודת אב טיפוס בפחות מ-500 מחזורים. הקטגוריות נבדלות בחומרים ובקשיות כמו גם באורך החיים: קטגוריה 101 משתמשת בפלדה איכותית עם חללים וליבות המוקשחות למינימום של 48 R/C, בעוד שקטגוריה 105 היא לרוב מתכת יצוקה והיא הזולה ביותר מבין החמש. סיווגים אלה הם הנחיות להצעת מחיר והזמנה, והם כשלעצמם אינם מבטיחים ביצוע.

ספירת חללים היא המנוף השני. מתחת ל-50,000 חלקים בשנה בקירוב, ייצור כלים עם חלל אחד או שניים הוא נקודת ההתחלה הרגילה, מכיוון שספירת חללים גבוהה יותר לעיתים רחוקות משתלמת בטווח הקצר. נקודת האיזון שבה תבנית מרובת חללים מחזירה את ההשקעה הנוספת שלה בהשוואה לכלי עם חלל אחד נעה בדרך כלל בין 50,000 ל-200,000 חלקים, תלוי בגודל החלק, עלות החומר וקצב המכונה. נתונים אלה הם הנחיות אופייניות, לא כללים אוניברסליים: חלק גדול עם שרף יקר וקצב מכונה גבוה יכולים להצדיק ייצור כלים מרובי חללים בנפח שונה מאשר חלק קטן.

נפח גם הוא מגיב לבחירות החומרים והתהליך המיוחד הנ"ל. פרויקט תרמוסט אינו יכול ללטש מחדש את שאריות ההתחלה שלו, כך שרצות בנפח נמוך נושאות מבנה עלויות שונה מאשר רצף תרמופלסטי באותו גודל. כלי דו-שלבי נושא עלות ראשונית גבוהה יותר שרק תוכנית גדולה ויציבה מבחינה עיצובית יכולה לספוג. וכלי אב טיפוס Class 105 הוא הדרך הטבעית להוכיח עיצוב לפני התחייבות לכלי ייצור Class 103.

כיצד אוטומציה ובקרת תהליכים נבדלים בין סוגי תהליכי הזרקה

שכבת הבקרה והאוטומציה משתנה לא פחות מהתהליך עצמו. יציקה קונבנציונלית מסתמכת על הזרקה בלולאה סגורה ובקרת הידוק, חישת לחץ חלל ובקרת טמפרטורת התבנית; התהליכים המיוחדים מוסיפים צירי בקרה בנוסף לכך. מערכות Variotherm מחממות ומקררות את התבנית במחזור מבוקר כדי לנהל את המילוי ואיכות פני השטח. הזרקת גז ומים דורשת יחידות בקרה ייעודיות שמזמנות את הזרקת הנוזל, האחיזה וההפחתה. גומי סיליקון נוזלי זקוק לבקרת מדידה וערבוב כדי לשמור על יחס שני הרכיבים. יציקה עם הכנסות ותיוג בתוך התבנית זקוקים למיקום ורישום רובוטיים שעומדים בקצב המחזור.

הקו המשותף הוא שנתוני חיישנים תומכים בניטור ובאימות סימולציה תוך-רציף. חיישני לחץ וטמפרטורה בחלל התבנית הממוקמים בתבנית מספקים את הנתונים כדי לבדוק שהתהליך פועל כפי שמודל, וכלי סימולציה משמשים לאופטימיזציה של תכנון התבנית והגדרות התהליך לפני חיתוך הכלי. כדאי להכיר את המגבלות: כלי סימולציה מיקרו-תאיים נוכחיים אינם יכולים ללכוד במדויק את כל תהליך ההזרקה בגלל שינויי לחץ גדולים, קצבי קירור גבוהים והתגרענות מורכבת, והם מניחים התגרענות אחידה של התא, כך שצורת התא והשפעתה על האניזוטרופיה אינן נלכדות. הסימולציה מצמצמת את החיפוש; היא אינה מחליפה את הניסוי.

כיצד לבחור את סוג תהליך ההזרקה המתאים לחלק שלך

רצף בחירה מעשי עובר מדרישות חלק לתהליך בסדר קבוע, משום שכל שלב מגביל את הבא אחריו.

אומדן סינון כוח הידוק מעובד עבור חלק ברמת ABS: שטח מוקרן של 80 אינץ' רבוע (חלקים, מסילות וקשת) × גורם אמפירי של 3.0 טון/אינץ' רבוע = 240 טון, בתוספת מרווח של 15% = 276 טון, המצביע על מכבש של כ-280-300 טון. הגורם הוא ערך סינון עבור שרף הנדסי כללי ויש לאמת אותו באמצעות נתוני לחץ חלל או ניתוח זרימת תבנית.

התחילו עם משפחת החומרים. גומי תרמופלסטי, תרמוסט, אלסטומר או סיליקון נוזלי, אבקת מתכת או קרמיקה, וקומפוזיט, כל אחד מהם מצביע על מכונה וכלים שונים, והבחירה בדרך כלל מונעת על ידי טמפרטורה, חשיפה כימית, טוהר או דרישות מכניות ולא על ידי תהליך היציקה עצמו.

לאחר מכן, התבוננו בגיאומטריה ובחתך הקיר. קירות דקים, אורכי זרימה ארוכים ומאפיינים מיקרו דוחפים למשטרי לחץ גבוהים במהירות גבוהה ולכלים וריותרמיים; חתכים עבים עשויים להצביע על תהליכים בסיוע נוזלים או קצף שמוציאים את פנים הקיר.

לאחר מכן, שאלו האם החלק זקוק ליותר מחומר אחד או רכיב משובץ. אחיזה רכה על מארז קשיח, חוט מתכת עטוף, או ליבה נסתרת של השחזה חוזרת, כל אחד מהם מצביע על טכניקה מיוחדת שונה, והנפח וודאות התכנון מחליטים בין מסלולי שתי-ירייה לבין מסלולי הרמה ומיקום.

לאחר מכן, יש להחיל את תקציב הנפח והכלים. סוג התבנית ומספר החללים נובעים מהנפח השנתי ומאורך החיים הצפוי של התוכנית, ויש לשקול את עלות הכלים מול מחיר החתיכה.

לבסוף, בדקו את דרישות המשטח והסבילות. תרמופלסטים אמורפיים נבחרים בדרך כלל על פני שרפים גבישיים כאשר נדרשות סבילות צמודות בגלל הצטמקותם הנמוכה והאיזוטרופית יותר; חלקים מוקצפים זקוקים ללחץ נגדי או בקרת טמפרטורת תבנית דינמית כדי להגיע למשטח טוב; ומשטחים בעלי מרקם דורשים דחיפה נוספת.

הטבלה שלהלן מסכמת את הסוגים העיקריים כנגד החומר, משטר נפח טיפוסי, מורכבות הכלים ופשרות מפתח. זוהי טבלה איכותית כאשר המקורות אינם נותנים מספרים, ונתוני הנפח הם הנחיות אופייניות ולא כללים.

סוג תהליך הזרקה	חוֹמֶר	משטר נפח טיפוסי	מורכבות הכלים	פשרות מפתח
תרמופלסטיים	פולימרים חצי-גבישיים ואמורפיים	נמוך עד גבוה מאוד	בינוני עד גבוה, תלוי בכיתה	בקרת הצטמקות ועיוות
תרמוסטית	שרפים צולבים	נמוך עד גבוה	כלי מחומם; לא ניתן ללטש מחדש את הגרוטאות	עמידות בחום וכימיקלים לעומת עלות גרוטאות
אלסטומר / גומי סיליקון נוזלי	סיליקון ריפוי פלטינה, גומי	נמוך עד גבוה	מדידה וערבוב בתוספת כלי עבודה לסיפון קר	טוהר וביצועי איטום לעומת עלות הציוד
אבקת מתכת/קרמיקה	אבקה בתוספת קלסר	ייצור נמוך (LPIM) עד ייצור המוני (HPIM)	עובש בתוספת הסרת קשרים וסינטור	מתכת או קרמיקה בצורת רשת לעומת שלבי תהליך נוספים
מרוכב / מחוזק בסיבים	תרכובות קצרות סיבים וחלקיקים	נמוך עד גבוה	בורג, קנה וכלים עמידים בפני שחיקה	נוקשות לעומת אניזוטרופיה ושחיקה של סיבים
שתי זריקות / חומרים מרובים	שני פולימרים	בדרך כלל מעל 10,000 חלקים	מכונה אחת עם תבנית אינדוקס או סיבוב; כלי יקר	חלק רב-חומרי מודבק לעומת השקעה בכלי עבודה
הכנס דפוס	שרף בתוספת מתכת או תוספת אחרת	נמוך עד גבוה	הכנס מיקום ותכונות החזקה	ביטול הרכבה לעומת תוספת זמן מחזור
יתר על המידה	מצע בתוספת שרף יצוק	בינוני עד גבוה	לחיצה וטיפול נפרדים	מגע רך או איטום לעומת בקרת קשר
הזרקה משותפת	פולימרים של עור וליבה	בינוני עד גבוה	שתי חביות, זרבובית אחת; בקרת תהליך	עלות או ביצועים ליבה לעומת סיכון פריצת דרך
הזרקת מיקרו	הנדסת פולימרים	בינוני עד גבוה	ברגים קטנים, בקרת זריקה מדויקת, וריותרם	תכונות מיקרון לעומת בקרת משקל ירייה
בסיוע גז / בסיוע מים	תרמופלסטיים	בינוני עד גבוה	יחידות בקרת הזרקת נוזלים	הפחתת משקל ועיוות לעומת מורכבות התהליך
קצף / מיקרוסלולרי	תרמופלסטיקה בתוספת נוזל סופר-קריטי	בינוני עד גבוה	מינון גז ובקרת טמפרטורת עובש	הפחתת חומר של 30-40% לעומת איכות פני השטח
קיר דק	תרמופלסטיים	גָבוֹהַ	כלים חזקים, מכבש במהירות גבוהה	הפחתת דופן לעומת לחץ וקפיאה
תיוג בתוך התבנית	תרמופלסטיקה בתוספת תווית או סרט	בינוני עד גבוה	מיקום ורישום רובוטיים	גרפיקה משולבת לעומת מורכבות טיפול
הזרקת תגובה	פוליאוריטן ומערכות ריאקטיביות אחרות	נמוך עד בינוני	כלי עבודה מפלדה, אלומיניום, סיליקון, אפוקסי או ניקל	חלקים גדולים ודקים בכוח הידוק נמוך לעומת בקרת כימיה

בחרו ב-NOBLE לתמיכה בפרויקט הזרקת הדפוס שלכם

NOBLE היא חברת ייצור מובילה בסין ומיזם משותף סיני-בריטי, המוכר על ידי הממשלה כמפעל היי-טק לאומי. עם יותר מ-10 שנות ניסיון בייצור מקצועי ובניית אב טיפוס מהירה, NOBLE מתמחה בפרויקטים תומכים בשירותים הכוללים עיבוד שבבי וייצור חלקים תחת ניהול עסקי "ייצור חכם".

עבור פרויקט הזרקה, ניסיון זה חשוב בשני קצוות התוכנית. יכולת השירות ויכולת העיבוד המקצועית של NOBLE עוזרות ללקוחות לעבור ביעילות מאב טיפוס לייצור המוני - הוכחת עיצוב, אימות חומר, ולאחר מכן העברת החלק לייצור בכמות גדולה מבלי להעביר את הפרויקט בין ספקים מנותקים. הצוות פועל למימוש מלא של דרישות הלקוח, עם ניהול סטנדרטי לבקרת איכות קפדנית של חלקים ומוצרים ותהליך עבודה סביר ששומר על עלויות נמוכות באותה איכות.

מערכת האיכות מוסמכת לתקן ISO 9001:2015 ו-ISO 13485:2016, כך שניתן לתמוך בפרויקטים עם ציפיות איכות של מכשור רפואי במסגרת מערכת ניהול מתועדת. NOBLE מציעה מערך מלא של שירותים, החל מתכנון ועד להרכבה - לא רק ייצור - ומבצעת תהליך יעיל, מדויק וחסכוני באופן עצמאי, מה שאומר שעבודת ייצור מהירה של אבות טיפוס ועבודות ייצור מהירות אינן תלויות במיקור חוץ. תוכנת CNC מקיפה ומהנדסים מנוסים תומכים בזמני אספקה ​​מהירים, ניתן להציע הצעת מחיר מקצועית תוך 24 שעות ממועד בקשת ההצעה עם המידע הדרוש, ומערכת מלאה של ציוד בדיקה ומערכת בקרת איכות כוללת מסייעות להבטיח שאבות טיפוס ורכיבים ייוצרו בדיוק גבוה.

המשימה של NOBLE היא להפוך רעיונות למציאות על ידי מתן שירותי ייצור מצוינים לפי דרישה, ייצור אבות טיפוס פשוטים ומורכבים וחלקים לשימוש סופי העומדים בקריטריונים מחמירים של סבילות ותקני איכות. כדי לדון בפרויקט הזרקה, הגישו בקשת הצעות מחיר (RFQ) עם פרטי החלק הדרושים והצוות יגיב עם הצעת מחיר ומסלול מומלץ משלב האב-טיפוס ועד לייצור.

שאלות נפוצות על סוגי הזרקה

איזה תהליך הזרקה מתאים לחומר ולגיאומטריה של החלק שלי?

התחילו עם משפחת החומרים, משום שהיא מגבילה את המכונה והכלים לפני שמתחשבים בגיאומטריה. לאחר מכן, התבוננו בחתך הקיר ובגודל התכונה: דפנות דקות, אורכי זרימה ארוכים ותכונות מיקרו דוחפים לכיוון משטרי לחץ גבוהים במהירות גבוהה ותהליכים של כלי עבודה וריותרמיים, בעוד שחתכים עבים עשויים להעדיף תהליכים בסיוע נוזלים או קצף. לבסוף, שאלו האם החלק זקוק ליותר מחומר אחד או לתוסף מוטמע; אם כן, סעיף התהליך המיוחד לעיל הוא המקום להתחיל.

כיצד אוכל לבחור בין יציקה דו-שלבית, יציקה באמצעות הכנסות (Insert Moulding) ויציקה יתר עבור חלק רב-חומרים?

יציקה דו-קומתית (Two-shot) מבצעת הזרקה של שני חומרים ברצף במכונה אחת ומתאימה לכמויות ייצור גדולות - בדרך כלל מעל 10,000 חלקים - כאשר העיצוב והחומרים מוגדרים מראש. יציקת חומרים מוסיפה חומר מוסיף, בדרך כלל מתכת, לשרף ומבטלת שלבי החדרה משניים כגון ריתוך בחום או ריתוך אולטרסאונד. יציקת יתר (Overmossing) מחברת שכבת פלסטיק שנייה על מצע פלסטיק לאחיזה רכה למגע, איטום או אסתטיקה, ויכולה לפעול כיציקה דו-קומתית במכונה אחת או ברצף במכבש נפרד. השלושה קשורים אך אינם ניתנים להחלפה, וחוזק הקשר יכול להשתנות בין מסלולים עבור אותו זוג חומרים, לכן יש לאמת את הבחירה עם ספק החומרים והיצרן.

באיזה נפח ייצור כלי הזרקה ייעודיים הופכים לכדאיים?

אין סף אוניברסלי, מכיוון שכלכלת ייצור הכלים תלויה בגודל החלק, עלות החומר וקצב ייצור המכונה. כהנחיה אופיינית, ייצור כלים עם חלל אחד או שניים הוא נפוץ מתחת לכ-50,000 חלקים בשנה, ונקודת האיזון שבה תבנית מרובת חללים מחזירה את ההשקעה הנוספת שלה על פני כלי עם חלל אחד נמצאת בדרך כלל בין 50,000 ל-200,000 חלקים. עבור כמויות נמוכות מאוד, ייצור כלים לאב טיפוס בטווח Class 105 - פחות מ-500 מחזורים - הוא הבחירה הטבעית להוכחת עיצוב לפני התחייבות לייצור כלים.

במה שונה הזרקת אבקה של מתכת וקרמיקה מהזרקת פלסטיק בייצור כלים ובעיבוד שלאחר מכן?

הזרקת אבקה מוסיפה שני שלבים לאחר היציקה שאין ביציקת הזרקת פלסטיק: הסרת חומר הקישור, אשר מסירה את החומר המקשר מהחלק הירוק, וסינטור, אשר דחיסה את החלק החום ומפתחת את תכונותיו. הכנת חומר הגלם מורכבת יותר, מכיוון שיש לערבב את האבקה והקשר לחומר גלם הומוגני. במסגרת הזרקת אבקה, יציקה בלחץ גבוה נקשרה היסטורית לייצור המוני, בעוד שיציקה בלחץ נמוך עם חומרי גלם בעלי צמיגות נמוכה הודגמה עבור קצבי ייצור נמוכים וגדולים של קבוצות, כולל חלקים קרמיים בעלי צורה כמעט סופית בטווח של 100 עד 10,000 יחידות.

אילו הבדלים בכלים ובמכונות עליי לצפות עבור יציקה בהזרקה מיקרוסקופית לעומת יציקה קונבנציונלית?

הזרקת מיקרו משתמשת בברגים בקוטר קטן יותר, בקרת זריקה מדויקת וטמפרטורות התכה ותבנית גבוהות יותר, ולעתים קרובות היא מוסיפה חימום וריאותרמי לתבנית כדי למנוע קיפאון מוקדם במאפייני מיקרו. הקושי המרכזי הוא שליטה במשקלי זריקה קטנים מאוד: זריקה של 1 מ"ג דורשת מהלך של בערך 0.0056 מ"מ על בורג 14 מ"מ, וברגים קטנים יכולים להתקשות לשמור על לחץ הזרקה ולהזין כדורי פלדה. מכונות קונבנציונליות מותאמות לעיתים למערכות זרבובית ורנר הגדולות פי 100 בערך מהחלק המיקרו, אך זה מבזבז שרף, מאריך את המחזור ומסתיר את השפעת פרמטרי המכונה על החלק.

כיצד יציקה בסיוע גז, יציקה בסיוע מים ויציקה בקצף מפחיתה עיוות או משקל, וכמה הן עולות לי מבחינת מורכבות התהליך?

יציקה בסיוע גז מזריקה גז לתוך החומר המותך כדי לייצר חלקים עבים, לארוז את החלק ולהפחית עיוות, מאמץ והתכווצות, מה שמעניק דיוק מימדי ויציבות צורה טובים יותר. יציקה בסיוע מים עושה את אותו הדבר עם מים, שיש להם מוליכות תרמית גדולה פי 40 בערך מגז וכפי ארבעה בערך קיבולת החום שלהם; היא קיצרה את זמני מחזור הקירור עד 70% בהשוואה לסיוע גז ומעניקה דפנות פנימיות חלקות יותר, אך קירור מהיר כנגד לחץ גבוה יכול ליצור חללים או לפרוץ את העור, במיוחד בחומרים בעלי התגבשות מהירה כמו ניילון. יציקה בקצף ובמיקרו-תאית משתמשים בנוזל סופר-קריטי כדי ליצור מבנה תאים עדין, כאשר התהליך המיקרו-תאי מדווח כהפחתה של 30% עד 40% של חומר, אך איכות פני השטח תלויה בטמפרטורת התבנית ובלחץ החלל ולעתים קרובות זקוקה ללחץ נגד גז או לבקרת טמפרטורת תבנית דינמית. שלושתם מחליפים פשטות בתהליך לטובת משקל, עיוות או רווחי זמן מחזור.

מה NOBLE מספקת בתחום ייצור אב טיפוס וייצור המוני, ואילו אישורים חלים?

NOBLE מספקת ייצור בהתאמה אישית מקיף, החל מתכנון ועד להרכבה - לא רק ייצור - ותומכת בלקוחות החל מבניית אב טיפוס ועד לייצור המוני. NOBLE היא מיזם משותף סיני-בריטי המוכר כמיזם היי-טק לאומי, עם יותר מ-10 שנות ניסיון בייצור מקצועי ובבניית אב טיפוס מהירה, ומערכת האיכות שלה מוסמכת לתקן ISO 9001:2015 ו-ISO 13485:2016. יכולות פנימיות, ציוד בדיקה ותהליך מקצועי להצעת מחיר תומכים בזמני אספקה ​​מהירים ובחלקים מדויקים.