Formowanie wtryskowe dwukolorowe polega na wtryskiwaniu dwóch materiałów – lub dwóch kolorów tego samego materiału – do jednej formy w jednym cyklu maszyny, dzięki czemu gotowy element wychodzi z formy już z wielomateriałowej. Ta pojedyncza zmiana eliminuje kilka dalszych operacji jednocześnie: brak konieczności klejenia lub montażu zatrzaskowego w celu połączenia miękkiego uchwytu ze sztywną obudową, brak konieczności malowania lub tampodruku w celu uzyskania drugiego koloru, brak konieczności wklejania osobnej soczewki w otwór okienny oraz brak konieczności zdejmowania etykiety z klucza. Miękkie w dotyku uchwyty, uszczelnione interfejsy, trwałe dwukolorowe napisy i okienka przepuszczające światło – wszystko to można formować w jednym cyklu.
Kompromisem jest to, że wszystkie decyzje podejmowane są wcześniej i są droższe. Para żywic musi zostać ustalona przed cięciem stali, narzędzie potrzebuje dwóch zestawów gniazd i precyzyjnych odcięć, a prasa potrzebuje drugiej jednostki wtryskowej. Niniejszy przewodnik przedstawia ten łańcuch decyzyjny w kolejności: terminologię, cykl i główne konfiguracje formy, sposób dobierania żywic, zasady projektowania, które należy zastosować przed zwolnieniem oprzyrządowania, tryby awarii pojawiające się w produkcji i sposób ich kontrolowania, a także porównanie formowania dwukolorowego z formowaniem dwunarzędziowym, formowaniem z wkładkami, dekorowaniem i spawaniem. Na koniec znajdują się wskazówki dotyczące oceny dopasowania części i objętości, ścieżki od prototypu do produkcji oraz sposobu, w jaki NOBLE wspiera projekty formowania wtryskowego dwukolorowego.
Co to jest dwukolorowe Formowanie wtryskowe i jak są ze sobą powiązane te warunki?
Formowanie wtryskowe dwukolorowe to proces wtrysku wielomateriałowego, w którym pierwszy materiał jest wtryskiwany do gniazda formy, a następnie forma jest indeksowana, obracana lub przesuwana, a drugi materiał jest wtryskiwany nad lub obok pierwszego, podczas gdy element pozostaje w narzędziu. Pierwszy wtrysk tworzy podłoże – zazwyczaj sztywny element konstrukcyjny – a drugi wtrysk dodaje kontrastowy kolor, miękki elastomer lub przezroczyste okienko. Rezultatem jest pojedyncza część bez konieczności montażu.
Formowanie dwuetapowe, 2K, formowanie dwuetapowe i wielomateriałowe: jedna rodzina, różne naciski
Terminy „dwuetapowy”, „podwójny etap” i „2K” są niemal synonimami tego samego sekwencyjnego procesu dwumateriałowego, a dostawca może użyć dowolnego z nich w tej samej ofercie. Nacisk jest nieznacznie inny. „Dwukolorowy” opisuje efekt wizualny – dwa kolory w jednym elemencie. „Dwuetapowy” opisuje sekwencję – dwa etapy wtrysku. „2K” to skrót od „dwóch komponentów” (Komponenten), powszechnie używany w europejskiej literaturze dotyczącej narzędzi i maszyn.
Formowanie „wielomateriałowe” lub „wielokomponentowe” to szersze pojęcie. Obejmuje ono formy dwukomponentowe, ale obejmuje również formy trzy- lub więcej-komponentowe oraz warianty takie jak formowanie warstwowe lub współwtryskowe, gdzie materiał zewnętrznej warstwy i materiał rdzenia – często z recyklingu, spieniony lub wypełniony – są wtryskiwane za pomocą tego samego narzędzia. W formowaniu warstwowym wnęka jest najpierw częściowo wypełniana materiałem warstwy zewnętrznej, a następnie materiał rdzenia jest wtryskiwany do środka warstwy zewnętrznej; w celu uzyskania efektu marmurkowania można również stosować naprzemiennie komponenty w różnych kolorach.
Pojedynczą część można zasadnie opisać kilkoma z tych terminów naraz, warto więc potwierdzić z dostawcą, jaką konfigurację i jaką maszynę przyjęto w wycenie, zamiast opierać się na etykiecie.
Czym nie jest dwukolorowa listwa
Formowanie dwukolorowe często wiąże się z myleniem trzech procesów. Rozróżnienie to jest istotne, ponieważ każdy z nich wymaga innego zestawu narzędzi i innego mechanizmu łączenia.
Element formowany jednoetapowo, który jest później malowany, drukowany lub znakowany laserowo, nie jest formowany dwukolorowo. Drugi kolor jest nakładany po wypchnięciu, w oddzielnej operacji, i pozostaje na powierzchni, a nie jest formowany w element.
W procesie formowania wtryskowego na dwóch narzędziach wykorzystywane są dwie oddzielne formy. Podłoże jest formowane w pierwszym narzędziu, a następnie przenoszone – ręcznie lub za pomocą robota – do drugiej formy, gdzie wtryskiwana jest żywica. Element opuszcza narzędzie między wtryskami, dlatego kontrola zanieczyszczeń i tolerancja ponownego mocowania stają się częścią procesu.
Formowanie wtryskowe polega na zatopieniu gotowego elementu, zazwyczaj metalu, w jednym wtrysku tworzywa sztucznego. Nie ma wiązania chemicznego między metalem a tworzywem termoplastycznym i nie jest ono potrzebne: retencja jest czysto mechaniczna, uzyskiwana poprzez skurcz tworzywa sztucznego, radełkowanie, podcięcia lub rowki na wkładce.
Formowanie dwukolorowe różni się od pozostałych trzech tym, że oba materiały są wtryskiwane w jednym cyklu maszynowym, a element nigdy nie opuszcza narzędzia między wtryskami. To właśnie jest przyczyną jego najściślejszego dopasowania i najsilniejszego wiązania chemicznego – a także najwyższych kosztów oprzyrządowania.
Cykl formowania wtryskowego dwukolorowego i konfiguracje form
Zrozumienie cyklu wyjaśnia, dlaczego formowanie dwukolorowe jest wyceniane w taki sposób, w jaki jest, i dlaczego czas cyklu nie jest po prostu dwukrotnie dłuższy niż cykl pojedynczy.
Krok po kroku przez cykl dwuetapowy
Pierwszy wtrysk jest wtryskiwany do gniazda formy i schładzany. Forma otwiera się, a połówka formy, w której znajduje się preforma z pierwszego wtrysku, indeksuje, obraca się lub przesuwa, dopasowując się do stalowej wnęki z drugiego wtrysku. Drugi wtrysk jest następnie wtryskiwany nad lub obok preformy, a pierwszy wtrysk dla kolejnej części jest wtryskiwany do teraz wolnej wnęki z pierwszego wtrysku. Gotowy element – ten, w którym znajdują się oba materiały – jest wyrzucany, a preforma, która właśnie otrzymała drugi wtrysk, pozostaje w narzędziu.
Po uruchomieniu, oba etapy wtrysku przebiegają zatem równolegle, a nie sekwencyjnie: w każdym cyklu jedna stacja formuje pierwszy etap, a druga formuje preformę z poprzedniego cyklu. W narzędziu z obrotowym stołem obrotowy element zawiera identyczne gniazda pierwszego etapu, podczas gdy element nieruchomy zawiera zarówno gniazda pierwszego, jak i drugiego etapu; strona wyrzutnika ma dwa zestawy płyt wyrzutnika, ponieważ w każdym cyklu wyrzucane są tylko elementy z obu materiałów.
Konfiguracje form i maszyn
Główne konfiguracje różnią się sposobem prezentacji preformy w drugim ujęciu, co z kolei decyduje o tym, jaką geometrię części każda z nich może obrobić.
Płyta obrotowa/stół obrotowy. Połowa formy jest obracana na ruchomej płycie zaciskowej w cyklu dwu- lub czterosuwowym, po wtryśnięciu i schłodzeniu pierwszego komponentu. Preforma jest następnie wypełniana drugim komponentem, podczas gdy pierwszy komponent jest jednocześnie wtryskiwany do wolnej wnęki. Rozwiązanie to jest odpowiednie dla detali, w których preforma jest częściowo lub jednostronnie odsłonięta, i jest stosowane do jednostronnego obtrysku dużych ilości. Prostsza wersja obraca pionową płytę wokół osi poziomej; bardziej złożona „forma sześcienna” lub „forma wirowa” obraca centralny stos z dwiema lub czterema ściankami wokół osi pionowej i jest najdroższą wersją.
Płyta indeksowa. Pierwszy komponent jest wtryskiwany do wnęki, która jest częścią płyty indeksowej; preforma jest wypychana i obracana, a poprzez przesunięcie płyty indeksowej do tyłu, preforma jest umieszczana na drugim rdzeniu formy i formowana obustronnie. To rozwiązanie jest odpowiednie dla preform, które muszą być swobodne z jednej strony u góry i częściowo swobodne z dołu.
Podział przesuwny. Wymagana jest tylko jedna wnęka z funkcją wyciągania rdzenia: po wtryśnięciu i schłodzeniu preformy suwak rozdzielający cofa się, tworząc drugą wnękę, którą wypełnia drugi komponent. Ponieważ wymaga tylko jednej wnęki, proces jest prosty i ekonomiczny, a także odpowiedni dla preform, które muszą zostać częściowo uwolnione.
Stół przesuwny. Forma ma stronę rdzeniową i dwie strony gniazda; po wtryśnięciu pierwszego elementu forma otwiera się, a strona rdzeniowa jest dociskana do drugiej połowy gniazda. Nadaje się do preform częściowo lub jednostronnie odsłoniętych i jest szczególnie odpowiedni do jednostronnego formowania wtryskowego małych ilości w produkcji prototypów lub małych serii.
Transfer. Robot wyjmuje preformę z pierwszej wnęki i wkłada ją do drugiej wnęki, gdzie drugi komponent jest wtryskiwany po zamknięciu formy, podczas gdy druga wnęka jest już wypełniana pierwszym komponentem. Dotyczy to projektów, w których preforma musi być wolna z obu stron i może obejmować wszystkie klasy projektu.
Wtrysk warstwowy / współwtrysk. Komora jest częściowo wypełniona materiałem naskórkowym, a materiał rdzenia jest wtryskiwany do rdzenia materiału zewnętrznego, tworząc strukturę naskórkowo-rdzeniową, a nie geometrię typu side-by-side lub overmold.
Istnieją również warianty z płytą obrotową, ruchomym rdzeniem i formowaniem wtryskowym; pierwsze dwa wymagają drugiej jednostki wtryskowej, dwóch systemów kanałów i dwóch procesów, natomiast wariant formowany wtryskowo w większości przypadków wymaga dwóch oddzielnych form.
Wybór materiałów do formowania wtryskowego dwukolorowego
Wybór materiału to decyzja decydująca o tym, czy część będzie się trzymać całości. Musi zostać ona sfinalizowana przed rozpoczęciem projektowania formy — późniejsza wymiana elementów jest niezwykle kosztowna.
Wiązania chemiczne a łączenie mechaniczne
Dwuetapowe wiązanie materiałów działa poprzez dwa mechanizmy. Adhezja chemiczna zachodzi, gdy drugi materiał częściowo się topi i dyfunduje z wciąż częściowo roztopioną powierzchnią pierwszego wtrysku na poziomie molekularnym, tworząc wiązanie, które może być równie mocne, jak każdy z tych materiałów osobno. Właśnie dlatego formowanie dwuetapowe w dużej mierze opiera się na wiązaniu chemicznym: drugi materiał jest wtryskiwany na wciąż ciepłą pierwszą wtrysk, a okno czasowe na uzyskanie silnego wiązania jest wąskie.
Mechaniczne zazębianie się jest alternatywą lub rozwiązaniem awaryjnym. Gdy żywica formowana wtryskowo wnika w otwory w podłożu – zwłaszcza te, które są połączone na jaskółczy ogon i rozszerzają się ku dołowi – schłodzony materiał blokuje się na podłożu. Owinięcie formy wtryskowej wokół podłoża lub zwiększenie powierzchni styku za pomocą rowków, palików, słupków lub wypustek pozwala osiągnąć ten sam efekt. Porowaty substrat tworzy drobne otwory, do których może migrować elastomer.
Niektóre pary dobrze wiążą się chemicznie; inne wymagają właściwości mechanicznych. TPE opracowany do łączenia polipropylenu nie będzie łączył poliwęglanu, a standardowy styrenowy TPE w ogóle nie będzie łączył PP, chyba że gatunek ten jest na bazie PP. Dopasowanie składu chemicznego TPE do rodziny substratów jest zatem pierwszą decyzją dotyczącą materiału i jest podejmowana na podstawie opublikowanych przez producenta tabel adhezji, a nie na podstawie prób.
Typowe pary podłoża i nakładki
Poniższe pary to kombinacje najczęściej zgłaszane w produkcji, o jakości wiązania i typowych zastosowaniach zgodnych z opublikowanymi wytycznymi dotyczącymi zgodności.
| Podłoże (zdjęcie 1) | Nakładka (Ujęcie 2) | Jakość obligacji | Typowym zastosowaniem |
| ABS | TPE styrenowy | Doskonały | Narzędzia z miękkim uchwytem, elektronika użytkowa |
| PC | TPE styrenowy | Doskonały | Urządzenia medyczne, obudowy elektronarzędzi |
| Mieszanka PC/ABS | TPE styrenowy | Doskonały | Wykończenie wnętrza samochodu |
| PA6 / PA66 (nylon) | TPE na bazie poliamidu | Dobry do doskonałego? | Złącza samochodowe pod maską |
| PP | Olefinowy TPE / TPV | Dobry | Uszczelki samochodowe, opakowania konsumenckie |
| POM (acetal) | Modyfikowany TPE | Sprawny — potrzebny zamek mechaniczny | Zespoły przekładni, mechanizmy blokujące |
| ABS | ASA | Doskonały (ta sama rodzina) | Sprzęt outdoorowy, części dwukolorowe |
| PMMA | ABS | Dobry | Przezroczyste okna nad kolorowymi ciałami |
W branży motoryzacyjnej standardem jest połączenie PA6 lub PA66 z TPE na bazie poliamidu: podłoże nylonowe jest odporne na działanie ciepła i chemikaliów, a powłoka TPE zapewnia uszczelnienie lub przyczepność, a TPE musi być specjalnie opracowany pod kątem przyczepności poliamidu, a nie standardowy gatunek styrenu. Istnieją tysiące możliwych kombinacji podłoża i form wtryskowych, a dostawcy materiałów mogą zidentyfikować gatunki specjalistyczne, w których standardowa para nie spełnia wymagań wydajnościowych.
Jedno ostrzeżenie strukturalne: połączenia amorficzne z półkrystalicznymi, takie jak PC z PA6, mogą się sprawdzić, ale różnica w skurczu powoduje naprężenia wewnętrzne na styku. Materiały półkrystaliczne kurczą się bardziej podczas chłodzenia – o około 1.5–2.5% w porównaniu z 0.4–0.7% w przypadku żywic amorficznych – co powoduje naprężenia ścinające na linii wiązania. Jest to możliwe do opanowania, jeśli jest odpowiednio zaprojektowane, ale jest częstym źródłem deformacji w późnym stadium.
Różnice w temperaturze topnienia i skurczu
Pierwszy wtrysk musi przetrwać ciepło drugiego wtrysku. Materiał drugiego wtrysku musi nadawać się do obróbki w temperaturze, która nie spowoduje degradacji pierwszego wtrysku, ale jest wystarczająco wysoka, aby sprzyjać wzajemnej dyfuzji; za zakres roboczy powszechnie przyjmuje się różnicę temperatur między dwoma materiałami wynoszącą około 30–40°C. Temperatura topnienia zbyt niska, aby zmiękczyć powierzchnię podłoża, jest jedną z typowych przyczyn uszkodzenia wiązania.
Skurcz to druga wielkość do porównania. Skurcz formy to geometryczne zmniejszenie rozmiaru części względem gniazda formy, mierzone zgodnie z normą ASTM D955-08 po 24–48 godzinach od wyjęcia z formy. Odkształcenie to odkształcenie wywołane niejednorodnym skurczem, które powstaje na trzy sposoby: różnice skurczu w różnych kierunkach wynikające z anizotropii materiału, zmienność międzyobszarowa wynikająca z nierównomiernego ciśnienia i temperatury oraz nierównomierny skurcz na całej grubości spowodowany różnicą chłodzenia na przeciwległych powierzchniach formy. W przypadku dwukolorowej części, różny skurcz dwóch żywic stanowi czwarte źródło, dlatego dobieranie materiałów i kontrola odkształceń są omówione łącznie w poniższej sekcji dotyczącej ryzyka.
Zasady projektowania przed Obróbka Wydanie
Poniższe zasady można zastosować przed cięciem stali. Są one pogrupowane według cech, którymi rządzą, a każda z nich jest tańsza do ustalenia na rysunku niż w narzędziu.
Grubość ścianki, żebra i przejścia
Utrzymuj możliwie stałą grubość ścianek i wydrąż grube masy, zamiast pozostawiać pełne sekcje. Ciężkie wypukłości i grube żebra to standardowe przyczyny powstawania wgłębień i pustych przestrzeni, ponieważ grube sekcje stygną nierównomiernie; zastąpienie litej masy żebrami i wzmocnieniami redukuje oba te zjawiska. Nierównomierna grubość ścianek, nierównomierne chłodzenie i wysoki skurcz to standardowe przyczyny odkształceń, dlatego stopniowe przejścia między grubymi i cienkimi obszarami spełniają tę samą funkcję w zakresie stabilności wymiarowej.
Zawory odcinające, odcięcia i linie podziału
Pochylenie pozwala na czyste wyjęcie elementu; ścianki podłoża, które będą podtrzymywać formowanie, są zazwyczaj pochylone o 1 do 1.5 stopnia na stronę. Zawory odcinające zapobiegają powstawaniu wypływek, a niewłaściwa konstrukcja zaworu odcinającego lub trudna linia podziału jest zazwyczaj przyczyną powstawania cienkiego nadmiaru tworzywa na krawędziach. Umiejscowienie linii podziału jest decyzją zarówno kosmetyczną, jak i techniczną, ponieważ linia będzie widoczna na gotowym elemencie.
W przypadku formowania dwuetapowego, najważniejszym momentem odcięcia jest „zgniecenie”: wypukła powierzchnia stali wnęki drugiego etapu, która dociska się do pierwszego etapu, aby zapobiec wyciekaniu lub rozpływaniu się materiału z drugiego etapu na powierzchnię pierwszego etapu, gdzie nie powinien. Zgniecenie wynosi zazwyczaj 0.003–0.005 cala (ok. 1,2–1,2 cm). W obszarach, w których pierwszy etap ma grubsze ścianki, może być konieczne dodatkowe zgniecenie, aby skompensować większy skurcz — osiąga się to albo poprzez dodanie stali do otworu odcięcia drugiego etapu, albo poprzez dodanie materiału z pierwszego etapu poprzez usunięcie stali.
Obszary łączenia i blokady mechaniczne
Tam, gdzie oczekiwane jest wiązanie chemiczne, drugi wtrysk musi mieć kontakt z czystą, gorącą powierzchnią pierwszego wtrysku. Zanieczyszczenia, pozostałości po odklejeniu formy, kontakt ze skórą podczas kontaktu lub opóźnienie na tyle długie, aby powierzchnia styku ostygła przed wylądowaniem drugiego wtrysku, uniemożliwią utworzenie w innym przypadku kompatybilnej pary.
W przypadku braku wiązania chemicznego należy zaprojektować połączenie: otwory (w miarę możliwości na jaskółczy ogon), żebra, podcięcia, rowki lub słupki na styku. Aby zapobiec odklejaniu się, należy unikać odsłoniętych krawędzi materiału formowanego wtryskowo; podniesiona krawędź materiału podłoża może chronić krawędzie elastomeru, gdzie w przeciwnym razie mogłoby dojść do odklejania.
Dwie praktyczne uwagi dotyczące warstwy miękkiej. Cienkie warstwy formowane wtryskowo – zazwyczaj poniżej 10 mm (0.40 cala) – będą w dotyku twarde, niezależnie od wybranego materiału, dlatego w produktach konsumenckich często stosuje się rzędy wyższych żeber, aby zwiększyć odczuwalną grubość przy jednoczesnym zmniejszeniu objętości materiału. Twardośćomierz nie jest wiarygodnym wskaźnikiem odczuwalnej miękkości: lepszym wskaźnikiem jest moduł sprężystości przy zginaniu, który mierzy odporność na zginanie, a niższy moduł sprężystości przy zginaniu sprawia wrażenie bardziej miękkiego.
Tolerancja umiejscowienia bramki i rejestracji
Położenie wlewu wpływa na wypełnienie w obu wtryskach. Cienkie ścianki, długie ścieżki przepływu i nieprawidłowe położenie wlewu to typowe przyczyny krótkich wtrysków, a wlew, który pozwala żywicy na zbyt szybkie wnikanie w otwartą przestrzeń, powoduje powstawanie strumienia. Położenie wlewu musi również uwzględniać gniazdo wtrysku drugiego: element wtrysku pierwszego musi być w pełni podparty w gnieździe drugiego wtrysku, przeciwdziałając ciśnieniu w gnieździe, ponieważ drugi wtrysk wywiera nacisk tworzywa sztucznego o wartości tysięcy funtów na tworzywo sztuczne pierwszego wtrysku, a nie tylko na stal. W praktyce oznacza to brak niepodpartych elementów dłuższych niż około trzykrotność ich własnej grubości, z żebrami lub podcięciami za powierzchniami, na które zostanie nałożony overmold.
Dopasowanie to element, w którym narzędzia dwukolorowe generują swoje koszty. Narzędzia dwuskładnikowe korzystają z jednego oznaczenia, dzięki czemu oba materiały są pozycjonowane za pomocą tej samej stali, a dopasowanie jest najściślejsze z dostępnych. Formowanie dwuskładnikowe pozwala na uzyskanie większej tolerancji poprzez ponowne mocowanie między dwiema formami. W przypadku form z obrotowymi płytami dociskowymi, elementy ustalające na formie i płytach dociskowych maszyny mają kluczowe znaczenie dla utrzymania formy dokładnie na środku płyty dociskowej; jeśli jest ona przesunięta, obrót o 180° może uszkodzić sworznie prowadzące, tuleje i zawory odcinające.
Ryzyka produkcyjne i sposoby ich kontrolowania
Tryby awarii w formowaniu dwukolorowym są dobrze scharakteryzowane i każdy z nich ma standardowy zestaw kontroli, które należą raczej do planu walidacji niż do reakcji na złom.
Odkształcenie spowodowane niedopasowaniem skurczu
Deformacja to odkształcenie wywołane niejednorodnym skurczem, a w przypadku dwukolorowej części różny skurcz obu żywic stanowi dodatkowe źródło, oprócz zmienności kierunkowej, międzyobszarowej i w głąb, jaką może wykazywać każda formowana część. Pary amorficzne nad półkrystalicznymi są najbardziej oczywistym przypadkiem, ponieważ różnica skurczu wywiera naprężenie ścinające na linię wiązania i może objawiać się jako deformacja w późnym stadium.
Kontrola ma charakter strukturalny i termiczny, a nie kosmetyczny: zrównoważona grubość ścianek i stopniowe przejścia, zrównoważone chłodzenie obu powierzchni formy, para materiałów, których różnica skurczu jest zrozumiała i akceptowalna, oraz symulacja przepływu w formie przed cięciem stali. Symulacja to tanie narzędzie do odkrycia, że geometria nie może być płaska.
Rozwarstwienie i słabe wiązanie
Pęknięcia spoiny mogą wystąpić po cyklach termicznych, nawet jeśli element przeszedł pomyślnie test na próbce, dlatego walidacja spoiny powinna obejmować cykle termiczne, a nie pojedynczy test rozciągania na świeżym elemencie. Przyczynami są: zbyt niska temperatura stopu, aby zmiękczyć powierzchnię podłoża, niekompatybilny skład chemiczny TPE, wilgotne lub zanieczyszczone podłoże, pozostałości po odklejeniu z formy, obróbka podczas transferu lub opóźnienie na tyle długie, że powierzchnia styku ostygła przed wystrzeleniem drugiego wtrysku.
Tryb uszkodzenia wskazuje, który z nich jest lepszy. Zniszczenie kohezyjne – gdzie TPE rozrywa się przed oderwaniem połączenia – jest preferowanym wynikiem, ponieważ oznacza, że połączenie jest mocniejsze niż elastomer. Zniszczenie adhezyjne, gdzie TPE odrywa się od podłoża, wskazuje na połączenie, a zatem na chemię lub proces. Opublikowane testy odrywania zgodnie z normą ASTM D6862 traktują przyczepność powyżej około 15 lbf/cal szerokości jako doskonałą, a poniżej około 10 lbf/cal jako słabą. W przypadku, gdy chemia jest marginalna, blokady mechaniczne działają jako zabezpieczenie, a kontrola wiązania powinna być przeprowadzana na etapie pobierania próbek.
Krótkie ujęcia, błysk interfejsu i dyscyplina okna procesowego
Niedostateczne wtryski wynikają z cienkich ścianek, długich ścieżek przepływu i nieprawidłowego umiejscowienia wlewu, a ich rozwiązanie polega na zastosowaniu narzędzia i wzoru wypełnienia, a nie na ciągłym podnoszeniu ciśnienia. Wypływki międzyfazowe powstają w wyniku niewystarczającego zgniatania, nieodpowiedniego podparcia pierwszego wtrysku, złej konstrukcji zaworu odcinającego lub zbyt małej wytrzymałości cylindrów hydraulicznych, aby oprzeć się ciśnieniu plastycznemu w komorze wtryskowej.
Subtelniejsze ryzyko wiąże się z dyscypliną procesu. Ponieważ dwa wtryski na siebie oddziałują, producenci często przetwarzają pierwszy wtrysk, aby rozwiązać problemy występujące w drugim, lub odwrotnie. To zawęża okno technologiczne i zwiększa ryzyko powstawania braków: zgniecenia, podparcia, ugięcia i zbyt małych cylindrów mogą być przetwarzane dookoła, kosztem marży jakości. Tonaż jest również częściowo zużywany w narzędziach obrotowych, ponieważ gniazda są umieszczone niecentralnie – pierwszy wtrysk na jednej połowie, drugi na drugiej – przez co pełny tonaż maszyny nie jest dostępny, aby skompensować ciśnienie tworzywa w gnieździe.
Formowanie dwukolorowe w porównaniu z innymi procesami
Alternatywy dla formowania dwukolorowego nie są jego gorszymi wersjami; są to raczej różne podejścia do kosztów narzędzi, struktury cyklu, wytrzymałości wiązania i ekonomii objętości.
Formowanie wtryskowe (dwunarzędziowe) i formowanie wkładkowe
Formowanie dwunarzędziowe wykorzystuje dwie oddzielne formy i standardowe prasy, a podłoże jest przenoszone między narzędziami ręcznie lub za pomocą robota. Jest to najbardziej elastyczna metoda: narzędzie do formowania wielonarzędziowego można wymienić lub przebudować bez konieczności złomowania narzędzia do formowania podłoży, obie fazy mogą być prowadzone na różnych prasach, a nawet w różnych lokalizacjach, a ponadto jest odpowiednie do prac rozwojowych, wprowadzania nowych produktów oraz do produkcji, która nie amortyzuje formy dwunarzędziowej. Koszty obejmują etap transferu, ryzyko zanieczyszczenia i robocizny między fazami, a także luźniejszą rejestrację, ponieważ ponowne mocowanie zwiększa tolerancję.
Formowanie wkładek wykorzystuje jedną formę i elementy ustalające wkładkę, a następnie zamyka gotowy element, zazwyczaj metalowy, w jednym wtrysku tworzywa sztucznego. Utrzymanie jest czysto mechaniczne – radełkowanie, podcięcia, rowki – bez wiązania chemicznego. Oprzyrządowanie jest najsłabszym z trzech procesów, ale ładowanie wkładek odbywa się w cyklu: przy małej objętości operator ładuje wkładki do otwartego narzędzia w każdym cyklu, co powoduje różnice w ustawieniu i orientacji między poszczególnymi osobami; przy dużej objętości roboty lub podajniki misowe przywracają powtarzalność i eliminują operatora z cyklu.
Formowanie dwuetapowe wykorzystuje dedykowaną prasę z dwoma lub więcej jednostkami wtryskowymi i jednym narzędziem 2K z dwoma zestawami gniazd oraz ścisłą kontrolą zgniatania i odcinania. Wiąże się to z najwyższymi kosztami oprzyrządowania i najniższymi kosztami jednostkowymi w przeliczeniu na część, najsilniejszym wiązaniem chemicznym, ponieważ powierzchnia styku pozostaje gorąca, oraz najściślejszym dopasowaniem, ponieważ oba wtryski korzystają z jednego narzędzia.
| Atrybut | Formowanie dwunarzędziowe | Wstaw formowanie | Formowanie dwustrzałowe |
| Co jest połączone | Sztywne podłoże z tworzywa sztucznego oraz drugie tworzywo sztuczne, zwykle TPE lub TPU | Gotowy element, zwykle metalowy, zatopiony w plastiku | Dwa tworzywa sztuczne w jednej części, często sztywne i elastomerowe |
| Maszyna | Dwie prasy standardowe lub jedna prasa i dwie formy | Jedna prasa standardowa; wspólny zacisk pionowy | Prasa dedykowana z dwoma lub więcej jednostkami wtryskowymi |
| Pleśń | Dwie oddzielne formy | Jedna forma plus elementy lokalizujące wkładkę | Jedno narzędzie 2K, dwa zestawy gniazd, ścisła kontrola zgniatania i wyłączania |
| Cykl | Dwa cykle plus krok transferowy | Jeden cykl plus wkładanie wkładu przy każdym strzale | Jeden cykl łączony; po uruchomieniu strzały są wykonywane równolegle |
| Mechanizm wiązania | Przyczepność stopu chemicznego i blokada mechaniczna w razie potrzeby | Czysta mechaniczna hermetyzacja | Wiązanie chemiczne w stanie stopionym, najsilniejsze, ponieważ powierzchnia styku pozostaje gorąca |
| Obsługa między krokami | Część przenoszona ręcznie lub robotem | Wkładka ładowana co cykl | Brak; część nigdy nie opuszcza narzędzia |
| Względny koszt oprzyrządowania | Środkowy | Najniższy | Najwyższa |
| Względny koszt jednostkowy w przeliczeniu na objętość | Środkowy | Wzrasta wraz z pracą wkładkową | Najniższy wolumen |
| Rejestracja między materiałami | Luźniejsze; tolerancja ponownego mocowania stosów | Ustaw według tego, jak znajduje się wkładka | Najściślej; oba ujęcia korzystają z tego samego narzędzia |
| Typowe zastosowanie | Uchwyty, uszczelki, miękki w dotyku przy niskiej i średniej głośności | Wkładki gwintowane, zaciski, kołki, tuleje | Uchwyty o dużej objętości, trwałe legendy, wykończenie kosmetyczne |
Malowanie, drukowanie i zdobienie w formie
Procesy dekorowania dodają kolejne etapy po formowaniu, podczas gdy formowanie dwukolorowe tworzy kolor, fakturę i napisy w formie. Malowanie i tampodruk nakładają drugi kolor na gotowy element i wiążą się z kosztami obróbki jednostkowej oraz limitem trwałości związanym z powłoką lub farbą; formowanie dwukolorowe nie ma takiej powierzchni ścieralnej, ponieważ kolor jest materiałem.
Dekorowanie w formie (IMD) to odrębna rodzina technologii — etykietowanie w formie (IML), folia w formie (IMF) i transfer w formie (IMR) — w której folia lub nadrukowana farba jest umieszczana w gnieździe formy i łączona podczas formowania. IMD jest czasami łączone z formowaniem dwukolorowym, a to połączenie jest bardziej wymagające niż każde z tych rozwiązań osobno. Jakość dwukolorowego IMD zależy od struktury produktu, konstrukcji wlotu kleju, doboru materiału dla pierwszego i drugiego koloru, techniki obróbki folii, grubości folii i parametrów wtrysku, a charakterystyczne wady obejmują wypłukiwanie farby, słabą przyczepność między warstwami koloru, wklęsłości powierzchni i niewyraźne tekstury. Wypłukiwanie farby w dwukolorowym IMD jest spowodowane przede wszystkim nieoptymalną konstrukcją wlotu formy, a dobór i grubość folii są czynnikami drugorzędnymi; drugi wtrysk zwiększa złożoność, ponieważ stopiony materiał styka się z górną częścią folii, zanim potencjalnie rozproszy farbę na dole. Gdy materiał folii pasuje do pierwszego i drugiego koloru — na przykład PC dla wszystkich trzech — siła wiązania poprawia się.
Spawanie ultradźwiękowe i montaż
Spawanie łączy oddzielnie formowane części i dodaje etap montażu oraz ograniczenia konstrukcyjne: oba elementy wymagają prostego narzędzia jednomateriałowego, materiały nie muszą być kompatybilne chemicznie, a każdy z nich można modyfikować osobno. Nie można jednak usunąć połączenia. Formowanie dwukolorowe eliminuje zarówno operację montażu, jak i połączenie, dlatego jest to standardowe rozwiązanie w przypadku trwale czytelnych kluczy i elementów ozdobnych, gdzie brak linii podziału jest nieakceptowalny. Kompromisem są koszty narzędzi i ograniczenie do par materiałów, które można połączyć.
Ramy objętości i ekonomii
Logika kosztów jest banalna i warto ją jasno przedstawić. Dwukolorowe oprzyrządowanie wiąże się z najwyższymi kosztami początkowymi – dwa zestawy gniazd, precyzyjne odcięcia i dedykowana prasa – więc opłaca się przy większych wolumenach. Formowanie wtryskowe na dwóch narzędziach plasuje się pośrodku: dwa narzędzia na standardowych prasach. Formowanie wtryskowe z wkładkami ma najniższy koszt narzędzi, ale rośnie robocizna na element wraz ze wzrostem wolumenu. Dekorowanie wiąże się z koniecznością obróbki na element, a spawanie z koniecznością montażu.
Praktyczna sekwencja decyzyjna przebiega następująco: najpierw wymagania dotyczące wiązania (czy połączenie wymaga adhezji chemicznej, czy wystarczy retencja mechaniczna?), następnie dobór materiałów, następnie objętość, następnie budżet na narzędzia, a na końcu tolerancja dopasowania. Odpowiadając na te pytania w tej kolejności, unika się częstego błędu wyboru procesu przed ustaleniem wiązania i doboru materiałów.
Czy formowanie wtryskowe dwukolorowe jest odpowiednie dla Twojej części i objętość?
Formowanie dwukolorowe jest właściwym rozwiązaniem w przypadku konkretnego połączenia funkcji i objętości części, a sygnały są rozpoznawalne jeszcze przed poproszeniem o wycenę.
Kryteria dopasowania
Cztery sygnały przemawiają za formowaniem dwukolorowym. Po pierwsze, prawdziwa funkcja dwumateriałowa: miękki uchwyt, uszczelka, okienko lub trwała, dwukolorowa legenda, która nie ściera się. Po drugie, połączenie, które musi być mocne i spójne, gdzie przyczepność chemiczna na gorącym styku jest zaletą, a nie ryzykiem. Po trzecie, pasowanie, które musi być ścisłe — wykończenie kosmetyczne, w którym brak śladu linii podziału jest niedopuszczalny, lub klucze i legendy, które muszą pozostać na swoim miejscu. Po czwarte, objętość wystarczająco duża, aby amortyzować narzędzie i dedykowaną prasę.
Gdy projekt jest wciąż w fazie produkcji lub objętość nie amortyzuje narzędzia 2K, zazwyczaj lepszym rozwiązaniem jest formowanie wtryskowe na dwóch narzędziach. Gdy drugim materiałem jest metal, a nie tworzywo sztuczne, właściwym porównaniem jest formowanie wtryskowe.
Od prototypu do masowej produkcji
Realistyczna ścieżka przebiega przez sześć etapów. Najpierw następuje dobór koncepcji i materiałów, ustalany na podstawie danych o przyczepności, a nie na podstawie prób. Następnie przeprowadzana jest analiza DFM i symulacja przepływu w formie, aby przetestować wypełnienie, równowagę chłodzenia i odkształcenia przed zatwierdzeniem stali. Następnie następuje prototypowanie: wielomateriałowe, miękkie w dotyku części można prototypować z materiałów addytywnych, które przybliżają zespół sztywny z elastomerem, co zazwyczaj wystarcza do przetestowania geometrii uchwytu i ergonomii, lub można użyć stołu przesuwnego do małych serii, gdzie rzeczywiste części dwuetapowe są potrzebne na wczesnym etapie. Próbkowanie T1 następnie weryfikuje wymiary i wytrzymałość połączenia, w tym cykle termiczne. Następnie ustalane jest okno procesowe, w którym oba etapy są dostrajane razem, zamiast kompensować jeden etap przez drugi. Następnie produkcja jest uruchamiana z kontrolą w trakcie procesu.
Walidacja wiązania powinna być przeprowadzona w tym kierunku, a nie po nim. Najbardziej wiarygodnym testem przed formowaniem jest uformowanie płaskich płytek z obu materiałów kolejno za pomocą formy testowej, a następnie wykonanie testu odrywania zgodnie z normą ASTM D903 oraz testu przyczepności metodą siatki nacięć zgodnie z normą ASTM D3359. Większość dostawców TPE publikuje również karty charakterystyki przyczepności, zawierające zmierzone wyniki wytrzymałości na odrywanie w stosunku do typowych podłoży, o które należy się ubiegać przed ostatecznym wyborem materiału.
Wybierz NOBLE, aby wesprzeć swoje projekty formowania wtryskowego w dwóch kolorach
NOBLE to chińsko-brytyjska spółka joint venture i chiński partner produkcyjny, wyróżniony przez rząd tytułem „Narodowego Przedsiębiorstwa High-tech”. Z ponad 10-letnim doświadczeniem, NOBLE oferuje kompleksową produkcję na zamówienie, od prototypowania po produkcję. Nasze możliwości inżynieryjne i przetwórcze wspierają klientów zarówno w zakresie prototypowania, jak i produkcji seryjnej projektów formowania wtryskowego dwukolorowego.
Nasz system zarządzania jakością posiada certyfikaty ISO 9001:2015 i ISO 13485:2016. Drugi certyfikat ma znaczenie dla zespołów opracowujących wyroby medyczne i instrumenty chirurgiczne, w których stosuje się formowanie dwukolorowe w celu połączenia różnych twardości i kolorów w jednym komponencie.
Oferujemy kompleksową obsługę, od projektu po montaż — nie tylko produkcję. Dzięki temu zakresowi decyzje opisane w tym przewodniku można podjąć w ramach jednego projektu: dobór materiałów i przegląd DFM przed wprowadzeniem narzędzi, prototypowanie części w celu przetestowania geometrii i ergonomii uchwytu, symulację przepływu w formie i pobieranie próbek, a także produkcję z kontrolą.
Możliwości wsparcia w postaci faktów dotyczących naszych działań:
- Krótki czas realizacji. Dzięki wsparciu wszechstronnego oprogramowania CNC i doświadczonym inżynierom Twoje części mogą zostać ukończone w ciągu 7–10 dni.
- Ceny w czasie rzeczywistym. Szybką i profesjonalną wycenę możemy przedstawić w ciągu 24 godzin od wysłania zapytania ofertowego zawierającego niezbędne informacje.
- Możliwości wewnętrzne. Szerokie możliwości firmy pozwalają nam sprostać wymaganiom od projektowania i prototypów po masową produkcję części, zamiast opierać się na zamówieniach zlecanych na zewnątrz.
- Zaawansowany sprzęt testowy. Pełen zestaw sprzętu kontrolnego i ogólny system kontroli jakości pomagają zagwarantować, że prototypy i komponenty powstają z dużą dokładnością.
- Wiodąca w branży wiedza specjalistyczna. Zaawansowana technologia szybkiego prototypowania i szybkiej produkcji umożliwiająca obróbkę różnych materiałów metalowych i plastikowych zgodnie z określonymi specyfikacjami.
Aby omówić projekt formowania wtryskowego dwukolorowego, prześlij zapytanie ofertowe (RFQ) zawierające informacje o potrzebnych częściach, a nasz zespół odpowie, przesyłając wycenę i zalecany opis ścieżki od prototypu do produkcji.
Najczęściej zadawane pytania dotyczące formowania wtryskowego dwukolorowego
Jaka jest różnica pomiędzy formowaniem dwuetapowym, 2K, dual-shot i wielomateriałowym?
Formowanie dwuskładnikowe, 2K i dwuskładnikowe to niemal synonimy tego samego sekwencyjnego procesu dwumateriałowego w jednym cyklu maszynowym. Formowanie wielomateriałowe lub wielokomponentowe to szersze pojęcie, obejmujące formowanie dwuskładnikowe, a także warianty trzy- lub więcejkomponentowe oraz wtrysk warstwowy/współwtrysk. „Dwukolorowe” podkreśla efekt wizualny; „dwuskładnikowe” podkreśla liczbę etapów wtrysku.
Która konfiguracja formy pasuje do której części?
Płyta obrotowa nadaje się do preform częściowo lub jednostronnie odsłoniętych w dużych ilościach. Płyta indeksowa nadaje się do preform z jednostronnie odsłoniętym wierzchem i częściowo odsłoniętym dołem, z obustronnym obtryskiem. Przesuwny podział to proste i ekonomiczne rozwiązanie w przypadku konieczności częściowego uwolnienia preformy. Stół przesuwny nadaje się do prototypów i małych serii z jednostronnym obtryskiem. Transfer obejmuje projekty, w których preforma musi być obustronnie odsłonięta. Wtrysk warstwowy/współwtrysk tworzy strukturę typu „skóra i rdzeń”.
Które pary żywic łączą się chemicznie, a które wymagają blokady mechanicznej?
ABS, PC i PC/ABS ze styrenowym TPE łączą się doskonale; PA6/PA66 z poliamidowym TPE łączą się dobrze lub doskonale; PP z olefinowym TPE lub TPV łączą się dobrze; ABS z ASA łączą się doskonale jako para z tej samej rodziny; PMMA z ABS łączy się dobrze. POM z modyfikowanym TPE jest w miarę akceptowalny i wymaga mechanicznego zabezpieczenia. Standardowy styrenowy TPE w ogóle nie połączy PP, chyba że gatunek jest na bazie PP.
Jakie są kluczowe zasady projektowania przed udostępnieniem narzędzi?
Jednolita grubość ścianek z wydrążonymi masami i żebrami zamiast pełnych sekcji; odpowiedni pochylenie (zwykle 1–1.5 stopnia na stronę ścianek podłoża z nadlewką); zgniecenie typowo 0.003–0.005 cala przy zamykaniu drugiego wtrysku, z dodatkowym zgnieceniem, gdy pierwszy wtrysk jest gruby; pełne podparcie pierwszego wtrysku przeciwko ciśnieniu wnęki drugiego wtrysku, bez niepodpartego elementu dłuższego niż około trzykrotność jego grubości; oraz blokady mechaniczne wszędzie tam, gdzie wiązanie chemiczne nie jest zapewnione.
Jak kontroluje się odkształcenia i rozwarstwienie?
Odkształcenia są kontrolowane poprzez zrównoważone ścianki i stopniowe przejścia, zrównoważone chłodzenie, dobór materiałów o znanej różnicy skurczu oraz symulację przepływu formy przed formowaniem. Rozwarstwienie jest kontrolowane poprzez prawidłowe dobranie materiałów, utrzymanie gorącej i czystej powierzchni pierwszego wtrysku, mechaniczne blokady jako zabezpieczenie oraz kontrole wiązań podczas pobierania próbek, obejmujące cykle termiczne. Preferowanym rezultatem jest pęknięcie kohezyjne (rozdarcia TPE); pęknięcie adhezyjne (czyste oderwanie) wskazuje na czynniki chemiczne lub procesowe.
Jak formowanie dwukolorowe wypada w porównaniu z formowaniem wtryskowym, formowaniem wtryskowym, dekorowaniem i spawaniem pod względem ekonomiki narzędzi i wielkości produkcji?
Formowanie dwukolorowe charakteryzuje się najwyższym kosztem oprzyrządowania i najniższym kosztem jednostkowym w ujęciu ilościowym, zapewniając najsilniejsze wiązanie chemiczne i najściślejsze dopasowanie. Formowanie dwunarzędziowe plasuje się pośrodku pod względem kosztów oprzyrządowania i jednostkowych, oferując jednocześnie największą elastyczność w rozwoju. Formowanie wtryskowe charakteryzuje się najniższym kosztem oprzyrządowania, ale rosnącym nakładem pracy na jednostkę w ujęciu ilościowym. Dekorowanie wiąże się z koniecznością obróbki jednostkowej po formowaniu. Spawanie wiąże się z etapem montażu i ograniczeniami w projektowaniu połączeń.
Jak ocenić, czy dwukolorowa listwa pasuje do mojej części i objętości?
Poszukaj prawdziwej funkcji dwumateriałowej, połączenia, które musi być mocne i spójne, rygorystycznych wymagań dotyczących rejestracji oraz wystarczająco dużej objętości, aby zamortyzować narzędzie. Następnie przejdź przez ścieżkę od prototypu do produkcji: dobieranie materiałów, DFM i symulacja, prototyp (narzędzie addytywne lub narzędzie ze stołem przesuwnym dla małych serii), próbkowanie T1 z walidacją połączenia i cyklu termicznego, utworzenie okna procesowego oraz produkcja z kontrolą w trakcie procesu.
