مقایسه قالب‌گیری تزریقی و چرخشی برای صنعت پلاستیک

در حوزه تولید قطعات و محصولات پلاستیکی، طراحان با گزینه‌های متعددی از فناوری‌های قالب‌گیری روبرو هستند که هزینه، کیفیت، تطبیق‌پذیری و چرخه تولید از عوامل تعیین‌کننده اصلی هستند. در حالی که قالب‌گیری تزریقی مدت‌هاست که به عنوان روش تولید اصلی غالب بوده است، قالب‌گیری چرخشی (که به آن روتومولدینگ نیز می‌گویند) از طریق نوآوری‌های مداوم در حال افزایش است و به تدریج برتری قالب‌گیری تزریقی را به چالش می‌کشد.

قالب‌گیری چرخشی یک فرآیند شکل‌دهی پلاستیک منحصر به فرد است که در آن مقدار از پیش تعیین‌شده‌ای از پودر یا رزین پلیمری در یک قالب بارگذاری می‌شود. برخلاف روش‌های سنتی، قالب‌های روتومولدینگ بسیار متحرک هستند—آنها در یک محفظه حرارتی قرار می‌گیرند که در آن به طور همزمان حول دو محور عمود بر هم می‌چرخند. این چرخش مداوم توزیع یکنواخت گرما را تضمین می‌کند و به پلیمر اجازه می‌دهد تا به طور یکنواخت ذوب شود و سطح داخلی قالب را بپوشاند.

برخلاف محصولات قالب‌گیری تزریقی، اقلام روتومولدینگ هیچ نقطه تمرکز تنش داخلی ندارند که به طور قابل توجهی مقاومت آنها در برابر فشار و ضربه را افزایش می‌دهد و در عین حال خطر شکستگی تحت فشار را کاهش می‌دهد. پس از گرم شدن، قالب خنک می‌شود (معمولاً از طریق فن یا خنک‌کننده آبی) تا پلیمر به شکل جامد درآید. فرآیند خارج کردن قالب نسبتاً ساده است و نیازی به دستگاه‌های مکانیکی پیچیده ندارد.

قالب‌گیری تزریقی که بیش از 30٪ از محصولات تولید شده در سراسر جهان را شامل می‌شود، همچنان «اسب بارکش» تولید است. با این حال، نیاز آن به تجهیزات گران‌قیمت معمولاً آن را فقط برای تولید انبوه برای دستیابی به صرفه‌جویی در مقیاس امکان‌پذیر می‌کند. در حالی که برخی از اصول را با روتومولدینگ به اشتراک می‌گذارد، ویژگی تعیین‌کننده قالب‌گیری تزریقی، اتکای آن به فشار بالا است.

این فرآیند با ذوب شدن گلوله‌های ترموپلاستیک در یک بشکه گرم شده آغاز می‌شود. سپس فشار هیدرولیکی پلاستیک مذاب را به داخل حفره قالب وارد می‌کند. پس از خنک شدن و سفت شدن، محصول نهایی خارج می‌شود که معمولاً به حداقل پردازش پس از آن نیاز دارد. علیرغم برخی شباهت‌ها، این دو فرآیند تفاوت‌های اساسی دارند که مستقیماً بر تصمیمات تولید تأثیر می‌گذارد.

قالب‌گیری چرخشی در درجه اول از پلی اتیلن (PE) استفاده می‌کند—یک رزین سبک وزن، همه کاره و قابل بازیافت که تقریباً 30٪ از کل پلاستیک‌های جهان را تشکیل می‌دهد. محبوبیت آن ناشی از کم هزینه بودن، قابلیت پردازش، عایق الکتریکی عالی، چقرمگی، انعطاف‌پذیری و غیر سمی بودن است. در حالی که پلی پروپیلن (PP)، PVC و نایلون گاهی اوقات استفاده می‌شوند، اما کمتر رایج هستند.

قالب‌گیری تزریقی طیف وسیع‌تری از ترموپلاستیک‌ها را در خود جای می‌دهد، از جمله:

• ABS : یک ترموپلاستیک مات که به دلیل چقرمگی و مقاومت در برابر ضربه شناخته می‌شود و در محفظه‌های الکترونیکی، قطعات خودرو و آجرهای LEGO استفاده می‌شود.
• پلی کربنات (PC) : یک جایگزین شیشه‌ای شفاف، سبک وزن و بادوام برای سقف یا عینک ایمنی.
• پلی آمید : یک پلیمر مصنوعی مبتنی بر نفت که مقاومت در برابر سایش را با هزینه کم ارائه می‌دهد.
• پلی استایرن : یک پلیمر مصنوعی سبک وزن که به دلیل خواص عایق و محافظتی در بسته‌بندی و ساخت و ساز ارزشمند است.

قالب‌گیری تزریقی همچنین پلیمرهای ترموست را پردازش می‌کند. در حالی که ترموپلاستیک‌ها را می‌توان دوباره ذوب و قالب‌گیری کرد، ترموست‌ها پس از سفت شدن به طور دائم سفت می‌شوند و معمولاً استحکام بیشتری را ارائه می‌دهند.

قالب‌های تزریقی—که معمولاً از فولاد ضد زنگ گران‌قیمت، فولاد P20 یا فولاد H13 ساخته می‌شوند—پس از ایجاد، اصلاح آنها دشوار است. تغییرات طراحی اغلب مستلزم دور انداختن کامل و بازسازی ابزارها است. در مقابل، قالب‌های روتومولدینگ (معمولاً 2-3 میلی‌متر ضخامت) از فولاد کم کربن یا آلومینیوم استفاده می‌کنند، زیرا این فرآیند نیازی به فشار ندارد و این امر آنها را به طور قابل توجهی ارزان‌تر و آسان‌تر برای اصلاح می‌کند.

قالب‌گیری چرخشی به طور سنتی تنها 1-2 چرخه در ساعت را به دلیل الزامات گرمایش/سرمایش تکمیل می‌کرد که خروجی را محدود می‌کرد. با این حال، قالب‌های گرم شده الکتریکی و واحدهای تولید رباتیک اکنون مقیاس‌بندی سریع‌تر و کارآمدتر انرژی را امکان‌پذیر می‌کنند. در حالی که چرخه‌های فردی همچنان کندتر از قالب‌گیری تزریقی هستند، رسیدن به مرحله تولید معمولاً زمان کمتری را به طور کلی می‌برد—گاهی اوقات ماه‌ها سریع‌تر از پروژه‌های قالب‌گیری تزریقی.

با هزینه‌های کمتر قالب و مواد، روتومولدینگ برای تولیدات کوچک تا متوسط مقرون به صرفه است و ضایعات را برای نیازهای با مقدار محدود کاهش می‌دهد. قالب‌گیری تزریقی در تولید انبوه سریع عالی است—علیرغم هزینه‌های اولیه بالاتر قالب، هزینه‌های هر واحد در مقیاس به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد و این امر را برای دسته‌های کوچک ناکارآمد می‌کند.

قالب‌گیری چرخشی آزادی طراحی استثنایی را ارائه می‌دهد و شکل‌ها، اندازه‌ها و ویژگی‌های پیچیده‌ای را تولید می‌کند که از طریق روش‌های دیگر قابل دستیابی نیستند. پایداری ابعادی آن از قطعات توخالی بزرگ مانند مخازن ذخیره‌سازی پشتیبانی می‌کند، در حالی که به راحتی درج‌ها، نخ‌ها یا ویژگی‌های دو جداره را ادغام می‌کند. این فرآیند اقلام یک تکه بدون درز را با نقاط تنش کمتر و خطرات شکستگی کمتر ایجاد می‌کند.

قالب‌گیری تزریقی دقت بالایی را برای تولید انبوه تکراری فراهم می‌کند و به طرح‌هایی با دقت 0.001 اینچ با نتایج ثابت در طول تولید دست می‌یابد.

قالب‌گیری چرخشی به عنوان یکی از سریع‌ترین بخش‌های در حال رشد تولید پلاستیک ظاهر می‌شود، به ویژه در میان افزایش تقاضا برای محصولات پایدار. پیش‌بینی می‌شود بازار جهانی ماشین‌آلات روتومولدینگ—که در سال 2023 به ارزش 918.7 میلیون دلار رسید—تا سال 2033 به 1.32 میلیارد دلار برسد. این سهم که در حال حاضر 1-2٪ از ماشین‌آلات بسته‌بندی را نشان می‌دهد، انتظار می‌رود با ادامه پیشرفت‌های تکنولوژیکی که قابلیت زیست‌محیطی این فرآیند را افزایش می‌دهند، به سرعت رشد کند.