Сравнение литьевого формования и ротационного формования для производства пластмасс

В области производства пластмассовых деталей и изделий дизайнеры сталкиваются с множеством вариантов технологий формования, где ключевыми факторами являются стоимость, качество, универсальность и производственный цикл. В то время как литье под давлением долгое время доминировало как основной метод производства, ротационное формование (также называемое ротоформованием) набирает популярность благодаря непрерывным инновациям, постепенно бросая вызов превосходству литья под давлением.

Ротационное формование - это уникальный процесс формования пластмасс, при котором в форму загружается предопределенное количество полимерного порошка или смолы. В отличие от традиционных методов, формы для ротоформования очень мобильны - они помещаются в камеру нагрева, где одновременно вращаются вокруг двух перпендикулярных осей. Это непрерывное вращение обеспечивает равномерное распределение тепла, позволяя полимеру равномерно плавиться и покрывать внутреннюю поверхность формы.

В отличие от изделий, полученных литьем под давлением, ротоформованные изделия не содержат точек концентрации внутренних напряжений, что значительно повышает их устойчивость к давлению и ударам, снижая риск разрушения под нагрузкой. После нагрева форма охлаждается (обычно с помощью вентиляторов или водяного охлаждения), чтобы затвердеть полимер в форму. Процесс извлечения из формы относительно прост и не требует сложных механических устройств.

На долю литья под давлением приходится более 30% производимой в мире продукции, что делает его «рабочей лошадкой» производства. Однако потребность в дорогостоящем оборудовании обычно делает его жизнеспособным только для массового производства для достижения экономии за счет масштаба. Хотя у него есть некоторые общие принципы с ротоформованием, определяющей характеристикой литья под давлением является его зависимость от высокого давления.

Процесс начинается с расплавления термопластичных гранул в нагретом цилиндре. Затем гидравлическое давление вдавливает расплавленный пластик в полость формы. После охлаждения и затвердевания готовое изделие извлекается, обычно требуя минимальной последующей обработки. Несмотря на некоторые сходства, эти два процесса имеют критические различия, которые напрямую влияют на производственные решения.

Ротационное формование в основном использует полиэтилен (ПЭ) - легкую, универсальную, перерабатываемую смолу, на которую приходится примерно 30% всех пластмасс в мире. Его популярность обусловлена низкой стоимостью, технологичностью, отличной электроизоляцией, прочностью, гибкостью и нетоксичностью. Хотя полипропилен (ПП), ПВХ и нейлон иногда используются, они менее распространены.

Литье под давлением допускает более широкий диапазон термопластов, включая:

• ABS : Непрозрачный термопласт, известный своей прочностью и ударопрочностью, используемый в корпусах электроники, автомобильных деталях и кубиках LEGO.
• Поликарбонат (ПК) : Прозрачная, легкая, прочная альтернатива стеклу для кровли или защитных очков.
• Полиамид : Синтетический полимер на основе нефти, обеспечивающий износостойкость при низкой стоимости.
• Полистирол : Легкий синтетический полимер, ценный за свои изоляционные и защитные свойства в упаковке и строительстве.

Литье под давлением также обрабатывает термореактивные полимеры. В то время как термопласты можно переплавлять и переформовывать, термореактивные материалы становятся постоянно жесткими после затвердевания, обычно обеспечивая большую прочность.

Пресс-формы для литья под давлением - обычно изготавливаются из дорогой нержавеющей стали, стали P20 или стали H13 - трудно модифицировать после создания. Изменения конструкции часто требуют полной утилизации и переделки инструментов. Напротив, формы для ротоформования (обычно толщиной 2-3 мм) используют низкоуглеродистую сталь или алюминий, поскольку процесс не требует давления, что делает их значительно дешевле и проще в модификации.

Ротационное формование традиционно выполняло только 1-2 цикла в час из-за требований к нагреву/охлаждению, что ограничивало производительность. Однако формы с электрическим подогревом и роботизированные производственные установки теперь позволяют быстрее и более энергоэффективно масштабировать производство. Хотя отдельные циклы остаются медленнее, чем при литье под давлением, выход на стадию производства обычно занимает меньше времени в целом - иногда на месяцы быстрее, чем проекты литья под давлением.

При более низких затратах на формы и материалы ротоформование оказывается экономически эффективным для небольших и средних производственных партий, сокращая отходы для потребностей в ограниченном количестве. Литье под давлением превосходно подходит для быстрого массового производства - несмотря на более высокие первоначальные затраты на формы, затраты на единицу продукции значительно снижаются при масштабировании, что делает его неэффективным для небольших партий.

Ротационное формование предлагает исключительную свободу дизайна, производя сложные формы, размеры и особенности, недостижимые другими методами. Его стабильность размеров поддерживает большие полые детали, такие как резервуары для хранения, при этом легко интегрируя вставки, резьбу или двухстенные элементы. Процесс создает бесшовные цельные изделия с меньшим количеством точек напряжения и меньшим риском разрушения.

Литье под давлением обеспечивает высокую точность для повторяющегося массового производства, достигая конструкций с точностью до ±0,001 дюйма с последовательными результатами во всех производственных циклах.

Ротационное формование становится одним из самых быстрорастущих секторов производства пластмасс, особенно на фоне растущего спроса на экологически чистую продукцию. Мировой рынок ротационного формовочного оборудования - оцениваемый в 918,7 миллионов долларов в 2023 году - прогнозируется на уровне 1,32 миллиарда долларов к 2033 году. В настоящее время представляя 1-2% от машин для упаковки, эта доля, как ожидается, будет быстро расти, поскольку технологические достижения продолжают повышать экологическую жизнеспособность процесса.