مروری بر قالب گیری قطعات میکرونی پلاستیکی

بسپار/ ایران پلیمر قالب­گیری قطعات کوچک (میکرونی) از بسپارهای گرمانرم به عنوان فرآیند تولید صنعتی رایج شناخته شده است. در این مقاله، مروری بر تاریخچه­ ی 30 ساله­ ی این صنعت صورت گرفته و کاربردها و روند پیشرفت آن بررسی خواهد شد. فرآیندهای تولید مختلفی نظیر قالب­گیری تزریقی، قالب­گیری تزریقی واکنشی (Reaction injection molding)، قالب­گیری تزریقی فشاری (Compression injection molding)، گرماشکل­ دهی (Thermoforming) و گرما­نقش ­بندی (Hot embossing) معرفی شده و مزایا و معایب آن­ها برشمرده خواهد شد. علاوه­ بر این، در مورد محدودیت­ های فرآیندی و چالش­های طراحی که در ماشین ­آلات قالب­گیری تزریقی وجود دارد، نیز بحث خواهد شد.

 

1.     معرفی

ریزقالب­گیری (Micromolding) بسپارهای گرمانرم یکی از مهم­ترین روش­های تولید ریزقطعات (Micronized) غیرالکترونیکی می­باشد. هزینه های تولید ریزقطعات قالب­گیری شده تحت تاثیر پیچیدگی ­های طراحی قرار می­گیرد. ولی این تاثیر زیاد نیست، چه با طراحی و ساخت تنها یک درونه نقش­­گر (mold insert) می­توان هزاران قطعه­ ی کوچک تولید نمود. هزینه­ ی مواد خام در بسیاری از موارد تولید اندک است، چراکه برای تولید اجزای میکرونی به مقدار بسیار کمی از ماده نیاز است. بنابراین، قطعاتی که با فرآیند ریزقالب­گیری ساخته می­شوند برای بسیاری از کاربردهای ارزان قیمت و یکبار مصرف، مناسب می­باشند.

علاوه ­بر این، مواد گرمانرم موادی هستند که به دلیل خواصی که دارند، برای بسیاری از کاربردها مناسب می­باشند (جدول 1). 

بسیاری از این بسپارهای گرمانرم همانند پلی ­اتر اتر کتون (PEEK) تا دماهای 250 درجه­ ی سلسیوس پایدار بوده و بسیاری دیگر در برابر شرایط سخت شیمیایی همانند حضور در مجاورت محلول­ های قلیایی، اسیدها و حلال­ها نظیر پرفلوئوروآلکوکسی (PFA) مقاومت خوبی را از خود نشان می­دهند. بسپارها موادی هستند که در برابر گرما و الکتریسیته عایق می­باشند. اما زمانی­که با افزودنی مناسب پر شوند می­توانند به­ عنوان‌یک رسانای­ برق و یا گرماستان (heat sink) و حتی آهن­ربا مورد استفاده قرار گیرند. ریزقطعات قالب­گیری شده می­توانند به صورت کشسان و منعطف همانند پلی­اکسی متیلن (POM) یا سخت و شکننده همانند پلی­ سولفون ­ها (PSU) باشند. این مواد می­توانند همانند هم­بسپارهای الفین­ حلقوی (COC) از نظر نورگذری شفاف باشند یا همانند پلی­ آمیدهای (PA) پرشده با گرافیت پشت­پوش یا غیرشفاف باشند. در میان این مواد، بسپارهایی هم­چون PVDF دارای خاصیت برق­فشاری (پیزوالکتریک) هستند.

 

جدول 1 : فهرستی از بسپارهای گرمانرم که در ریزقالب­گیری مورد استفاده قرار می­گیرند

 

استفاده از ریزقالب­گیری حدود 30 سال پیش آغاز شد. تجربه­های بسیاری طی این 30 سال جمع­آوری شده و امروزه ماشین ­آلات ریزقالب­گیری به صورت تجاری موجود هستند و همه روزه در صنعت مورد استفاده قرار می­گیرد. محدوده‌ی گسترده­ای از تجهیزات مورد نیاز قالب­گیری تزریقی از تامین­کنندگان مختلف در سراسر دنیا قابل خریداری می­باشد. علاقه به این زمینه­ی کاری در صنعت به نحوی است که مراکزی که در این زمینه فعالیت می­نمایند روز به روز در حال افزایش هستند.

 

2.     فرآیندهای ریزقالب­گیری

به طور کلی 5 فرآیند است که در دسته­بندی ریزقالب­گیری قرار می­گیرند. از جمله این 5 فرآیند می­توان به قالب­گیری تزریقی، قالب­گیری تزریقی واکنشی، گرماشکل­دهی، قالب­گیری تزریقی فشاری و گرمانقش­بندی اشاره کرد.

 

1-2- قالب‌گیری تزریقی

فرآیند شناخته شده‌ی قالب‌گیری تزریقی رایج می‌تواند با یک تغییر مقیاس به سادگی به نوع کوچک آن تبدیل شود. این فرآیند از مراحل مختلف تشکیل می‌شود :

مرحله‌ی اول : در ابتدا قالب دارای درونه نقش­­گر (mold insert) بسته شده، سپس خلاء ایجاد می­شود و تا بیش از دمای گذار شیشه‌ای بسپار مورد نظر گرم می­شود (شکل 1 (a)). واحد تزریق، بسپار را گرم کرده و این ماده را که پس از گرم شدن گرانرو (Viscouse) شده است به درون قالب تزریق می‌کند (شکل 1 (b)). سپس بسپار و درونه نقش­­گر تا کمتر از دمای گذار شیشه‌ای سرد شده و قطعه‌ی قالب‌گیری شده از درون قالب خارج می‌شود (شکل 1 (c)).

[EasyDNNGallery|25048|Width|800|Height|800|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

شکل 1 : مراحل فرآیند ریزقالب­گیری تزریقی، (a) قالب بسته شده، خلا ایجاد شده و تا بیش از دمای گذار شیشه­ای بسپار مورد نظر گرم می­شود. (b) بسپار به درونه نقش­­گر تزریق می­شود. (c) بسپار و درونه نقش­­گر سرد شده و بسپار از قالب خارج می­شود.

 

شکل 2 قطعات قالب‌گیری شده از جنس پلی­کربنات را نشان می‌دهد. این قطعات هنوز به گلوگاه­ (Sprue) و راه­گاه‌های (Runner) خود وصل هستند که به ترتیب بخشی از کانال تزریق و سامانه‌ی توزیعی آن می‌باشند.

پرتو‌ فرابنفش پرفلوئوروآلکوکسی پلی ­اتر اتر کتون پلی­ آمید سپارهای گرمانرم غیرالکترونیکی قالب­گیری قطعات کوچک لاستیک ماشین آلات مواد خام