طرق تصنيع البلاستيك

مفهوم البلاستيك:

البلاستيك هو أكثر المواد شيوعاً لإنتاج الأجزاء والمنتجات ذات الاستخدام النهائي، لكل شيء من المنتجات الاستهلاكية إلى الأجهزة الطبية، البلاستيك هو فئة من المواد متعددة الاستخدامات مع الآلاف من خيارات البوليمر، ولكل منها خصائصها الميكانيكية الخاصة، لكن كيف تصنع الأجزاء البلاستيكية؟

كيفية اختيار عملية تصنيع البلاستيك الصحيحة:

يأتي البلاستيك في آلاف الأصناف مع مختلف المواد الكيميائية الأساسية والمشتقات والإضافات المصممة؛ لتغطية مجموعة واسعة من الخصائص الوظيفية والجمالية، ولتبسيط عملية العثور على المادة الأنسب لجزء أو منتج معين، يجب أن نتعرّف على النوعين الرئيسيين من البلاستيك؛ وهي اللدائن الحرارية والمواد البلاستيكية الحرارية.

اللدائن الحرارية: هي أكثر أنواع البلاستيك شيوعاً، الميزة الرئيسية التي تميزها عن المواد الحرارية هي قدرتها على المرور عبر العديد من دورات الذوبان والتصلب دون تدهور كبير، يتم توفير اللدائن الحرارية عادة على شكل كريات أو صفائح صغيرة يتم تسخينها وتشكيلها بالشكل المطلوب باستخدام عمليات التصنيع المختلفة، هذه العملية قابلة للعكس، حيث لا تحدث أي روابط كيميائية، مما يجعل إعادة تدوير اللدائن الحرارية ممكن.

البلاستيك بالحرارة على النقيض من اللدائن الحرارية؛ فإنّ اللدائن المتصلدة بالحرارة تبقى في حالة صلبة دائمة بعد المعالجة، تشكل عملية المعالجة هذه رابطة كيميائية لا رجعة فيها، تتحلل المواد البلاستيكية بالحرارة عند تسخينها بدلاً من ذوبانها، لا يمكن إعادة تدوير المواد المتصلدة بالحرارة أو إعادة المواد إلى مكوناتها الأساسية.

تم تطوير مجموعة متنوعة من عمليات تصنيع البلاستيك لتغطية مجموعة واسعة من التطبيقات وهندسة الأجزاء وأنواع البلاستيك، بالنسبة لأي مصمم ومهندس صناعي يعمل في تطوير المنتجات، من الأهمية أن يكون على دراية بخيارات التصنيع المتاحة اليوم والتطورات الجديدة التي تشير إلى كيفية تصنيع الأجزاء في المستقبل، يجب أن نضع في الاعتبار العديد من العوامل التالية عند اختيار عملية التصنيع:

• الشكل: هل تحتوي أجزائك على ميزات داخلية معقدة أو متطلبات تحمل صارمة؟ اعتماداً على هندسة التصميم، قد تكون خيارات التصنيع محدودة أو قد تتطلب تصميم كبير لتحسين التصنيع (DFM)؛ لجعلها اقتصادية في الإنتاج.

• الحجم أو التكلفة: ما هو الحجم الإجمالي أو السنوي للأجزاء التي تخطط لتصنيعها؟ بعض عمليات التصنيع لها تكاليف أولية عالية للأدوات والإعداد، لكنها تنتج أجزاء غير مكلفة على أساس كل جزء، على النقيض من ذلك فإنّ عمليات التصنيع ذات الحجم المنخفض لها تكاليف بدء تشغيل منخفضة، لكن نظراً لأوقات الدورات البطيئة والأتمتة الأقل والعمالة اليدوية، تظل التكلفة لكل جزء ثابتة أو تنخفض عند زيادة الحجم.

• المهلة الزمنية: ما مدى سرعة إنتاج الأجزاء أو السلع الجاهزة؟ تنشئ بعض العمليات الأجزاء الأولى في غضون 24 ساعة، بينما تستغرق الأدوات والإعداد لعمليات إنتاج معينة كبيرة الحجم شهوراً.

• المواد: ما هي الضغوط والتوترات التي سيحتاج منتجك إلى الوقوف في وجهها؟ يتم تحديد المادة المثلى لتطبيق معين من خلال عدد من العوامل، يجب موازنة التكلفة مع المتطلبات الوظيفية والجمالية، يجب أن نضع في الاعتبار الخصائص المثالية للتطبيق المحدد والمقارنة بينها وبين الخيارات المتاحة في عمليات تصنيع معينة.

طرق تصنيع البلاستيك:

التصنيع باستخدام الحاسب الآلي:

يشمل التصنيع باستخدام الحاسب الآلي المصانع والمخارط وعمليات الطرح الأخرى التي يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر، تبدأ هذه العمليات بكتل صلبة أو قضبان أو قضبان معدنية أو بلاستيكية يتم تشكيلها عن طريق إزالة المواد من خلال القطع والتثقيب والحفر والطحن، على عكس معظم عمليات تصنيع البلاستيك الأخرى.

فإن التصنيع باستخدام الحاسب الآلي هو عملية طرح، حيث تتم إزالة المواد إما عن طريق أداة الغزل والجزء الثابت (الطحن) أو جزء الغزل باستخدام أداة ثابتة (مخرطة).

تتطلب آلات (CNC) خطوة وسيطة لإنشاء مسارات الأدوات والتحقق منها (CAD إلى CAM)، تتحكم مسارات الأدوات في المكان الذي تتحرك فيه أدوات القطع وبأي سرعات وأي تغييرات في الأدوات، يتم إرسال مسارات الأدوات إلى الجهاز؛ حيث تبدأ عملية الطرح المحددة، اعتماداً على الشكل المطلوب للمنتج النهائي، قد نحتاج قطعة العمل إلى وضعها في موضع جديد بحيث يمكن لرأس الأداة الوصول إلى مناطق جديدة.

تحضير القالب والتشذيب:

يتم تغليف القالب بعامل تحرير لتسهيل عملية إزالة القوالب، غالباً ما يتم تسخينه إلى درجة حرارة معينة للمادة، أما في الصب فيُخلط الراتينج الصناعي بعامل معالجة ويُسكب أو يُحقن في القالب، حيث يملأ تجويف القالب، يعالج الصب في القالب حتى يتجمد، يمكن أن يؤدي تعريض القالب للحرارة إلى تسريع وقت المعالجة لبعض البوليمرات، بعد ذلك يتم فتح القالب وإزالة الجزء المعالج.

يتم قطع المصنوعات اليدوية مثل الفلاش والعنبر والدرزات أو إزالتها بالرمل، تعتبر القوالب المرنة المصنوعة من مطاط اللاتكس أو مطاط السيليكون المبركن بدرجة حرارة الغرفة غير مكلفة عند مقارنتها بالأدوات الصلبة، لكنها يمكن أن تنتج عدد محدود من المسبوكات كتفاعل كيميائي لليوريثان والإيبوكسي والبوليستر والاكريليك يحط أسطح العفن.

يمكن لقوالب السيليكون إعادة إنتاج حتى أصغر التفاصيل، مما ينتج عنه أجزاء مصبوبة عالية الجودة، تعد الطباعة الحجرية ثلاثية الأبعاد طريقة شائعة لإنشاء قوالب رئيسية للقوالب مباشرة من تصميمات (CAD)، يرجع ذلك جزئياً إلى الدقة العالية وقدرتها المماثلة على إنتاج ميزات رائعة.

التصنيع بصب التناوب:

القولبة الدورانية هي عملية تتضمن تسخين قالب مجوف مملوء بالبلاستيك الحراري المسحوق، حيث يتم تدويره حول محورين لإنتاج أجسام كبيرة مجوفة بشكل أساسي، تتوفر كذلك عمليات قولبة البلاستيك بالحرارة ولكنها أقل انتشار، يتم تحميل مسحوق البلاستيك في تجويف القالب، ثم يتم تثبيت الأجزاء المتبقية من القالب وإغلاق التجويف للتدفئة.

يتم تسخين القالب حتى يذوب مسحوق البلاستيك ويلتصق بجدران القالب، بينما يتم تدوير القالب على محورين متعامدين لضمان طلاء بلاستيكي موحد، ثم يتم تبريد القالب ببطء بينما يظل القالب متحرك للتأكد من أن جلد الجزء لا يتدلى أو ينهار قبل أن يتجمد تماماً، يتم فصل الجزء عن القالب ويتم قطع أي وميض بعيداً.

التصنيع بالقولبة بالحقن:

يعد قولبة الحقن إحدى أكثر طرق تصنيع البلاستيك شيوعاً، هي تتناسب مع الإنتاج الضخم للمنتجات التي تتراوح من حاملات الهواتف المحمولة إلى الألعاب، تقوم عملية القولبة بالحقن بإذابة كريات الراتينج داخل آلة الحقن ببرميل ساخن، يحرك المثقاب البلاستيك إلى الأمام ويضمن مزيج متساوي من البلاستيك الذائب.

ثم تقوم الآلة بعد ذلك بدفع البلاستيك المصهور إلى قالب الحديد، نملأ البلاستيك القالب وينتج عنه جزء بلاستيكي صلب، تستخدم أغلب عمليات القولبة باستخدام الحقن اللدائن الحرارية التي يمكن صهرها وتبريدها بعض المرات، مما يحد من نفايات المواد.

التصنيع بالبثق:

يستدعي قولبة البثق عملية مشابهة جداً لعملية قولبة الحقن، الآلة لا تزال تذوب البلاستيك بدلاً من ملء قالب بالبلاستيك، تضغط الآلة على البلاستيك المذاب من خلال قالب يعطي البلاستيك شكل ثابت، تعمل عملية التشكيل بالبثق بشكل جيد في إنتاج مجموعة واسعة من المنتجات.

بما في ذلك الأنابيب وإطارات الأبواب والأختام، يمكن أن تستخدم عملية البثق إما لدائن حرارية متعددة الذوبان أو لدائن حرارية، التي لا تتحمل سوى دورة ذوبان واحدة.