وکیوم فرمینگ، تکنیکی شناخته شده برای تولید انبوه قطعات پلاستیکی با استفاده از قالب و مکش است. این روش به دلیل سادگی، سرعت و مقرون‌به‌صرفه بودن، در طیف وسیعی از صنایع از جمله بسته بندی، خودروسازی، پزشکی و لوازم‌خانگی کاربرد دارد. با ظهور فناوری چاپ سه‌بعدی، وکیوم فرمینگ سه بعدی به‌عنوان گامی نوین در این فرایند سنتی پا به عرصه ظهور گذاشته است.
مزایای وکیوم فرمینگ سه بعدی
وکیوم فرمینگ سه بعدی از ویژگی‌ها و مزای متعددی برخوردار است که در ادامه به معرفی و توضیح برخی از آنها خواهیم پرداخت:
• ساخت قالب‌های ارزان و سریع
چاپ سه‌بعدی به طور قابل‌توجهی زمان و هزینه ساخت قالب را در مقایسه با روش‌های سنتی مانند ماشین‌کاری یا ریخته‌گری کاهش می‌دهد. این امر به‌ویژه برای تولید نمونه‌های اولیه و تیراژهای پایین که ساخت قالب‌های سنتی مقرون‌به‌صرفه نیست، بسیار مفید است. همچنین مواد چاپ سه بعدی مانند رزین و پلاستیک، ارزان‌تر از مواد سنتی مانند فلز هستند.
• ایجاد اشکال پیچیده
چاپ سه بعدی انعطاف‌پذیری بالایی در طراحی و ساخت قالب ارائه می‌دهد. وکیوم فرمینگ سه بعدی امکان تولید قطعات با اشکال هندسی پیچیده و سطوح منحنی را فراهم می‌کند که با روش‌های سنتی وکیوم فرمینگ دشوار یا غیرممکن است. این امر کاربردهای جدیدی را در زمینه‌های مختلف مانند پزشکی، هوافضا و رباتیک به وجود می‌آورد.
• قابلیت شخصی‌سازی
چاپ سه بعدی امکان تولید قالب‌های سفارشی و متناسب با نیازهای خاص مشتری را فراهم می‌کند. این امر برای تولید قطعات خاص و منحصربه‌فرد که با روش‌های سنتی قابل‌تولید نیستند، ایده‌آل است. وکیوم فرمینگ سه بعدی به طراحان و تولیدکنندگان آزادی عمل بیشتری در طراحی و ساخت محصولات می‌دهد.
• کاهش ضایعات
در وکیوم فرمینگ سه بعدی، ضایعات مواد به دلیل استفاده از قالب‌های چاپ شده به حداقل می‌رسد. این امر به حفظ محیط‌زیست و کاهش هزینه‌های تولید کمک می‌کند. ضایعات پلاستیکی در روش‌های سنتی وکیوم فرمینگ می‌تواند به یک مشکل زیست‌محیطی تبدیل شود.
مراحل وکیوم فرمینگ سه بعدی
فرایند وکیوم فرمینگ سه بعدی با استفاده از دستگاه‌ها و تجهیزات ویژه‌ای صورت می‌پذیرد. در ادامه به توضیح مراحل وکیوم فرمینگ سه بعدی می‌پردازیم.
1. طراحی قالب
اولین مرحله برای انجام وکیوم فرمینگ، طراحی قالب است. ازآنجایی‌که قطعات نهایی شکل قالب را به خود می‌گیرند، باید در طراحی قالب دقت زیادی کرده و آن را با ابزارهای دقیقی طراحی کرد. در زمان طراحی قالب وکیوم فرمینگ باید به عوامل زیادی توجه کرد که یکی از آنها زاویه درفت است. این زاویه به کاربر کمک می‌کند تا قطعه را در نهایت به‌راحتی از قالب جدا نماید و با مشکلی در این زمینه مواجه نشود. زاویه درفت بر روی تمام سطوح عمودی باید بین 3 الی 5 درجه باشد. پس از آماده‌کردن قالب وکیوم فرمینگ میتوان به سراغ مرحله بعدی رفت.
2. آماده‌سازی و پرینت مدل
در فرایند وکیوم فرمینگ یک نمونه آماده‌سازی می‌شود تا اصلاحات و تغییرات موردنیاز بر روی آن اعمال شود. در زمان آماده‌کردن نمونه، باید تعدادی تنظیمات پرینت را در حین آماده‌سازی رعایت کرد. براین‌اساس باید مدل‌ها را با چگالی 25 درصد پرینت کرده و از تنظیمات لایه ضخیم استفاده کرد. ضخامت لایه و چگالی قطعه باید بالا در نظر گرفته شود تا قالب بتواند فشار فرآیند را تحمل نماید. این باعث می‌شود تا قالب دچار تغییر شکل نشود و بتواند برای تولیدات بیشتر استفاده گردد.
3. آماده‌سازی قطعه نگهدارنده
برای اینکه فرایند وکیوم فرمینگ یا شکل‌دهی خلأ به طور مناسب انجام شود، قالب باید در جای خود از طریق یک سازه محکم شود. این باعث می‌شود تا قالب در برابر نیروهای مختلفی که به آن وارد می‌شود، مقاومت کرده و بدون حرکت و جابه‌جایی در جای خود باقی بماند. برای محکم کردن قالب میتوان از بخش زیرین آن اقدام کرد. چرا که این قسمت بر روی شکل قطعه تولید شده تأثیری ندارد. براین‌اساس می‌توانید بخش زیرین قالب را سوراخ کرده و آن را بر روی یک صفحه ام‌دی‌اف محکم نمایید. پس از آن میتوان صفحه چوبی را در دستگاه وکیوم فرمینگ سه‌بعدی قرار داده و آن را محکم کرد.
4. آماده و گرم کردن صفحات پلاستیکی
در این مرحله از فرایند از صفحات پلی‌استایرن سفید استفاده می‌شود که این صفحات از اندازه 12*24 اینچ و ضخامت 0.75 میلی متر برخوردار هستند. زمانی که این صفحات برای فرآیند وکیوم فرمینگ سه بعدی استفاده می‌شوند، باید اندازه صفحه و همچنین ضخامت آن در نظر گرفته شود. هر چقدر صفحه از ضخامت بیشتری برخوردار باشد، به دمای بالاتری نیاز دارد تا گرم شود. همچنین این صفحات به قدرت خلاء یا وکیوم بیشتری برای شکل‌دهی نیاز دارند.
5. گرم‌کردن پلاستیک تا دمای موردنظر
در دستگاه‌های وکیوم فرمینگ صنعتی، دستگاه به طور اتوماتیک دمای صفحات پلاستیکی را بر اساس جنس، ضخامت و چگالی بالا می‌برد. دمای 400 درجه فارنهایت به دمای ذوب PLA نزدیک است. در این زمان تنها صفحات پلاستیکی داغ می‌شوند و قالب تغییری نمی‌کند. لازم به اشاره است که اگر ماشین قادر به تولید گرمای کافی یا نیروی وکیوم نباشد، میتوان از صفحات پلاستیکی نازک‌تر استفاده کرد.
6. پرس‌کردن پلاستیک بر روی قالب
زمانی که پلاستیک مورد گرما قرار گرفت، میتوان آن را بر روی قالب قرار داده تا عملیات شکل‌دهی انجام شود. در این زمان خلأ یا وکیوم ایجاد شده هوا را از زیر پلاستیک داغ شده بیرون کشیده و آن را به بدنه قالب فشار می‌دهد. پس از آن پلاستیک شروع به سردشدن می‌کند.
7. سردشدن پلاستیک
زمانی که هوا به‌صورت کامل از زیر پلاستیک خارج شد و پلاستیک شکل قالب را به خود گرفت، میتوان آن را از روی قالب جدا کرده و در یک‌گوشه قرارداد تا سرد شود.
8. تولید قطعات بیشتر با قالب وکیوم فرمینگ
درصورتی‌که قطعه نهایی مورد تأیید باشد، میتوان فرایند را تکرار کرده و تعداد قطعات موردنیاز خود را تولید کرد. اگر پس از مدتی متوجه شدید که قالب پرینت وکیوم فرمینگ سه بعدی بر اثر گرما و فشار دچار تغییر شکل شده است، باید به سراغ یک قالب دیگر بروید تا قطعه به همان شکل تولید شود. لازم به اشاره است که پرینت سه‌بعدی یک راه ارزان‌قیمت برای تولید است. برای همین با پرینت 2 الی 3 قالب اضافه‌هزینه زیادی بر دوش افراد اعمال نمی‌شود.
9. پرداخت سطوح
زمانی که قطعات در تعداد موردنیاز تولید شدند، باید به جداکردن پلاستیک‌های اضافی از روی آنها پرداخته شود. پلاستیک‌های اضافه را میتوان با استفاده از یک دستگاه برش معمولی یا یک دستگاه سی‌ان‌سی مورد برش قرار داده تا محصول به شکل ایده‌آلی آماده عرضه به بازار شود.
کاربردهای وکیوم فرمینگ سه بعدی
وکیوم فرمینگ سه بعدی به دلیل مزایای متعددی که دارد، به طور فزاینده‌ای در حال جایگزینی روش‌های سنتی وکیوم فرمینگ در صنایع مختلف بوده و کاربردهای فراوانی از جمله موارد زیر دارد:
• تولید نمونه اولیه: وکیوم فرمینگ سه بعدی روشی ایده‌آل برای تولید نمونه‌های اولیه سریع و ارزان از محصولات جدید است. این روش به طراحان و مهندسان اجازه می‌دهد تا قبل از تولید انبوه، طرح خود را به طور کامل آزمایش و ارزیابی کنند. همچنین وکیوم فرمینگ سه بعدی به کاهش زمان و هزینه توسعه محصول کمک می‌کند.
• تولید قطعات با تیراژ پایین: این روش برای تولید قطعات خاص و سفارشی در تیراژ پایین مناسب است. وکیوم فرمینگ سه بعدی به تولیدکنندگان این امکان را می‌دهد تا بدون نیاز به سرمایه‌گذاری زیاد در ساخت قالب‌های سنتی، قطعات موردنیاز خود را تولید کنند. این امر برای تولید محصولات سفارشی و منحصربه‌فرد ایده‌آل است.
• تولید قطعات با اشکال پیچیده: وکیوم فرمینگ سه بعدی برای تولید قطعات با اشکال هندسی پیچیده و سطوح منحنی که با روش‌های سنتی دشوار یا غیرممکن است، کاربرد دارد. این امر کاربردهای جدیدی را در زمینه‌های مختلف مانند پزشکی، هوافضا و رباتیک به وجود می‌آورد.
• تولید قطعات در صنایع مختلف: از وکیوم فرمینگ سه بعدی میتوان در صنایع مختلف مانند بسته بندی، خودروسازی، پزشکی، لوازم‌خانگی، اسباب‌بازی، الکترونیک و… استفاده کرد.
جمع‌بندی
وکیوم فرمینگ سه بعدی یکی از جدیدترین روش‌های بسته بندی و تولید قطعات با استفاده از تکنولوژی‌های روز دنیا است و در صنایع و مصارف متعدد کاربرد دارد منتها این فرایند نیز مانند تمامی روش‌های وابسته به تکنولوژی همچنان با محدودیت‌هایی نیز همراه می‌باشد.
دقت و کیفیت قطعات تولیدی با وکیوم فرمینگ سه بعدی به عوامل مختلفی مانند دقت چاپگر سه‌بعدی، کیفیت مواد چاپ، مهارت اپراتور و طراحی قالب بستگی دارد و در حال حاضر، دقت و کیفیت قطعات تولیدی با وکیوم فرمینگ سه‌بعدی به طور کامل به سطح روش‌های سنتی وکیوم فرمینگ نرسیده است.
همچنین هزینه اولیه خرید چاپگر سه بعدی و مواد چاپ می‌تواند بالا باشد. بااین‌حال، در تیراژهای پایین، وکیوم فرمینگ سه بعدی می‌تواند مقرون‌به‌صرفه‌تر از روش‌های سنتی وکیوم فرمینگ باشد.
علاوه بر این اندازه قطعات قابل‌تولید با وکیوم فرمینگ سه بعدی به‌اندازه چاپگر سه بعدی محدود می‌شود و در حال حاضر، چاپگرهای سه‌بعدی با حجم ساخت بزرگ وجود دارند، اما قیمت آنها به طور قابل‌توجهی بالا است.
اما با وجود برخی محدودیت‌ها و چالش‌ها، وکیوم فرمینگ سه بعدی به‌عنوان یک تکنولوژی نوین با پتانسیل بالا درحال‌رشد و توسعه است. پیشرفت‌های تکنولوژی در زمینه چاپ سه‌بعدی، مواد و نرم‌افزارها، وکیوم فرمینگ سه‌بعدی را به روشی کارآمدتر، دقیق‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر برای تولید انبوه تبدیل خواهد کرد. این تکنولوژی نوین، کاربردهای جدیدی را در صنایع مختلف به وجود خواهد آورد و به طراحان و تولیدکنندگان آزادی عمل بیشتری در طراحی و ساخت محصولات می‌دهد.
