وکیوم فرمینگ یکی از روش‌های مقرون به صرفه در تولید قطعات و مواد پلاستیکی است. در واقع بسیاری از لوازم پلاستیکی که روزانه در حال استفاده از آن هستیم، توسط این فرآیند ساخته یا بسته بندی شده‌اند. برای همین شاید برای شما هم جالب باشد که بدانید وکیوم فرمینگ به چه صورت انجام می‌شود و مراحل انجام آن به چه شکل است. بر این اساس ما قصد داریم در این مطلب به بررسی مراحل وکیوم فرمینگ بپردازیم و با نحوه انجام آن به خوبی آشنا شویم.
وکیوم فرمینگ چیست؟
پیش از اینکه به سراغ بررسی مراحل وکیوم فرمینگ برویم، بهتر است با آن کمی آشنا شویم. وکیوم فرمینگ ‘Vacuum Forming’، یکی از قدیمی‌ترین و رایج‌ترین روش‌های پردازش مواد پلاستیکی است. محصولات وکیوم زیادی در اطراف ما وجود دارند که نقش مهمی در زندگی روزمره ما ایفا می‌کنند. بسته بندی مواد غذایی، قطعات خودروها و حتی قطعات حساس پزشکی همگی بر اساس وکیوم فرمینگ صورت می‌گیرد و میتوان گفت بدون این فرآیند، قطعا ظاهر آنها متفاوت‌تر از حالت امروزی می‌شده است. در وکیوم فرمینگ، یک ورقه پلاستیکی گرم شده و سپس با استفاده از مکش به اطراف یک قالب کشیده می‌شود. این فرآیند برای طیف گسترده‌ای از قطعات، از قطعات سفارشی کوچک تولید شده توسط دستگاه‌های رومیزی گرفته تا قطعات بزرگ تولید شده توسط ماشین‌های صنعتی خودکار کاربرد دارد.
بررسی مراحل وکیوم فرمینگ به طور گام به گام
حال که با وکیوم فرمینگ بیشتر آشنا شدید، بهتر است به سراغ بررسی این فرآیند به طور گام به گام برویم:
- بستن گیره: در ابتدای فرآیند، یک ورق پلاستیکی در یک قاب خالی قرار داده شده و در جای خود توسط گیره محکم می‌شود.
- حرارت دهی: پس از آن نوبت به مرحله حرارت دهی به ورق پلاستیکی می‌رسد. در این مرحله با استفاده از منبع حرارتی، ورق یا صفحه پلاستیکی نرم می‌شود. این پروسه تا زمانی که پلاستیک به دمای شکل‌دهی مناسب رسیده و انعطاف پذیر شود، ادامه پیدا می‌کند.
- وکیوم و مکش: در مرحله سوم، قاب حاوی ورق پلاستیکی گرم شده و منعطف را به سمت قالب پایین آورده و از طریق مکش در طرف دیگر قالب کشیده می‌شود. قالب‌های مادگی که در این شرایط استفاده می‌شوند، باید سوراخ‌های کوچکی در شکاف‌ها ایجاد کنند تا مکش بتواند به طور موثری ورق ترموپلاستیک را به شکل مناسب بکشد. در واقع سوراخ‌ها سبب امکان مکش حداکثر هوا می‌شوند و باعث می‌شوند تا صفحه پلاستیکی کاملا شکل قالب را به خود بگیرد.
- خنک سازی: زمانی که پلاستیک بر روی قالب شکل گرفت، باید خنک شود. برای خنک سازی قطعات بزرگتر، گاهی اوقات از فن‌ها و یا موارد این چنینی استفاده می‌شود. این کار سبب افزایش سرعت در چرخه تولید می‌گردد.
- جداسازی: پس از مرحله خنک سازی، نوبت به جداسازی پلاستیک می‌رسد. در این زمان باید پلاستیک را از قالب جدا کرده و آن را به طور کامل از قاب خارج کرد. برای این کار باید گیره فیکس باز شود.
- برش و تکمیل فرآیند: مرحله آخر وکیوم فرمینگ، به برش اختصاص دارد. در این مرحله باید مواد اضافی از روی بخش تکمیل شده بریده شوند. همچنین ممکن است لبه‌های کار نیاز به برش، سنباده‌کشی و یا صاف کردن داشته باشد. با رسیدن به این مرحله، عملیات وکیوم فرمینگ به پایان می‌رسد.
همانطور که مشاهده کردید، مراحل وکیوم فرمینگ بسیار ساده و سریع است و مرحله گرمایش و مکش آن معمولا در عرض چند دقیقه انجام می‌شود. با این حال بسته به اندازه و پیچیدگی قطعات در حال ساخت، فرآیند خنک‌سازی، اصلاح و ایجاد قالب می‌تواند کمی زمان آن افزایش پیدا کند. این فرآیند بیشتر برای تولید دسته‌ای از محصولات با حجم کم تا متوسط یا مجموعه‌هایی با فرمت بسیار بزرگ مناسب است. وکیوم فرمینگ پلاستیک، همچنین می‌تواند جایگزین مقرون به صرفه‌ای برای قالب گیری تزریقی باشد. چرا که قالب گیری تزریقی، نیاز به سرمایه گذاری قابل توجهی دارد.
فرآیند vacuum forming به طور خلاصه
فرآیند وکیوم فرمینگ، شامل 5 مرحله اصلی زیر است:
- آماده سازی ابزار
- راه اندازی دستگاه ترموفرمینگ
- گرم کردن پلاستیک
- اعمال مکش و وکیوم
- خنک کردن، برش و تکمیل پلاستیک
آماده سازی ابزار در فرآیند وکیوم فرمینگ
Thermoforming یا شکل دهی حرارتی را میتوان با طیف گسترده‌ای از مواد و قالب با جنس‌های مختلف انجام داد. در این مورد 4 معیار اصلی وجود دارد که مناسبترین مواد ابزار را برای هر کار مشخص می‌کند. این 4 عامل عبارتند از:
- نوع پلاستیکی که برای کار استفاده می‌شود
- سطح دقت مورد نیاز
- سطح استحکام مورد نیاز
- مقدار قطعات مورد نیاز
البته در برخی موارد عامل سرعت نیز ممکن است مدنظر باشد.
راه اندازی دستگاه ترموفرمینگ
پس از آماده شدن ابزارها، باید آن را در دستگاه ترموفرمینگ قرار داد. ورق پلاستیکی در بالای قالب قرار می‌گیرد؛ بدون آنکه با آن برخوردی داشته باشد. سپس پلاستیک در جای خود با استفاده از گیره محکم می‌شود. بعد از آن نیز منبع حرارتی در بالای ورق پلاستیکی قرار داده می‌شود.
حرارت دهی و گرم کردن پلاستیک
در ترموفرمینگ، حفظ درجه حرارت صحیح بسیار مهم است. هرگونه تغییرات جزئی در دما می‌تواند نتیجه فرآیند را خراب کند. به همین دلیل، دستگاه‌های وکیوم فرمینگ مدرن از pyrometer برای نظارت بر دمای ورق پلاستیک استفاده می‌کنند. پیرومترها با کنترل‌های فرآیند تعامل دارند تا اطمینان حاصل شود که در صورت تغییر دما، حرارت دهی به سرعت تنظیم می‌شود. برخی از ماشین‌های وکیوم فرمینگ نیز می‌توانند از استراتژی‌های مختلف دیگری برای اطمینان از این موضوع استفاده کنند.
نظارت بر سطح ورق و مرحله قبل از کشش
سطح ورق پلاستیکی باید مورد نظارت قرار داشته باشد تا از افتادن آن به سمت پایین جلوگیری شود. معمولا دستگاه با دمیدن هوای تحت فشار به داخل، با این کار مقابله کرده و باعث می‌شود تا پلاستیک به موقعیت خود برگردد. پس از مرحله گرمایش اولیه، ورق پلاستیکی کشیده شده تا اطمینان حاصل شود که ضخامت آن دقیقا ثابت است. این یعنی اگر دما به طور مداوم اعمال شود، نتیجه باید در کل ورق استوار و ثابت باشد.
اعمال مکش و وکیوم
هنگامی که پلاستیک به دمای مناسب رسید، قالب به سمت بالا و رو به پلاستیک حرکت می‌کند. و یا بالعکس. سپس پمپ وکیوم فعال شده و تمام هوا از دستگاه خارج می‌گردد. با انجام این کار، پلاستیک به سمت ابزار کشیده می‌شود. این فرآیند باید با سرعت انجام شود تا پلاستیک گرم مانده و انعطاف پذیری خود را حفظ کند.
خنک کردن، برش و تکمیل پلاستیک
قبل از اینکه پلاستیک از قالب جدا شود، باید به خوبی سرد و خنک شود. معمولا برای این کار از فن‌های پرسرعت برای کاهش زمان استفاده می‌شود. برخی از ماشین‌ها نیز آب سرد را روی پلاستیک اسپری می‌کنند. این کار حتی پروسه خنک شدن پلاستیک را سریعتر می‌کند. زمانی که ورق پلاستیکی به خوبی خنک شود، میتوان آن را از قالب جدا کرد. در این مرحله احتمالا نیاز به کارهای تکمیلی نظیر صاف کردن لبه‌های کار باشد. برای همین باید کلیه کارهای لازم بر روی آن انجام شود تا محصول آماده گردد.
انواع ماشین آلات وکیوم فرمینگ
اساسا تمام ماشین‌های وکیوم فرمینگ، به یک شکل و بر یک اساس کار می‌کنند. با این حال بین این ماشین‌های مختلف، تفاوت‌هایی از نظر قابلیت و امکانات وجود دارد. به طور کلی، ماشین‌های وکیوم فرمینگ فعلی را میتوان به چهار نوع اصلی تقسیم کرد:
- ماشین های DIY
- دستگاه‌های رومیزی
- دستگاه‌های تک هیتره
- دستگاه‌های دو هیتره
بر اساس قابلیت‌های این ماشین‌ها، قیمتشان متفاوت در نظر گرفته می‌شود. برای مثال ماشین‌های DIY ممکن است از هیترهای سرامیکی برای گرمایش و حرارت دهی پلاستیک استفاده کنند. این هیترها معمولا از زمان پاسخگویی کندی برخوردار هستند. اما ماشین‌های صنعتی اغلب از هیترهای quartz برخوردارند و عملکرد بهتری در این زمینه دارند. همچنین اغلب این ماشین‌ها به جای یک هیتر، از دو هیتر برخوردار هستند و در اصطلاح Double heater می‌باشند.
بررسی مزایا وکیوم فرمینگ
از آنجایی که وکیوم فرمینگ نسبت به برخی از روش‌های دیگر از هزینه کمتر و انعطاف پذیری بیشتری برخوردار است، بسیاری از تولیدکنندگان از آن استفاده می‌کنند. مهمترین مزایای وکیوم فرمینگ عبارت است از:
هزینه انجام پایین
وکیوم فرمینگ یک روش مقرون به صرفه نسبت به برخی از روش‌های تولید همچون قالب گیری تزریق پلاستیک است. به خصوص اگر برای قطعات کوچک استفاده شود. مقرون به صرفه بودن این روش، بیشتر به خاطر هزینه کمتر ابزارهای لازم و نمونه سازی است.
زمان لازم برای تغییرات
تغییرات در روش وکیوم فرمینگ خیلی سریع صورت می‌گیرد. در واقع میتوان گفت ابزارسازی در روش وکیوم فرمینگ، تقریبا نصف زمان لازم در روش قالب گیری تزریقی است.
انعطاف پذیری
فرآیند وکیوم فرمینگ به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد تا طرح‌های جدید خود را بدون هیچ اتلاف وقتی بسازند. قالب‌های وکیوم فرمینگ را میتوان در جنس‌های مختلفی چون چوب و آلومینیوم تولید کرد.
جمع بندی
در این مطلب به بررسی مراحل وکیوم فرمینگ پرداختیم و با آن به خوبی آشنا شدیم. همانطور که اشاره شد وکیوم فرمینگ یک فرایند نسبتا سریع و ارزان است که از آن برای تولید قطعات کوچک تا بزرگ میتوان استفاده کرد. این فرآیند در چند مرحله خلاصه می‌شود که به ترتیب شامل آماده کردن پلاستیک و فیکس آن با گیره، حرارت دهی به پلاستیک، وکیوم و مکش، خنک سازی، جداسازی پلاستیک و آماده سازی و برش آن می‌باشد.
