آشنایی با مراحل وکیوم فرمینگ

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.

همچنین برای آشنایی با انواع بسته‌بندی‌هایی که با روش وکیوم فرمینگ تولید می‌شوند، می‌توانید مقاله انواع بسته‌ بندی وکیوم فرمینگ را مطالعه کنید.

مزیت استفاده از دستگاه‌های جدید در وکیوم فرمینگ

با پیشرفت فناوری، دستگاه‌های جدید وکیوم فرمینگ مجهز به سنسورها، کنترل دمای دیجیتال، سیستم‌های هشدار خطا و امکان ذخیره‌ سازی پروفایل تولید شده‌اند.

طبق گزارشی از خبرگزاری ایلنا درباره ضرورت دقت در فرآیندهای حرارتی وکیوم فرمینگ آمده است که:

«برای انتخاب گرید مناسب مواد و تنظیم شرایط حرارتی، باید به عواملی مثل دما، رطوبت و شرایط محیطی توجه شود. عدم رعایت این موارد می‌تواند باعث تغییر کیفیت نهایی و ایجاد نقص در محصول شود.»

این امکانات باعث می‌شود:

• دقت شکل ‌دهی افزایش یابد
• سرعت تولید بیشتر شود
• کیفیت سطحی محصول بهبود پیدا کند
• ضخامت ورق یکنواخت‌تر شود

به همین دلیل خطوط تولید مدرن قادرند قطعات پیچیده را با تکرارپذیری بالا تولید کنند.

بررسی مراحل وکیوم فرمینگ به طور گام به گام

در ادامه مراحل وکیوم فرمینگ را مرحله به مرحله توضیح می‌دهیم:

۱.  بستن گیره و آماده‌ سازی ورق پلاستیکی

در ابتدا ورق پلاستیکی در قاب قرار گرفته و توسط گیره‌های مخصوص ثابت می‌شود. این مرحله اهمیت زیادی دارد؛ زیرا کوچک‌ترین لغزش ورق باعث نقص در قالب‌گیری نهایی می‌شود.

۲.  حرارت ‌دهی و نرم ‌سازی ورق

ورق توسط هیترهای دستگاه گرم شده و نرم می‌شود تا به دمای شکل‌دهی مناسب برسد.

در دستگاه‌های پیشرفته، پیرومتر (Pyrometer) دمای ورق را اندازه‌گیری و به ‌صورت لحظه‌ای تنظیم می‌کند تا هیچ‌گونه افت کیفیتی رخ ندهد.

۳.  وکیوم و مکش—مرحله اصلی شکل ‌دهی

در این مرحله قاب به سمت قالب پایین آمده و با ایجاد خلأ، ورق به شکل قالب کشیده می‌شود، سوراخ‌های ریز در قالب باعث می‌شوند هوا سریع تخلیه شده و ورق تمام جزئیات قالب را به خود بگیرد.

سرعت در این مرحله بسیار مهم است؛ زیرا ورق باید در حالت داغ و انعطاف‌پذیر قالب‌گیری شود.

۴.  خنک ‌سازی—اهمیت کنترل نرخ سرد شدن

پس از شکل‌گیری اولیه، قطعه باید خنک شود. برای قطعات بزرگ‌تر از فن‌های قوی یا خنک‌کاری با آب استفاده می‌شود.

کنترل درست نرخ خنک ‌سازی بسیار حیاتی است؛ زیرا سرد شدن نامتوازن می‌تواند موجب ترک‌های مویی، موج افتادگی یا تاب‌ برداشتگی قطعه شود.

به همین دلیل بسیاری از واحدهای صنعتی از سیستم‌های خنک‌ کننده چند مرحله‌ای استفاده می‌کنند تا دمای قطعه به ‌صورت یکنواخت پایین بیاید.

۵.  جداسازی قطعه از قالب

پس از خنک ‌شدن، ورق شکل‌گرفته از قالب جدا می‌شود. گیره‌ها آزاد شده و قطعه برای برش منتقل می‌شود.

۶.  برش، پرداخت و تکمیل محصول

مواد اضافی از اطراف قطعه بریده شده و لبه‌ها صاف و تمیز می‌شوند.

در دستگاه‌های پیشرفته، از CNC پنج ‌محوره برای برش حرفه‌ای استفاده می‌شود که دقت برش را تا چند صدم میلی‌متر افزایش می‌دهد و کیفیت نهایی را به طور چشمگیری بهتر می‌کند.

فرآیند vacuum forming به طور خلاصه

مراحل 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 در مراحل وکیوم فرمینگ، 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.

اگر می‌خواهید بدانید این فرآیند چرا در صنایع مختلف تا این حد محبوب شده، پیشنهاد می‌کنیم مقاله مزایای بسته‌بندی وکیوم فرمینگ را نیز مطالعه کنید.

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

وکیوم فرمینگ روشی سریع، اقتصادی و انعطاف‌پذیر برای تولید قطعات پلاستیکی در اندازه‌های مختلف است. مراحل وکیوم فرمینگ شامل گرم ‌کردن و مکش گرفته تا خنک ‌سازی و برش، شامل مجموعه‌ای از مراحل دقیق است.

امروزه با استفاده از دستگاه‌های هوشمند، سنسورها، هیترهای پیشرفته و تکنیک‌هایی مثل پیش‌ کشش، کیفیت نهایی محصولات وکیوم فرمینگ به سطح بسیار بالاتری رسیده است.

سؤالات متداول (FAQ) درباره مراحل وکیوم فرمینگ

۱.  وکیوم فرمینگ چیست؟

وکیوم فرمینگ روشی است که در آن ورق پلاستیکی گرم شده و با مکش هوا روی قالب قرار می‌گیرد تا شکل موردنظر را به خود بگیرد.

۲.  مهم‌ترین قسمت در مراحل وکیوم فرمینگ کدام است؟

مرحله گرمایش و مکش مهم‌ترین بخش است؛ چون تعیین می‌کند ورق چقدر درست و یکدست قالب را پوشش دهد.

۳.  چه ورق‌هایی برای وکیوم فرمینگ مناسب‌اند؟

ورق‌هایی مثل ABS، PET، PVC پلی‌کربنات و HIPS بسته به نوع محصول و کاربرد به‌کار می‌روند.

۴.  چرا کنترل دما در وکیوم فرمینگ اهمیت دارد؟

چون هر تغییر دمایی باعث نازک‌شدن، سوختگی یا شکل‌گیری ناقص ورق می‌شود؛ دستگاه باید دما را دقیق کنترل کند.

۵.  آیا می‌توان قطعات بزرگ را با وکیوم فرمینگ تولید کرد؟

بله؛ یکی از مزیت‌های اصلی این روش تولید قطعات بزرگ در یک مرحله و با هزینه کمتر نسبت به قالب‌گیری تزریقی است.