ترموفرمینگ یکی از روش‌های قالب‌گیری و تولید قالب برای ظروف است که از زمان‌های بسیار قدیم تا به امروز مورد استفاده قرار می‌گرفته است. فرآیند ترموفرمینگ با چند مرحله همراه است که طی آنها مواد اولیه گرم و منعطف شده و به وسیله وکیوم و فشار، سبب شکل پذیری مواد می‌شود. حال این فرآیند به چند روش قابل انجام است که قرار است در این مطلب به آنها بپردازیم. پس برای آشنایی با روش‌های ترموفرمینگ، این مطلب را تا انتها دنبال نمایید.
ترموفرمینگ چیست؟
ترموفرمینگ (Thermoforming) یک فرآیند بسیار کاربردی و محبوب است که در آن از طریق دستگاه‌های خاصی، عمل قالب‌گیری و شکل‌دهی به مواد انجام می‌شود. این فرآیند با حرارت‌دهی به مواد جهت نرم کردن و شکل‌دهی به آنها با استفاده از وکیوم و مکش همراه است. در واقع به طور خلاصه باید گفت که ترموفرمینگ شامل بستن یک ورق پلاستیکی به یک قالب، گرم کردن آن برای شکل‌پذیری، سپس اعمال وکیوم و فشار برای رسیدن به شکل قالب است. طراحی قطعه به طور کلی، روش ترموفرمینگ و نوع قالب مورد استفاده را مشخص می‌کند.
دلیل اینکه از فرآیند ترموفرمینگ استفاده زیادی در صنعت می‌شود این است که مواد اضافی زیادی در آن مورد استفاده قرار نمی‌گیرد. همچنین فرآیند شکل‌دهی به پلاستیک، با دقت بسیار بالا و بیشترین کیفیت ممکن صورت می‌گیرد. برای همین است که این روش کاربردهای زیادی دارد و در صنایع مختلفی از آن استفاده می‌شود.
بررسی انواع روش‌های ترموفرمینگ
فرآیند ترموفرمینگ از نظر کلی به دو دسته ابتدایی و پیشرفته تقسیم می‌شود که هر یک از آنها شامل روش‌های متعددی می‌شوند. در روش‌های ابتدایی، قطعه حرارت دیده در یک عملیات تک مرحله‌ای مورد شکل‌دهی قرار می‌گیرد. اما در روش‌های پیشرفته پیش از شکل‌دهی، صفحه حرارت دیده شده مورد کشش و وکیوم قرار می‌گیرد. در ادامه با انواع روش‌های ترموفرمینگ آشنا خواهیم شد.
انواع روش‌های ابتدایی ترموفرمینگ
روش‌های ابتدایی و پایه ترموفرمینگ، انواع زیادی دارند که در اینجا به طور خلاصه به آنها اشاره می‌کنیم.
روش شکل دهی با خلا مستقیم
از معمولترین روش‌های ترموفرمینگ، فرم دهی با خلا مستقیم است که به عنوان اولین روش ابتدایی به آن می‌پردازیم. نحوه انجام این روش به این صورت است که خلا از زیر صفحه اعمال شده و ماده را به سمت قالب می‌کشاند. این یعنی خلا از زیر صفحه اعمال شده و سبب کشش آن به سمت قالب می‌شود. ترموفرمینگ با روش خلا مستقیم، سبب تولید سریع محصولات شده و برای تولید قطعات محکم نیز بسیار مناسب می‌باشد. دلیل آن هم این است که ضخامت دیواره‌ها در لبه ورقه، مشابه با ورقه اصلی می‌باشند. علاوه بر این از این روش میتوان برای تولید قطعات با پروفیل‌های کم که نیاز به عمق زیاد ندارند نیز استفاده کرد. خوب است اشاره کنیم که روش فرم دهی با اعمال خلا مستقیم، به چند فاکتور وابسته است. این فاکتورها عبارتند از فاصله محفظه‌های خلا، اندازه محفظه‌های خلا و سطح ابزار.
در رابطه با روش وکیوم فرمینگ یا همان شکل‌دهی خلا، بهتر است یک تعریف داشته باشیم. در این روش یک ورق پلاستیک تا دمای شکل گیری خود، مورد حرارت قرار داده می‌شود. سپس روی یک قالب تک سطحی کشیده شده و با استفاده از روش وکیوم، بر روی آن قرار می‌گیرد. فرآیند vacuum forming بر روی مواد ترموپلاستیک مختلفی همچون PVC، ABS، HDPE و یا PC صورت می‌گیرد. زمانی که ماده مورد خنک کاری قرار گرفته و از قالب خارج شود، شکل نهایی دقیق را پیدا خواهد کرد. این روش شکل دهی باعث تولید قطعاتی می‌شود که هم پایدار هستند و هم از زیبایی و کیفیت بالایی برخوردار می‌باشد.
روش ترموفرمینگ تحت فشار
یکی دیگر از روش‌های پایه و ابتدایی ترموفرمینگ، روش تحت فشار است که با نام Pressure Thermoforming شناخته می‌شود. در این روش به جای ایجاد خلا، از فشار استفاده می‌شود. به این صورت که با استفاده از فشار هوا روی سطح آزاد ورق، هدایت پلاستیک به داخل قالب صورت می‌گیرد. شکل دهی تحت فشار شباهت‌های زیادی به شکل دهی در خلا دارد. اما فشار اضافی سبب مزایایی برای آن شده است. این فشار باعث می‌شود تا جزئیات و بافت بیشتری داشته باشید و در شرایطی که زیبایی و ظاهر اهمیت زیاد دارد، یک گزینه بسیار مناسب باشد. همچنین روش ترموفرمینگ با فشار نسبت به ترموفرمینگ با اعمال خلا، از سرعت بیشتری برخوردار است. دلیل آن هم این است که ورق می‌تواند در دماهای پایین‌تر شکل بگیرد.
روش شکل دهی تحت فشار، قطعاتی شبیه به روش قالب گیری تزریقی تولید می‌کند. اما هزینه ابزار کمتری دارد. همچنین به دلیل فشار بیشتر، این تکنیک می‌تواند قطعاتی با جزئیات واضح و همچنین بافت‌های متعدد روی یک بخش را ارائه دهد. وجود جزئیات واضح در این روش باعث شده تا برای شکل‌دهی به برخی از قطعات، همچون تجهیزات پزشکی بسیار ایده آل باشد. از دیگر مزایای این روش باید به زمان کمتر برای آماده‌سازی ابزار، زمان کمتر برای طراحی و فرآیندی آسان جهت تولید نمونه‌های اولیه و محصولات کوچکتر اشاره کرد.
ترموفرمینگ به روش Drape
سومین روش ترموفرمینگ ابتدایی، Drape نام دارد. اگر بخواهیم این روش را با سایر روش‌های ذکر شده مقایسه کنیم باید اشاره کنیم که Drape مشابه با روش تحت خلا است. با این تفاوت که پس از مرحله حرارت دهی، ورق به وسیله گیره‌هایی کشیده شده و روی قالب قرار می‌گیرد. سپس عمل خلا و وکیوم بر روی آن اعمال می‌شود. در این روش ضخامت یکسان بوده و تمام محصولاتی که از طریق آن تولید می‌شوند، از ویژگی‌های بخصوصی چون جزئیات واضح در بیرون قطعات برخوردار هستند.
شکل دهی به روش Drape، راهی عالی برای تولید محصولاتی است که نیاز به حفظ ضخامت ثابت، شفافیت نوری یا دستیابی به اشکال و منحنی‌های در مقیاس بزرگ دارند و در عین حال هزینه‌ها را پایین نگه می‌دارند. از دیگر مزایای drape-forming میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- تطبیق پذیری بهتر
- ایده آل برای کاربردهای بزرگ
- مقرون به صرفه بودن
روش ترموفرمینگ کشش آزاد
free drawing یا کشش آزاد، یکی از روش‌های ترموفرمینگ است که در آن از خلا و فشار برای تولید قطعات بدون استفاده از قالب استفاده می‌شود. به این صورت که ورق حرارت دیده، از طریق فشار هوا درون حباب دمیده شده و یا از طریق خلا و وکیوم به داخل حفره کشیده می‌شود. حال نکته‌ای که در این روش وجود دارد این است که به دلیل اینکه ورق قالب را لمس نمی‌کند، کارایی نوری آن مشابه با ورقه اصلی است. برای همین از آن برای کاربردهایی که به شفافیت و نور نیاز دارند (همچون پنجره‌ها)، استفاده می‌شود.
انواع روش‌های پیشرفته ترموفرمینگ
حال که با روش‌های ابتدایی ترموفرمینگ آشنا شدیم، بهتر است به سراغ روش‌های پیشرفته آن برویم. این روش‌ها عبارتند از:
شکل دهی به روش snap-back
روش فرم دهی snap-back به این صورت است که ورق حرارت دیده شده از پشت به قالب نر می‌چسبد. این ورق گرم به محفظه خلا متصل شده و سپس خلا اعمال می‌گردد. این کار باعث می‌شود تا ورقه پیش از قالب گیری، کشیده شود. زمانی که ورق در خلاف جهت قالب مورد کشش قرار بگیرد، جریان خلا از محفظه قطع شده و ورق تحت تاثیر خلا اعمال شده، به قالب می‌چسبد. پس از آن فرآیندهای خنک سازی صورت گرفته و تا زمانی که قطعه به طور کامل سرد و خنک شود، خلا برقرار می‌ماند.
ترموفرمینگ به روش لغزش حلقه
شکل دهی به روش لغزش حلقه همچون snap-back است. با این تفاوت که در آن از یک روش جایگزین برای کشش ورق استفاده می‌شود. در این روش ورق حرارت دیده، بر روی یک حلقه لغزشی قرار می‌گیرد. این حلقه دور یک پایه قالب کشیده شده و ورق همزمان با حرکت حلقه دچار کشش می‌گردد. زمانی که ورق مورد کشش قرار گرفت، خلا اعمال شده تا شکل قالب را به خود بگیرد. قطعاتی که به روش لغزش حلقه تولید می‌شوند، از یکنواختی خوبی از نظر ضخامت دیواره برخوردار می‌باشند.
ترموفرمینگ ورقه‌های دوتایی
از دیگر روش‌های پیشرفته ترموفرمینگ، شکل‌دهی ورقه‌های دوتایی است که عمدتا از آن برای تولید قطعاتی که به سختی و استحکام بالا نیاز دارند، استفاده می‌شود. همچنین این روش برای تولید قطعاتی که دارای دیواره‌های دو تایی هستند، ایده‌آل می‌باشد. فرآیند ترموفرمینگ ورقه‌های دو تایی، فرآیندی ساده است. با این حال برای تولید و بدست آوردن قطعات یک شکل از طریق آن، نیاز به تجهیزات بسیار دقیقی می‌باشد. در این روش دو ورقه پلاستیکی گرم می‌شوند و به طور جداگانه در چهارچوب‌هایی با گیره محکم می‌شوند. سپس ورقه‌های حرارت دیده شده بین دو نیم قالب ماده بالایی و پایینی قرار می‌گیرند. نیمه‌های قالب به هم نزدیک شده و جریان خلا از بخش بیرونی اعمال می‌شود. در این حین بین دو قطعه هوا وارد شده تا ورقه‌ها به سمت قالب‌ها حرکت پیدا کنند و شکل آنها را بگیرند. ورود هوا باعث می‌شود تا عمل خنک سازی نیز بهتر صورت گیرد.
جمع بندی
ترموفرمینگ یکی از روش‌های بسیار کاربردی در تولید محصولات و قطعات است که از طریق روش‌های متعددی قابل انجام است. در این مطلب به بررسی انواع روش‌های ترموفرمینگ پرداختیم و با خصوصیات و ویژگی‌های هر یک آشنا شدیم. این روش‌ها به دو دسته ابتدایی و پیشرفته تقسیم می‌شوند. افرادی که در این حوزه فعالیت دارند، می‌توانند بر اساس شرایط موجود، از یکی از روش‌های ترموفرمینگ استفاده کرده و از مزایای آنها بهره‌مند شوند.
