وکیوم فرمینگ چیست؟
در یک تعریف ساده میتوان وکیوم فرمینگ را یک روش موثر برای شکلدهی به مواد ترموپلاستیک یا گرمانرم توصیف کرد. vacuum forming از جمله روشهای قدیمی و رایج برای پردازش مواد پلاستیکی است و میتواند در تولید بسیاری از قطعات پلاستیکی و بستهبندی محصولات مختلف مورد استفاده قرار بگیرد. کاربرد وکیوم فرمینگ به قدری گسترده است که در حال حاضر بسیاری از محصولات پلاستیکی پیرامونمان با استفاده از این روش پردازش و تولید شدهاند.
مراحل وکیوم فرمینگ
فرآیند وکیوم فرمینگ شامل چندین مرحله اصلی و مهم است که در اینجا به شرح این مراحل میپردازیم:
- بستن ورق یا فیلم: در مرحله اول باید به قرار دادن ورق پلاستیکی یا فیلم در جایگاه مخصوص پرداخت. ورق پلاستیکی باید به شکل محکم به گیره متصل شود تا در حین کار از آن جدا نشود.
- گرمایش: زمانی که ورق پلاستیکی در جای خود محکم شود، با استفاده از لوازم حرارتی مانند هیتر مورد حرارتدهی و گرما قرار میگیرد. اعمال حرارت به پلاستیک باعث میشود تا از حالت سفت و سخت خود خارج شود و به یک حالت نرم و منعطف برسد. در این مرحله پلاستیک قابلیت شکلگیری پیدا میکند. لازم به اشاره است که حرارتدهی به پلاستیک نباید زیاد باشد و تنها باید در حد منعطف شدن پلاستیک اعمال شود.
- شکل دهی به ورق و وکیوم: پس از منعطف شدن ورق پلاستیکی آن را بر روی قالب وکیوم فرمینگ قرار میدهند و به وسیله پمپ وکیوم یا پمپ خلاء، شروع به تخلیه هوای بین ورق و قالب مینمایند. این کار علاوه بر خروج هوا، سبب قرارگیری درست ورق بر روی قالب میشود و باعث میشود تا پلاستیک شکل قالب را به خوبی بگیرد.
- خنکسازی و آزاد کردن ورق: پس از شکلگیری ورق پلاستیکی، با استفاده از فن به خنکسازی و در نهایت جدا کردن آن از روی قالب میپردازند. در این مرحله محصول یا قطعه مورد بررسی و دوربری قرار گرفته و آماده عرضه به بازار میشود.
قالب وکیوم فرمینگ
برای فرآیند وکیوم فرمینگ نیاز به تهیه قالب وکیوم فرمینگ است. قالب وکیوم فرمینگ باید به شکل طرح مورد نظر ساخته شود و تمام جزئیات لازم در آن به خوبی پیادهسازی شود. در صورتی که قالب طراحی مناسبی نداشته باشد، محصول نهایی هم شکل مورد نظر را پیدا نمیکند. برای همین بسیاری از افراد برای تولید قالب وکیوم فرمینگ از دستگاههای سی ان سی استفاده میکنند. با این دستگاهها میتوان طرح قالب را از طریق کامپیوتر پیادهسازی کرده و سپس به برش و تولید آن پرداخت.
جهت ساخت قالب وکیوم فرمینگ از متریال مختلفی همچون چوب، آلومینیوم، آهن و ام دی اف میتوان استفاده کرد. از میان موارد اشاره شده، قالبهای وکیوم فرمینگ آلومینیومی از مقاومت زیادی برخوردار هستند و میتوانند برای تولیدات انبوه مورد استفاده قرار بگیرند. قالب وکیوم فرمینگ آلومینیومی قادر به دفع گرما از خود بوده و به راحتی دچار آسیب و خرابی نمیشود. این در حالی است که قالبهای چوبی یا ام دی اف به تدریج بر اثر گرما آسیب میبینند و برای تولیدات انبوه گزینه خوبی نمیباشند. برای همین طراحی و ساخت قالب وکیوم فرمینگ باید با دقت بالا و همچنین با استفاده از متریال مناسبی صورت بگیرد. قیمت قالب وکیوم فرمینگ هم بسته به جنس، ابعاد و پیچیدگی آن متغیر است.
کاربردهای وکیوم فرمینگ
فرآیند وکیوم فرمینگ جزو فرآیندهای بسیار کاربردی است و میتواند در صنایع متفاوتی مورد استفاده قرار بگیرد. از جمله:
- صنعت بستهبندی: وکیوم فرمینگ در بستهبندی محصولات مختلف کاربرد زیادی دارد و میتواند برای بستهبندی کالا و محصولاتی چون مواد غذایی، اسباب بازی، لوازم الکترونیکی، لوازم آرایشی و بهداشتی و حتی دارو و لوازم پزشکی استفاده شود.
- صنعت کشاورزی: از وکیوم فرمینگ برای تولید سینیهای کاشت بذر، گلدان و گلخانههای گنبدی کوچک استفاده میشود.
- صنعت پزشکی: این فرآیند در تولید سینیهای پزشکی و بستهبندی لوازمی چون آمپول و داروهای مختلف کاربرد دارد.
- صنعت الکترونیک: برای تولید محفظه و محافظ تجهیزات الکترونیکی و همچنین تولید سینیهای آنتی استاتیک از این فرآیند میتوان استفاده کرد.
- صنعت تابلوسازی: از فرآیند وکیوم فرمینگ در تولید حروف و اشکال برجسته در صنعت تابلوسازی نیز استفاده میشود.
- تولید لوازم خانگی: بسیاری از لوازم خانه و آشپزخانه نظیر جای قاشق و چنگال و ظروف به وسیله فرآیند وکیوم فرمینگ قابل تولید هستند.
بستهبندی وکیوم فرمینگ
بستهبندی وکیوم فرمینگ یکی از روشهای بسیار کم هزینه، آسان و سریع است. این بستهبندیها از ظاهر شفافی برخوردار هستند و میتوانند محصول موجود در خود را به خوبی نمایش دهند. مزایای زیاد بستهبندی وکیوم فرمینگ باعث شده تا تولیدکنندگان زیادی از آن استفاده نمایند و محصولات خود را از طریق آن بستهبندی و روانه بازار نمایند.
در رابطه با انواع بستهبندی وکیوم فرمینگ میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
1. بستهبندی وکیوم فرمینگ کارتی
بستهبندی وکیوم فرمینگ کارتی از جمله رایجترین و پرکاربردترین روشهای بستهبندی وکیوم است که برای بسیاری از کالاها قابل استفاده میباشد. لوازمی چون ابزارآلات، لوازم الکترونیکی، لوازم آرایشی و حتی اسباب بازی را میتوان با این روش بستهبندی و روانه بازار کرد. در این نوع بستهبندی یک ورق مقوایی بین یا زیر قطعه وکیومی قرار میگیرد. در بالای آن هم معمولا یک سوراخ ایجاد میشود تا امکان آویزان کردن آن در فروشگاه وجود داشته باشد.
نوع دیگری از این روش، بستهبندی وکیوم فرمینگ کارتی کشویی نام دارد که این بسته هم شامل قطعه وکیومی و کارت مقوایی است. با این تفاوت که قطعه وکیومی به صورت سه طرف خم است و کارت مقوایی به صورت کشویی در داخل آن قرار میگیرد.
2. بستهبندی وکیوم فرمینگ صدفی یا تاشو
بستهبندی صدفی یا تاشو شامل یک ظرف یک تکه با حالت لولادار است که به راحتی مورد باز و بسته شدن قرار میگیرد. این نوع بستهبندی وکیوم فرمینگ بیشتر برای مواد غذایی مانند تخم مرغ، میوه و سبزیجات مورد استفاده قرار میگیرد. چرا که درب بسته را میتوان مجددا چفت کرده و مانع از خرابی یا پلاسیدگی ماده غذایی شد.
3. بستهبندی وکیوم فرمینگ اسکین
نوع دیگری از بستهبندی وکیوم فرمینگ، وکیوم اسکین نام دارد. این روش یک تفاوت عمده با سایر روشهای بستهبندی وکیوم فرمینگ دارد و آن هم عدم نیاز به استفاده از قالب وکیوم فرمینگ است. دلیل آن هم این است که در این روش محصول بر روی کارت مقوایی قرار گرفته و سپس ورق پلاستیکی بر روی آنها وکیوم میشود. عدم نیاز به قالب وکیوم باعث شده تا بستهبندی وکیوم اسکین از هزینه کمتری برخوردار شود.
4. بستهبندی وکیوم فرمینگ استند
استندها از دیگر انواع بستهبندی وکیوم فرمینگ هستند که شامل دو نوع استندی و استند جعبهای میباشند. بستهبندی وکیوم استند جعبهای به نوعی ترکیبی از بستهبندی مقوایی و وکیومی است و بیشتر برای محصولاتی چون شیرینی و شکلات و اسباب بازی مورد استفاده قرار میگیرد. بستهبندی وکیوم استند هم به عنوان استند و نگهدارنده محصولات کاربرد دارد و برای نمایش گذاشتن محصولاتی چون لوازم آرایشی و بهداشتی در فروشگاهها و داروخانهها استفاده میشود.
مزایای وکیوم فرمینگ
فرآیند وکیوم فرمینگ از مزایای زیادی برخوردار است. در واقع مزایای زیاد این روش باعث شده تا بسیاری از تولیدکنندگان از آن برای تولید و بستهبندی محصولات خود استفاده نمایند. در رابطه با مهمترین مزایای وکیوم فرمینگ میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
بسته بندی شفاف
بستهبندیهای وکیوم فرمینگ به شکل شفاف هستند و محصول موجود در خود را به خوبی نمایش میدهند. شفافیت بستهها باعث میشود تا مشتری نسبت به سلامتی محصول و همچنین شکل ظاهری آن اطلاع پیدا کند و سپس در رابطه با خرید آن تصمیمگیری نماید.
کاهش حجم و سهولت در حمل و نقل
بستهبندی وکیوم فرمینگ به دلیل کم حجم بودن، فضای کمی را در زمان حمل و نقل اشغال مینماید. برای همین امکان حمل و نقل بیشتری از محصولات در یک زمان فراهم میشود و همین موضوع سبب کاهش هزینههای حمل و نقل میگردد.
مقرون به صرفه بودن
وکیوم فرمینگ یک فرآیند مقرون به صرفه و کم هزینه است. دلیل آن هم این است که برای آن از تجهیزات نسبتا ساده و کم هزینهای استفاده میشود. همچنین مواد پلاستیکی یا فیلمهای مصرفی در این روش از هزینه پایینی برخوردار هستند. فرآیند و ابزارهای وکیوم فرمینگ پیچیدگی زیادی ندارند و نسبتا ارزان میباشند.
سرعت بالا و صرفه جویی در زمان
افرادی که به تولیدات انبوه میپردازند و زمان برایشان اولویت زیادی دارد، فرآیند وکیوم فرمینگ برایشان بسیار ایدهآل است. وکیوم فرمینگ جزو فرآیندهای بسیار سریع در پردازش مواد پلاستیکی محسوب میشود. همچنین قطعات یا بستهبندیهای تولید شده به این روش نسبت به برخی از روشها بسیار دقیقتر و زیباتر هستند. وکیوم فرمینگ سبب کاهش خطا در فرآیند شده و دقت و سرعت را به میزان قابل توجهی بالا میرود.
جلوگیری از سرقت و دستکاری
یکی از مزایای بستهبندی به روش وکیوم فرمینگ، جلوگیری از سرقت و دستکاری محصول است. این بستهبندی ضمن شفافیت و قابل مشاهده بودن، امنیت محصول را نیز تامین کرده و از آن در برابر سرقت و خرابکاری محافظت مینماید.
حفاظت کامل از محصول
بستهبندی به روش وکیوم فرمینگ سبب محافظت کامل از محصول میشود. چرا که این روش محصول را به خوبی پوشش میدهد و آن را از نفوذ گرد و غبار، آب و هر نوع آلودگی حفظ مینماید. برای همین است که بسیاری از تولیدکنندگان لوازم الکترونیکی و لوازم آرایشی بهداشتی از این روش برای بستهبندی کالاهای خود استفاده مینمایند.
روشهای مهر و موم در بستهبندی وکیوم فرمینگ
بستهبندیهای وکیوم فرمینگ به طرق مختلفی قابل مهر و موم شدن هستند. در اینجا به صورت مختصر به روشهای موجود برای این کار اشاره میکنیم.
- جوش هایفرکانس: در این روش محصول و کارت مقوایی بین دو قطعه وکیومی قرار داده میشوند. پس از آن دو قطعه وکیومی به وسیله دستگاه جوش هایفرکانس به یکدیگر دوخته میشوند.
- پرس حرارتی: در این روش محصول بین یک قطعه وکیومی شکل داده شده و کارت مقوایی قرار میگیرد. پس از آن قطعه وکیومی و کارت مقوایی دارای چسب بلیستر، به وسیله دستگاه پرس حرارتی به هم پرس و متصل میشوند.
- مهر و موم کشویی: روش دیگری که برای مهر و موم بستهبندی وکیوم فرمینگ وجود دارد، مهر و موم کشویی است. در این روش مقوای چاپی به صورت کشویی در داخل قطعه وکیومی که سه طرف آن خم شده است، قرار میگیرد.
- مهر و موم سیل: این روش بیشتر برای بستهبندی مواد غذایی کاربرد دارد. در این روش یک ورق پلاستیکی اغلب دارای چاپ، بر روی یک ظرف وکیومی توسط دستگاه مخصوص سیل میشود.
- مهر و موم چفتی: مهر و موم چفتی برای بستهبندی وکیوم فرمینگ صدفی یا لولایی کاربرد دارد. در کنارههای درب و محفظه این بستهها برآمدگی و تورفتگیهایی وجود دارد که باعث میشود در زمان بسته شدن، درب و محفظه به خوبی به هم چفت شوند.
مواد اولیه بستهبندی وکیوم فرمینگ
پت PET
پت یا پلی اتیلن ترفتالات از رایجترین مواد ترموپلاستیک است که نسبت به ماده پی وی سی از قدرت کشش بالاتری برخوردار است. این ماده دارای گرید بهداشتی است و برای بستهبندی محصولاتی چون مواد غذایی، محصولات پزشکی و بهداشتی بسیار مناسب میباشد. از دیگر خصوصیات ماده پت میتوان به مقاومت شیمیایی و پایداری ابعاد بسیار خوب، جذب رطوبت کم، استحکام بالا و امکان پردازش و شکلدهی آسان اشاره کرد. پت نسبت به سایش هم مقاومت خوبی دارد و همواره از ثبات رنگی برخوردار میباشد. بسیاری از مواد غذایی مانند تخم مرغ و استندهای شیرینی و شکلات، با استفاده از ورق پت مورد بستهبندی قرار میگیرند.
پی وی سی PVC
پی وی سی یا پلی وینیل کلراید یکی دیگر از پلیمرهای پرمصرف در جهان است. این ماده به خاطر قابلیتهای چند منظوره، از کاربردهای زیادی در صنعت بستهبندی برخوردار است. پی وی سی یک ماده با دوام زیاد است و ماندگاری بالایی دارد. از این ماده بیشتر برای بستهبندی محصولاتی چون لوازم الکترونیکی، ابزارآلات و اسباب بازی استفاده میشود.
مهمترین ویژگیهای PVC عبارتند از عدم جذب آب و رطوبت، پردازش و شکلدهی آسان، وزن سبک با سختی بالا، مقاومت بالا در برابر ضربه و قابلیت بازیافت. این ماده در رنگهای شفاف، سفید، مشکی و دیگر رنگها موجود است و میتواند سبب بستهبندی محصولات با ظاهری جذاب و زیبا شود.
هایمپک HIPS
اچ آی پی اس یا هایمپک همچون پت از گرید بهداشتی برخوردار است و مقاومت مناسبی دارد. این ترموپلاستیک در رنگهای متنوع با ضخامتهای متفاوت از 200 الی 1000 میکرون موجود است. شکلپذیری این ماده نیز بسیار آسان بوده و میتوان از نوع شفاف و نیمه شفاف آن برای فرآیند وکیوم فرمینگ استفاده کرد. HIPS به دلیل بهداشتی بودن، برای تولید ظروف غذا و بستهبندی موادی چون مواد غذایی، لوازم بهداشتی و محصولات آرایشی و بهداشتی بسیار مناسب است.
ای بی اس ABS
ورق ABS یکی دیگر از موادی است که میتواند در فرآیند وکیوم فرمینگ مورد استفاده قرار بگیرد. این ماده مقاومت بالایی در برابر ضربه دارد و دارای کیفیت بالا، پایداری رنگ و درخشش عالی میباشد. ضخامت ABS از 1 الی 6 میلی متر متغیر است و در رنگهای مختلفی چون سفید، مشکی و طوسی یافت میشود. این ترموپلاستیک با اینکه قابلیت شکلپذیری خوبی دارد، اما نسبت به موادهای دیگر گرانتر است. برای همین برخی از تولیدکنندگان به جای آن از سایر مواد استفاده میکنند. از مهمترین کاربردهای ABS به خاطر سختی و مقاومت بالا میتوان به ساخت لوازم خانگی، کلاه ایمنی، قطعات داخل یخچال و دیوارههای دستگاههای الکترونیکی اشاره کرد.
انواع دستگاه وکیوم فرمینگ
برای فرآیند وکیوم فرمینگ نیاز به دستگاههای خاصی است که تحت عنوان دستگاه یا ماشین وکیوم فرمینگ شناخته میشوند. این دستگاهها در حالت کلی به دو دسته اتوماتیک و نیمه اتوماتیک تقسیم میشوند که در مکانیزم تولید تفاوت چندانی با هم ندارند و تنها تفاوتشان در میزان دخالت اپراتور، سرعت تولید و همچنین حجم تولید است.
دستگاه وکیوم اتوماتیک
دستگاه وکیوم فرمینگ تمام اتوماتیک، معمولا از ابعاد بزرگی برخوردار است. برای همین از آن بیشتر در کارخانهها یا کارگاههای بزرگ با تولید بالا استفاده میشود. تمام اتومات بودن این دستگاهها باعث شده است تا اپراتور دخالت زیادی در کار دستگاه نداشته باشد. به طوری که تنها 20 درصد کار توسط اپراتور و 80 درصد دیگر توسط خود دستگاه انجام میشود. عدم دخالت زیاد اپراتور باعث شده تا دقت تولید با دستگاه وکیوم فرمینگ اتوماتیک بالا برود و سرعت تولید افزایش زیادی پیدا کند. این دستگاه شامل اجزایی همچون ورقگیر، قالببند، هیتر، پیستولههای خنک کننده و پمپ وکیوم و خلاء است که هر یک از آنها وظایف خاصی را بر عهده دارند.
مراحل وکیوم فرمینگ با دستگاه تمام اتوماتیک به این صورت است که در ابتدا قالب در بخش قالببند بسته میشود. سپس رول پلاستیکی در بخش نگهدارنده رول قرار میگیرد. مابقی کار توسط خود دستگاه انجام میشود که شامل مراحلی چون حرارتدهی به پلاستیک، شکلدهی، خنککاری و برش قطعه شکل گرفته میباشد.
دستگاه وکیوم نیمه اتوماتیک
دستگاههای وکیوم فرمینگ نیمه اتوماتیک نسبت به نوع تمام اتومات، کوچکتر هستند. برای همین از آنها در کارگاهها و تولیدیهای مختلف (با حجم تولید کم) میتوان به راحتی استفاده کرد. از طرفی دستگاه وکیوم نیمه اتوماتیک سرعت تولید کمتری دارد. دلیل آن هم این است که 50 درصد کار توسط اپراتور و به صورت دستی انجام میشود. اپراتور باید دقت زیادی داشته باشد تا عملیات وکیوم فرمینگ با دستگاه به خوبی انجام شود.
مراحل کار با دستگاه وکیوم فرمینگ نیمه اتوماتیک به این صورت است که در ابتدا قالب در بخش قالببند بسته شده و شیت پلاستیکی روی دستگاه قرار میگیرد. سپس اپراتور اقدام به حرارتدهی به ورق از طریق هیترهای موجود مینماید. ورق بر روی قالب قرار گرفته و عمل وکیوم فرمینگ صورت میگیرد تا هوای بین قالب و شیت به خوبی تخلیه شود. در نهایت بعد از شکلگیری ورق و خنک شدن آن، قطعه را از روی قالب جدا کرده و آماده عرضه به بازار میکنند.
دستگاه پرس حرارتی هیدرولیک
دستگاه پرس حرارتی هیدرولیک برای بستهبندی وکیوم فرمینگ کارتی و پرسی کاربرد دارد و از قابلیت پرس طلق به مقوای دارای چسب بلیستر برخوردار میباشد. این دستگاه از ایمنی بالایی برخوردار است و هیچگونه آلودگی صوتی ندارد. برای همین از آن در مکانهای شبه مسکونی و یا حتی مسکونی میتوان استفاده کرد. در رابطه با نحوه کار دستگاه پرس حرارتی هم باید اشاره کنیم که مقوای چسب بلیستر خورده با فشار پرس و حرارت به طلق پلاستیکی چسبیده میشود. حرارت و کورس (ارتفاع بالا و پایین آمدن صفحه پرس) قابل تنظیم است و میتوان آنها را در میزان مناسبی تنظیم کرد.
دستگاه جوش هایفرکانس
دستگاه جوش هایفرکانس عمدتا برای بستهبندی وکیوم کارتی استفاده میشود و از قابلیت جوش و چسباندن دو لایه طلق پی وی سی به هم برخوردار میباشد. نحوه کار دستگاه هم به این صورت است که دو لایه طلق PVC توسط قالب مسی یا آلومینیومی به هم چسبیده میشوند. هر چقدر ضخامت طلق بیشتر باشد، قدرت دستگاه هم باید بیشتر شود.
طراحی قالب وکیوم فرمینگ
برای طراحی قالب وکیوم فرمینگ علاوه بر توجه به مواد اولیه، باید به یک سری نکات هم توجه کرده تا بتوان محصولات با کیفیت و ایدهآلی را با آن تولید کرد.
- زوایا و شیبها: زوایا و شیب قالب وکیوم فرمینگ باید به گونهای طراحی شود که در زمان فرآیند شکلدهی، کلیه مواد به خوبی بر روی سطح قالب توزیع شوند. همچنین طراحی آن باید به گونهای باشد که آزادسازی مواد از قالب به راحتی و بدون مشکل انجام شود.
- منافذ تخلیه هوا: شکلدهی و وکیوم فرمینگ به جریان هوا بسیار وابسته است. هر چقدر میزان جریان هوا و شرایط تخلیه هوا مناسبتر باشد، فرآیند وکیوم فرمینگ به بهترین شکل انجام میشود. برای همین هر قالب وکیوم فرمینگ باید دارای منافذ تخلیه هوا باشد تا هوای بین ورق پلاستیکی و قالب به درستی تخلیه شود. این منافذ باید بر روی قالب ایجاد شوند. هر بخشی از قالب که در آن فرورفتگی و شیار قابل توجهی وجود داشته باشد، نیاز به 1 الی 2 سوراخ تخلیه هوا دارد. این سوراخها وظیفه جذب ورق بر روی قالب را دارند و بر روی محصول نهایی قابل مشاهده نمیباشند.
- نر و ماده بودن قالب: قالبهای وکیوم فرمینگ به دو صورت نر (مثبت) و ماده (منفی) موجود هستند. برای انتخاب از میان این دو مورد، باید به سطح بالای قطعه وکیومی توجه شود. با این حال اغلب اوقات استفاده از یک قالب نر برای تمام قطعاتی که عمق زیادی دارند، سادهتر و مناسبتر میباشد. اما برای قطعاتی مانند ظروف یکبار مصرف یا سینی بیشتر از قالبهای ماده استفاده میگردد.