من حدود 11 سال در طراحی و تولید محصول کار کرده ام، کارهای زیادی با شرکت های لوازم الکترونیکی مصرفی و برخی از تامین کنندگان خودرو انجام داده ام و قالب گیری تزریقی تنها راه پیش فرض برای ساخت قطعات پلاستیکی در هر حجمی است. فرآیندهای دیگری مانند پرینت سه بعدی یا ماشینکاری پلاستیک CNC وجود دارد، اما زمانی که به بیش از 500-1000 واحد نیاز دارید، قالب گیری تزریقی تنها چیزی است که برای بیشتر کاربردها منطقی به نظر می رسد.
چرا قالب گیری تزریقی همه چیز را در بر گرفت
فرآیند به خودی خود بسیار ساده است-گلوله های پلاستیکی را ذوب کنید، تحت فشار بالا به قالب تزریق کنید، بگذارید خنک شود، قطعه را بیرون بیاورید. تکرار کنید. ماشینهای مدرن میتوانند این چرخه را در 15-30 ثانیه برای قطعات کوچک و شاید 60-90 ثانیه برای چیزهای بزرگتر انجام دهند. من یک دستگاه قالبگیری تزریقی مریخ هائیتی را در کارخانهای در شنژن تماشا کردم که قابهای گوشیهای هوشمند را با سرعت حدود 40 ثانیه در هر چرخه پمپاژ میکرد، و این برای بخش بسیار پیچیدهای با ویژگیهای داخلی متعدد بود. هزینه ابزار کاری حدود 12000 دلار بود (مدیر کارخانه این را در سال 2018 به من گفت، قیمت ها قطعاً از آن زمان افزایش یافته است).
چیزی که آن را بسیار مسلط می کند ترکیبی از سرعت، تکرارپذیری و گزینه های مواد است. هنگامی که قالب ساخته شد، هر قطعه در زمان مواد و ماشین هزینه چند سکه دارد. یک قطعه ABS 50 گرمی ممکن است 0.15 دلار از مواد استفاده کند، و اگر زمان چرخه 30 ثانیه باشد، 120 قسمت در ساعت است. حتی با در نظر گرفتن هزینههای زمان ماشین و نیروی کار، ممکن است به ازای هر قطعه 0.30-0.50 دلار در تولید 10،{9}} واحدی نگاه کنید.
آن را با ماشینکاری CNC مقایسه کنید، جایی که برای سایش ابزار، زمان چرخه طولانیتر، اتلاف مواد و زمان اپراتور ماهر هزینه میکنید. من یک طراحی محفظه ساده را زمانی که- قالبگیری تزریقی 0.82 دلار در هر قطعه برای 5000 واحد از جمله ابزار مستهلک شده بود، قیمت گذاری کردم. ماشینکاری CNC همان قطعه 6.40 دلار برای هر قطعه قیمت گذاری شد. حتی نزدیک نیست.

دستگاه های پزشکی در این مورد عجیب و غریب شده اند
قطعات قالبگیری تزریقی پزشکی به دلیل مقررات FDA و الزامات استریلیزاسیون دنیای کاملاً متفاوتی هستند. مواد باید زیست سازگار باشند، که گزینه های شما را به میزان قابل توجهی محدود می کند. اکثر تولید کنندگان پزشکی از موادی مانند پلی کربنات، پلی پروپیلن یا گریدهای تخصصی پلی اتیلن استفاده می کنند. PEEK برای ابزارهای جراحی محبوب است زیرا می تواند اتوکلاو مکرر را بدون تخریب انجام دهد، اما ابزار PEEK گران است زیرا دمای پردازش بسیار بالا است (حدود 370-400 درجه طبق مشخصات برگه داده Victrex، victrex.com).
من چند سال پیش روی یک پروژه تجهیزات پزشکی یکبار مصرف کار کردم، فقط یک سینی تزریقی ساده برای اقدامات دندانپزشکی. اعتبار سنجی مواد به تنهایی 4 ماه طول کشید زیرا ما باید آزمایش زیست سازگاری را تحت استانداردهای ISO 10993 اثبات می کردیم. طراحی قطعه واقعی در 3 هفته انجام شد. اسناد نظارتی 6 هفته دیگر بود. به همین دلیل است که قطعات قالبگیری شده با تزریق پزشکی 3 تا 5 برابر بیشتر از قطعات مصرفکننده معادل قیمت دارند، حتی اگر طرحهای سادهتری داشته باشند.
سازگاری استریلیزاسیون بسیار بیشتر از آن چیزی است که اکثر مهندسان در مورد آن فکر می کنند. استریلیزاسیون اشعه گاما می تواند باعث زرد شدن یا شکننده شدن برخی از پلاستیک ها شود. استریلیزاسیون EtO (اکسید اتیلن) ملایمتر است، اما با مواد خاصی مشکل جذب دارد. استریلیزاسیون اتوکلاو به موادی نیاز دارد که در دمای 121-134 درجه با قرار گرفتن در معرض بخار پایدار باشند. انتخاب مواد شما توسط نحوه برنامه ریزی مشتری برای استریل کردن محصول تعیین می شود، نه فقط نیازهای مکانیکی.
قطعات خودرویی که هیچ کس نمی بیند
اجزای خودروهای زیر{0}}روی مواد پلاستیکی وحشیانه هستند. شما دارای چرخه دمایی از -40 درجه تا 120 درجه +، قرار گرفتن در معرض روغن و سوخت، لرزش، و نیازهای عمر طولانی (معمولاً 15+ سال) هستید. به همین دلیل است که در قالبگیری تزریقی خودرو از نایلونهای پرشده شیشه- و مواد ویژه با دمای بالا استفاده میشود.
منیفولدهای ورودی قبلاً ریختهگری آلومینیومی بودند، اما اکنون بیشتر از نایلون{0}}شکلهای تزریقی استفاده میشوند. ب ام و فکر می کنم این کار را در اواخر دهه 1990 شروع کرد و همه دنبال کردند. کاهش وزن قابل توجه است-یک منیفولد ورودی پلاستیکی میتواند 40 تا 50 درصد سبکتر از مشابه آلومینیوم باشد. بر اساس برخی از تجزیه و تحلیل های مقاله کنفرانس انجمن مهندسین پلاستیک (spe.org، کنفرانس بخش خودرو 2015)، تغییر به منیفولدهای ورودی پلاستیکی وزن خودرو را به طور متوسط 3-4 کیلوگرم در هر وسیله نقلیه کاهش داد که به معنی حدود 0.1-0.15 مایل بر گالن بهبود در مصرف سوخت است. خیلی به نظر نمی رسد اما آن را در میلیون ها وسیله نقلیه ضرب می کند.
کانکتورها و محفظه حسگرها دسته بزرگ دیگری هستند. هر سنسور در یک ماشین مدرن-دما، فشار، موقعیت، سرعت، هر چیز دیگری- دارای محفظه قالبگیری تزریقی است. اینها باید در برابر آب و گرد و غبار مهر و موم شوند (معمولاً حداقل استاندارد IP67)، لرزش را کنترل کنند و ثبات ابعادی را در محدوده دما حفظ کنند. تلورانس ها نیز می توانند تنگ باشند، مانند ± 0.05 میلی متر برای ویژگی های جفت گیری در اتصالات الکتریکی.
من قالبهای اتصال دهنده خودرو را دیدهام که قیمت آنها 80,000-120,000 دلار است، زیرا قالبهای خانوادگی هستند که چندین قسمت را میسازند، با عملکردهای جانبی برای برشها، و ساختار فولادی سخت شده برای چرخه عمر میلیونها قطعه مورد نیاز. هزینه هر قطعه به کمتر از 0.20 دلار می رسد، اما زمانی که شما از چنین حجمی استفاده می کنید.
لوازم الکترونیکی مصرفی جایی است که پول است
محفظه گوشیهای هوشمند، قابهای لپتاپ، قابهای تبلت-همه قالبگیریشده. الزامات پرداخت سطح در مقایسه با سایر صنایع دیوانه کننده است. شما به روکش های سطح قالب A1 یا A2 نیاز دارید (استانداردهای SPI)، که به معنای پرداخت گسترده حفره قالب است. یک پولیش قالب خوب میتواند هفتهها طول بکشد تا-حفرهای بزرگ را به آینه پرداخت کند.
اپل به طور مشهور کارهایی را با قالبگیری تزریقی انجام میدهد که سایر شرکتها در تلاش برای تکرار آن هستند. مکبوک پلی کربنات یکپارچه از سالهای 2009 تا 2010 به صورت تزریقی در یک تکه قالبگیری میشد که به تخصص عظیم در ساخت قالب و کنترل فرآیند نیاز داشت. اکثر سازندگان آن را به چند قسمت تقسیم می کنند زیرا بدست آوردن ضخامت دیواره یکنواخت و اجتناب از علائم فرورفتگی روی چیزی که بزرگ است دشوار است.
انتخاب مواد در لوازم الکترونیکی مصرفی در دهه گذشته بسیار تغییر کرده است. ABS پیشفرض برای همه چیز بود، اکنون پلیکربنات بیشتر، ترکیبهای PC/ABS و مواد PPO اصلاحشده را میبینید. بخشی از این الزامات مربوط به تاخیر در شعله است-رتبه بندی UL94 برای هر چیزی که لوازم الکترونیکی داخل آن باشد اهمیت دارد. اکثر موارد به حداقل رتبه بندی V-1 نیاز دارند، بسیاری از برنامه ها به V-0 نیاز دارند. این موضوع مواد و افزودنی هایی را که می توانید استفاده کنید محدود می کند.
تطبیق بافت و رنگ یک کابوس در لوازم الکترونیکی مصرفی است. من با شرکتی کار کردم که دستگاههای جانبی (صفحهکلید، ماوس، اینجور چیزها) تولید میکرد و آنها ۲۳ بازبینی روی بافت یک محصول داشتند، زیرا بازاریابی مدام نظر آنها را در مورد احساس آن تغییر میداد. هر اصلاح بافت به معنای پرداخت مجدد حفره قالب با الکترودهای مختلف EDM یا فرآیندهای اچ شیمیایی بود. سازنده قالب برای هر بازنگری بافت حدود 2000 دلار دریافت می کرد.
تطبیق رنگ بین پلاستیک های مختلف نیز سخت تر از آن چیزی است که باید باشد. اگر محصولی با پوشش رویی رایانه شخصی و محفظه پایینی ABS دارید، داشتن رنگ دقیقاً یکسان در هنگام قالب گیری مشکل است زیرا مواد مختلف رنگ ها را متفاوت می گیرند. در نهایت با مستربچ های رنگی سفارشی و قالب های آزمایشی زیادی برای شماره گیری آن مواجه می شوید.

بسته بندی غول پنهان است
هیچ کس به بسته بندی قالب تزریقی فکر نمی کند اما از نظر حجم بسیار زیاد است. درب بطری به تنهایی-در جایی آماری وجود دارد که میگوید روزانه حدود 2 میلیارد درب بطری پلاستیکی در سراسر جهان ساخته میشود (من نمیتوانم منبع دقیق آن را در حال حاضر پیدا کنم اما در مقالهای چند سال پیش در Plastics News بود). هر بطری آب، بطری نوشابه، پارچ شیر، بطری شامپو دارای درپوش تزریقی است.
ظروف غذا، بسته بندی لوازم آرایشی و بهداشتی، بطری های دارو-همه قالب های تزریقی. الزامات با سایر برنامه ها متفاوت است زیرا به مواد{2}}ایمن برای غذا (دوباره مقررات FDA) و مقاومت شیمیایی خوب نیاز دارید. پلی پروپیلن بر این فضا غالب است زیرا ارزان، مواد غذایی-ایمن و از نظر شیمیایی بی اثر است. HDPE نیز رایج است، به خصوص برای بطری ها و ظروف که نیاز به انعطاف پذیری دارند.
قالبگیری با دیوار نازک-برای ظروف غذا تخصص خاص خود است. شما از ضخامت دیوار 0.5-0.8 میلی متر صحبت می کنید که به سرعت تزریق بالا و ماشین های تخصصی با کنترل شات خوب نیاز دارد. زمان چرخه سریع است، اما مانند 4-8 ثانیه برای یک ظرف ماست. من از یک تولید کننده بسته بندی در ایتالیا بازدید کردم که قالب های 48 حفره ای را برای ظروف کوچک مواد غذایی اجرا می کرد و هزاران قطعه در ساعت بر روی یک دستگاه تولید می کرد.
هزینههای ابزار برای قالبهای بستهبندی جالب است زیرا اغلب قالبهای خانوادگی (چند اندازه حفره) یا قالبهای چند{0}}حفرهای با تعداد حفرههای دیوانهکننده هستند. یک قالب درب بطری 96-ممکن است 150 دلار هزینه داشته باشد،000+ اما وقتی دهها میلیون قطعه میسازید، هزینه ابزار برای هر قطعه ناچیز میشود.
کاربردهای صنعتی و ساختمانی که برای همیشه ماندگار هستند
محفظه های برق، جعبه های اتصال، محفظه سوئیچ-تن ها قطعات قالب گیری تزریقی در ساختمان ها و تجهیزات صنعتی. الزامات مواد در اینجا متفاوت است زیرا شما به مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش (اگر در فضای باز)، مقاوم در برابر شعله و مقاومت در برابر ضربه نیاز دارید. ABS برای کاربردهای خارج از منزل کار نمی کند زیرا در معرض اشعه ماوراء بنفش تخریب می شود. ASA بهتر است اما گرانتر است. پلی کربنات کار می کند اما با گذشت زمان زرد می شود. همیشه سازش وجود دارد
قطعات مدیریت کابل مانند دستگیره های بند ناف، کشش کش ها و غده ها عمدتاً قالب گیری تزریقی هستند. نایلون برای این کار به دلیل چقرمگی و مقاومت شیمیایی آن محبوب است. من با گیرههای بند ناف M20 و M25 کار کردهام که باید پس از نصب و برداشتن چندین بار آببندی IP68 را حفظ کنند{5}}تلرانسهای ابعادی روی رزوهها و سطوح آببندی باید محکم باشند (±0.1 میلیمتر یا بهتر در مورد ویژگیهای مهم).
اتصالات لوله و اجزای لوله کشی نیز دسته بزرگی هستند. اتصالات PVC و PP قالب گیری تزریقی می شوند، اگرچه مواد با قطر زیاد اغلب توسط فرآیندهای دیگر ساخته می شوند. درجه بندی فشار اهمیت دارد- اتصالاتی که برای 150 PSI درجه بندی شده اند، به دیوارهای ضخیم تر و خواص مواد بهتری نسبت به اتصالاتی که برای 50 PSI درجه بندی شده است، نیاز دارند. نمرات مواد طبق استانداردهای ASTM مشخص شده است و الزامات آزمایش در مواردی مانند ASTM D2846 برای اتصالات PVC مشخص شده است.
اسباب بازی و محصولات تفریحی
بدیهی است که اسباببازیها عمدتاً پلاستیکی تزریقی هستند. آجرهای LEGO نمونه کلاسیکی هستند- که با تحملهای فوقالعاده محکم (0.01± میلیمتر یا چیزی شبیه به آن) ساخته میشوند، بنابراین هر بار کاملاً با هم قرار میگیرند. فکر میکنم LEGO منحصراً از ABS استفاده میکند، و آنها از دهه 1940 یا 50 در حال انجام قالبگیری تزریقی بودهاند، بنابراین آنها این فرآیند را به طور کامل انجام دادهاند.
اکشن فیگورها، عروسکها، وسایل نقلیه اسباببازی-همه قالبگیریشده، معمولاً چند-یا مونتاژ چند قطعه قالبگیری شده. انتخاب مواد برای اسباب بازی ها توسط مقررات ایمنی محدود شده است. در ایالات متحده الزامات CPSIA وجود دارد، در اروپا استانداردهای ایمنی اسباب بازی EN 71 وجود دارد. برخی از نرم کننده ها و افزودنی ها برای محصولات کودکان ممنوع هستند، که برخی از گزینه های مواد را رد می کند.
تجهیزات ورزشی دارای قطعات قالب گیری زیادی نیز هستند. پوسته چکمه اسکی، قاب اسکیت درون خطی، اجزای دوچرخه، تجهیزات محافظ. الزامات مکانیکی ممکن است سخت باشد- چکمه های اسکی باید به اندازه کافی سفت باشند تا نیرو را به طور موثر منتقل کنند، اما آنقدر شکننده نباشند که در هوای سرد ترک بخورند. این معمولاً به معنای مواد پلی اورتان یا پلی آمید است و ضخامت دیواره سنگین می شود (3-6 میلی متر در برخی مناطق).
چیزی که با قالب گیری تزریقی کار نمی کند
قطعات بسیار بزرگ چالش برانگیز می شوند زیرا به ماشین های عظیم نیاز دارید و هزینه های ابزارسازی منفجر می شود. فاسیاهای سپر خودرو تقریباً در حد معقول هستند-که به ماشینهای نیروی گیره 1000+ تنی و قالبهایی که چندین تن وزن دارند نیاز دارند. سرمایه گذاری سرمایه برای آن تجهیزات میلیون ها دلار است بنابراین فقط تولید کنندگان بزرگ می توانند این کار را انجام دهند.
قطعات فوق العاده کوچک با تلرانس های تنگ نیز مشکل هستند. قطعات ریز قالبگیری شده پزشکی مانند اجزای کاتتر یا دستگاههای میکروسیال محدودیتهای ممکن را فراتر میبرند. شما با اندازههای گیت کمتر از 0.3 میلیمتر، ابعاد حفرهای که بر حسب دهم میلیمتر اندازهگیری میشوند و کنترل فرآیندی که به سیستمهای بازخورد فعال نیاز دارد، سر و کار دارید. نرخ رد میتواند حتی با قالبهای کامل بالا باشد، زیرا مقادیر ناچیز آلودگی یا تغییرات فرآیند باعث ایجاد مشکلاتی میشود.
قطعات با مقاطع بسیار ضخیم به دلیل زمان خنک شدن و علائم فرورفتگی به خوبی قالب نمیگیرند. هر چیزی بیش از 6-8 میلی متر ضخامت دیوار شروع به مشکل می کند. بیرون سرد و جامد می شود در حالی که داخل هنوز مذاب است و با سرد شدن مرکز منقبض می شود و سطح بیرونی را به سمت داخل می کشد و لکه ها یا حفره هایی ایجاد می کند. گاهی اوقات می توانید با فشار بسته بندی و زمان خنک شدن طولانی تر آن را جبران کنید، اما همیشه دعوا است. در صورت امکان بهتر است قسمت را با دنده یا بخش های توخالی دوباره طراحی کنید.
موادی که ترموپلاستیک نیستند اصلا کار نمی کنند. ترموستها مانند رزینهای اپوکسی یا فنولی به فرآیندهای مختلفی (قالبگیری فشرده یا قالبگیری انتقالی) نیاز دارند. بدیهی است که فلزات را نمیتوان قالبگیری تزریقی کرد، اگرچه قالبگیری تزریقی فلز (MIM) به عنوان یک فرآیند مرتبط برای فلزات پودری وجود دارد.

اقتصاد زمانی که شما در حال تلاش برای تصمیم گیری هستید
برای مقادیر کم (زیر 1000 قطعه) قالبگیری تزریقی معمولاً منطقی نیست مگر اینکه به خواص مواد خاص یا پرداختهای سطحی نیاز داشته باشید و از راههای دیگر نتوانید استفاده کنید. هزینه ابزار بر هزینه هر-قطع در حجم کم غالب است. یک قالب ساده نمونه اولیه ممکن است 3000 تا 5000 دلار باشد، اما شما این هزینه را روی تعداد کمی از قطعات پخش می کنید.
نقطه متقاطع که در آن قالبگیری تزریقی ارزانتر از سایر فرآیندها میشود به پیچیدگی و اندازه قطعه بستگی دارد، اما معمولاً بین 500 تا 2000 واحد است. در زیر آن، چاپ سه بعدی یا ماشینکاری CNC مقرون به صرفه تر است. بالاتر از آن، قالب گیری تزریقی برنده است.
من معمولاً به مردم میگویم که به این شکل فکر کنند: اگر ابزار 10000 دلار قیمت دارد و هر قطعه برای قالبگیری 0.50 دلار قیمت دارد، باید 20000 قطعه بسازید قبل از اینکه هزینه هر قطعه به زیر 1.00 دلار (10000/20 دلار،{10}} 0.50 دلار) برسد. اگر فقط به 1000 قطعه نیاز دارید، هزینه هر قطعه در واقع 10.50 دلار (10000 دلار،{20}} 0.50 دلار) است. که محاسبه را کاملاً تغییر می دهد.
حجم تولید در میلیونها جایی است که قالبگیری تزریقی واقعاً میدرخشد. هزینه هر قطعه میتواند به سطوح مسخره-مثل 0.10 دلار{6}}0.20 برای قطعات ساده کاهش یابد. هزینه ابزارآلات برای بسیاری از قطعات مستهلک می شود که به سختی اهمیتی دارد. به همین دلیل است که محصولات مصرفی یکبار مصرف تقریباً همه قالبهای تزریقی هستند - ریش تراشها، خودکارها، بطریها، ظروف، هر چیز دیگری. حاشیه ها زمانی کار می کنند که ساخت هر قسمت چند سکه هزینه داشته باشد.
کاربردهای بسیار بیشتر از آنچه در اینجا توضیح دادم وجود دارد (اجزای مبلمان، قطعات لوازم خانگی، لنزهای نوری، قطعات آلات موسیقی، احتمالاً صدها دسته دیگر) اما اینها صنایع اصلی هستند که من با آنها سروکار داشته ام. تطبیق پذیری این فرآیند همان چیزی است که آن را بسیار مسلط می کند-شما می توانید یک قطعه دقیق 1 گرمی یا یک پانل خودرویی 5 کیلوگرمی را اساساً با همان فناوری اساسی بسازید، فقط کوچک یا کم.
کاربردهای بسیار بیشتر از آنچه در اینجا توضیح دادم وجود دارد (اجزای مبلمان، قطعات لوازم خانگی، لنزهای نوری، قطعات آلات موسیقی، احتمالاً صدها دسته دیگر) اما اینها صنایع اصلی هستند که من با آنها سروکار داشته ام. تطبیق پذیری این فرآیند همان چیزی است که آن را بسیار مسلط می کند-شما می توانید یک قطعه دقیق 1 گرمی یا یک پانل خودرویی 5 کیلوگرمی را اساساً با همان فناوری اساسی بسازید، فقط کوچک یا کم.
اگر وارد این زمینه میشوید، زمانی را صرف درک نحوه طراحی صحیح قطعات قالبگیری تزریقی کنید زیرا استراتژی قالبگیری تزریقی خط جدایی بر همه چیز در پایین دست تأثیر میگذارد. بسیاری از مهندسان را دیدهام که بدون در نظر گرفتن مشخصات آرایشی قطعات قالبگیری تزریقی سفارش میدهند، سپس در صورت نیاز به تجدید نظر از هزینه قطعات قالبگیری تزریقی شکایت میکنند. عیوب متداول در قطعات قالبگیری تزریقی معمولاً به مشکلات طراحی{2}}نظیر مواردی مانند قالبگیری تزریقی قطعات ضخیم بدون کانالهای خنککننده مناسب یا تلاش برای قالبگیری تزریقی قطعات بزرگ بدون درک نحوه عملکرد جریان مواد در حفرههای بزرگتر بازمیگردد. تخصص مورد نیاز نیز بسیار متفاوت است: قطعات خودرو قالبگیری تزریقی پلاستیک به دانش متفاوتی نسبت به قالبگیری تزریقی برای قطعات هواپیمایی نیاز دارد، و فرآیندهای تخصصی مانند قطعات قالبگیری تزریق واکنش یا قطعات قالبگیری تزریق فلز مجموعههای مهارتی کاملاً متفاوتی هستند. حتی پس از{5}}مسائل پردازش- بازپخت قطعات پلاستیکی قالبگیری شده با تزریق میتواند تنشهای باقیمانده را که ماهها پس از تولید باعث مشکلات تابخوردگی میشود، کاهش دهد. این که آیا شما با یک پایه کار می کنیدقطعات قالب تزریقراه اندازی یا ارزیابی قطعات پلاستیکی تولید شده توسط عملیات قالب گیری تزریقی، درک اصول اولیه از اشتباهات گران قیمت در آینده جلوگیری می کند. این فناوری به جایی نمیرسد-قطعات قالبگیری تزریقی و قطعات قالبگیری تزریقی پلاستیک همچنان بر تولید تسلط خواهند داشت، زیرا هیچ چیز دیگری مانند آن در مقیاس نیست.














