تزریق پلاستیک چیست و چه کاربردهایی دارد؟ از چه موادی برای تزریق پلاستیک استفاده می شود؟ درآمد دستگاه های تزریق پلاستیک چقدر است؟ اگر شما هم در مورد مبحث تزریق پلاستیک کنجکاو هستید و این پرسش ها ذهنتان را درگیر کرده است، حتما تا انتهای این مقاله از پنادپلاستیک ( بزرگترین تولیدکننده بشکه پلاستیکی در ایران) همراه باشید.
به طور کلی فرآیند تزریق پلاستیک یکی از پرکاربردترین روش‌ها در تولید قطعات پلاستیکی با دقت بالا و در تیراژ بالا است. این فناوری در صنایع مختلف از خودروسازی تا لوازم خانگی و پزشکی نقش حیاتی دارد. در این مقاله با صفر تا صد فرآیند تزریق پلاستیک، کاربردها، مزایا، معایب و نکات کلیدی که باید درباره آن بدانیم، آشنا خواهیم شد.
به زبان ساده تزریق پلاستیک (به انگلیسی: Plastic Injection) روشی برای تولید قطعات پلاستیکی است که در آن پلاستیک ذوب‌شده به داخل قالب دستگاه تزریق می‌شود تا پس از سرد شدن، شکل دلخواه را بگیرد. این روش سریع، دقیق و مناسب برای تولید انبوه قطعات با جزئیات بالا است.
تزریق پلاستیک با استفاده از دستگاه هایی که برای همین کار ساخته شده اند، انجام می شود. دستگاه هایی که برخی از آنها صنعتی هستند و در کارخانه ها مورد استفاده قرار می گیرند و برخی دیگر نیز در ابعاد کوچک تر برای کارگاه های خانگی یا تولیدی کوچک، عرضه می شوند.
با ریختن مواد اولیه پلاستیک درون مخزن ذوب، فرایند تزریق با استفاده از دستگاه های مربوط، انجام خواهد شد.
دستگاه تزریق پلاستیک، اصلی‌ترین ابزار فرآیند تزریق پلاستیک است که از سه بخش اصلی شامل
تشکیل شده است.
نحوه کار دستگاه های تزریق پلاستیک بدین ترتیب است که، مواد پلاستیکی را ذوب می کند و آنها را تحت فشار و گرما به درون قالب میفرستد. پس از سرد شدن، می توان قطعه نهایی را از دستگاه خارج کرد. توان و ابعاد این دستگاه ها بسته به نوع قطعه تولیدی، متفاوت است.
فرآیند تزریق پلاستیک شامل چند مرحله اصلی است که به ترتیب و با دقت بالا انجام می‌شود تا یک قطعه پلاستیکی با کیفیت تولید گردد.
به صورت خلاصه، فرآیند تزریق پلاستیک به ترتیب زیر است:
که در ادامه به صورت مفصل تر به بررسی این مراحل می‌پردازیم:
در این مرحله، مواد پلاستیکی خام (که به صورت گرانول هستند) انتخاب و برای تزریق آماده می‌شوند. این مواد می‌توانند ترموپلاستیک‌ها یا مواد خاص دیگری باشند که بر اساس ویژگی‌های مورد نیاز قطعه انتخاب می‌شوند. گاهی لازم است این گرانول‌ها پیش از ورود به دستگاه خشک شوند تا رطوبت آنها از بین برود و از ایجاد حباب یا نقص در قطعه جلوگیری شود.
پس از ورود گرانول‌ها به قیف دستگاه، آنها به داخل سیلندر تزریق هدایت می‌شوند. در این قسمت، المنت‌های حرارتی و مارپیچ چرخان (پیچ حلزونی یا اسکرو) باعث ذوب شدن مواد پلاستیکی و ترکیب یکنواخت آنها می‌شوند. دمای دقیق این مرحله نقش مهمی در کیفیت نهایی قطعه دارد، زیرا دمای بیش‌ازحد یا کمتر از حد استاندارد می‌تواند باعث نقص در قالب‌گیری شود.
در این مرحله، مواد ذوب‌شده با فشار زیاد از طریق نازل دستگاه به داخل قالب تزریق می‌شوند. این مرحله باید با دقت بالا انجام شود تا تمام فضای قالب به‌درستی پر شود. مدت زمان تزریق و فشار واردشده به مواد پارامترهایی هستند که بر پایه نوع ماده و طراحی قالب تعیین می‌شوند.
پس از پر شدن قالب، یک فشار اضافی برای مدت کوتاهی به مواد داخل قالب وارد می‌شود تا از جمع‌شدگی یا خالی ماندن بخش‌هایی از قطعه جلوگیری شود. این مرحله که به آن “نگهداری فشار” گفته می‌شود، کمک می‌کند تا قطعه شکل دقیق‌تری به خود بگیرد و سطح آن صاف و بدون عیب باشد.
در این مرحله، مواد پلاستیکی داخل قالب شروع به سرد شدن و سفت شدن می‌کنند. قالب‌ها معمولاً دارای کانال‌های خنک‌کننده هستند که از آب یا روغن برای انتقال حرارت و کاهش دما استفاده می‌کنند. زمان خنک‌کاری به نوع ماده، ضخامت قطعه و طراحی قالب بستگی دارد و بخش بزرگی از زمان کل چرخه را تشکیل می‌دهد.
پس از اطمینان از سرد شدن کامل قطعه، قالب باز می‌شود و قطعه با استفاده از پین‌های پران (ejector pins) از قالب خارج می‌شود. این مرحله باید با دقت انجام شود تا قطعه آسیب نبیند. در برخی موارد، از بازوهای رباتیک برای خارج کردن قطعه استفاده می‌شود، به‌خصوص زمانی که دقت و سرعت بالا مورد نیاز است.
در انتهای فرآیند، قطعه خارج‌شده از قالب بررسی می‌شود تا از نظر کیفیت، ابعاد، و نبود نقص‌هایی مانند ترک، خراش یا جای جوش مورد تایید قرار گیرد. در صورت نیاز، عملیات تکمیلی مانند برش زائده‌ها، پرداخت سطح یا مونتاژ نیز روی قطعه انجام می‌گیرد.
بدین ترتیب، محصول دلخواه، با استفاده از تزریق پلاستیک خارج خواهد شد و اکنون آماده استفاده است. اما گاها قطعه های تولید شده، بخشی از یک محصول هستند که قرار است در کنار دیگر قطعات آن محصول را کامل کنند.
مثلا ممکن است درب بشکه پلاستیکی به صورت جدا از بشکه های پلاستیکی تولید شود و در مرحله تکمیل، سرهم شود.
پس می‌توان نتیجه گرفت که فرایند تزریق پلاستیک، کمک شایانی به تسریع در فرایند تولید محصولات مختلف خواهد کرد. همه محصولاتی که با پلیمرها ساخته می شوند، به نوعی از این فرایند کمک می‌گیرند.
یکی از عوامل کلیدی در کیفیت و کاربرد قطعات تولید شده با تزریق پلاستیک، نوع ماده پلیمری است که در این فرایند به کار گرفته می‌شود. انتخاب ماده اولیه به عواملی مثل خواص مکانیکی، مقاومت حرارتی، ظاهر نهایی، هزینه تولید و کاربرد نهایی قطعه بستگی دارد.
به طور خلاصه، انواع مواد اولیه تزریق پلاستیک عبارتند از:
که در ادامه با هر کدام از این مواد اولیه به صورت مفصل تر آشنا خواهیم شد:
پلی پروپیلن یکی از پرکاربردترین ترموپلاستیک‌ها در تزریق پلاستیک است که به‌دلیل قیمت مناسب، مقاومت شیمیایی بالا، وزن کم و انعطاف‌پذیری، در طیف وسیعی از محصولات استفاده می‌شود. از ظروف آشپزخانه و بسته‌بندی دارویی گرفته تا قطعات داخلی خودرو و لوازم برقی، همگی می‌توانند از PP ساخته شوند. این پلیمر همچنین مقاومت خوبی در برابر رطوبت و حلال‌ها دارد و به‌راحتی قابل بازیافت است، اما مقاومت حرارتی و ضربه‌پذیری آن نسبت به برخی پلیمرهای مهندسی پایین‌تر است.
پلی اتیلن، به‌ویژه در دو نوع پلی اتیلن سنگین (HDPE) و کم‌چگالی (LDPE)، یکی دیگر از مواد محبوب در تزریق پلاستیک است. این ماده مقاومت شیمیایی بسیار خوبی دارد، نرم و قابل انعطاف است و در برابر ضربه و ترک خوردن مقاوم می‌باشد. PE در تولید بطری‌ها، اسباب‌بازی‌ها، لوله‌ها و بسته‌بندی‌های صنعتی کاربرد دارد. یکی از نقاط قوت پلی اتیلن، فرآیندپذیری آسان آن در دستگاه‌های تزریق است، اما به‌دلیل نقطه ذوب پایین‌تر، در کاربردهای دمای بالا محدودیت دارد.
پلی استایرن ماده‌ای شفاف، شکننده و سخت است که به دلیل قیمت پایین و شکل‌پذیری آسان، در تولید قطعات مصرفی، بدنه‌های دستگاه‌ها و بسته‌بندی‌ها کاربرد دارد. این ماده در دو نوع اصلی GPPS (پلی استایرن معمولی) و HIPS (پلی استایرن مقاوم به ضربه) عرضه می‌شود. اگرچه پلی استایرن در برابر رطوبت و مواد شیمیایی مقاومت زیادی ندارد، اما برای قطعات غیرمهندسی با نیاز به ظاهر صاف و صیقلی انتخابی مناسب است.
ABS یک پلیمر مهندسی و بسیار محبوب در صنایع الکترونیک، خودروسازی و اسباب‌بازی‌سازی (مثل لگو) است. این ماده ترکیبی از سختی، مقاومت ضربه‌ای و خواص مکانیکی مطلوب را ارائه می‌دهد. ABS به‌راحتی در قالب تزریق شکل می‌گیرد و سطح نهایی آن بسیار خوب پرداخت می‌شود. همچنین این ماده قابلیت آبکاری و رنگ‌پذیری بالایی دارد، اما در برابر اشعه UV و برخی مواد شیمیایی خورنده مقاومت کمتری دارد.
پلی کربنات ماده‌ای شفاف، بسیار مقاوم به ضربه و دارای استحکام بالا است که در کاربردهایی با نیاز به شفافیت نوری و مقاومت بالا مانند لنز چراغ خودرو، عینک ایمنی، شیشه‌های نشکن و تجهیزات پزشکی استفاده می‌شود. این ماده در برابر حرارت و شعله نیز مقاوم است و اغلب در صنایع حساس مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این حال، پلی کربنات نسبتاً گران است و در برابر خراشیدگی ممکن است آسیب‌پذیر باشد.
نایلون یا پلی آمید، یک ماده مهندسی با خواص مکانیکی عالی است که برای تولید قطعات صنعتی مانند چرخ‌دنده‌ها، بوش‌ها و قطعات تحت فشار استفاده می‌شود. این ماده مقاومت بالایی در برابر سایش، حرارت و روغن‌ها دارد. نایلون در قالب تزریق عملکرد خوبی دارد، اما به رطوبت حساس است و در محیط‌های مرطوب ممکن است خواص مکانیکی‌اش تغییر کند، به همین دلیل اغلب پیش از تزریق خشک می‌شود.
پلی اتیلن ترفتالات یا PET، معمولاً به عنوان ماده‌ای برای بطری‌های نوشیدنی و بسته‌بندی مواد غذایی شناخته می‌شود، اما در فرم‌های تقویت‌شده نیز در قطعات مهندسی مورد استفاده قرار می‌گیرد. PET دارای شفافیت بالا، مقاومت در برابر مواد شیمیایی، و پایداری ابعادی خوبی است. این ماده هم در قالب‌گیری تزریقی و هم در قالب‌گیری بادی کاربرد دارد و برای محصولاتی که نیاز به ظاهر زیبا و ساختار مقاوم دارند بسیار مناسب است.
تصمیم گیری در مورد نوع پلیمر بسته به نوع محصول، کیفیت مورد انتظار و قیمت نهایی خواهد داشت. مثلا برای تولید بشکه پلاستیکی 220 لیتری، نمی توان از نایلون استفاده کرد و برای این محصولات باید حتما از پلی اتیلن سنگین استفاده شود.
تزریق پلاستیک در صنایع مختفی از جمله بسته بندی، دارویی، پزشکی، خودروسازی، لوازم خانگی، صنایع الکترونیک و غذایی کاربرد دارد. به دلیل انعطاف پذیری بالا، سرعت تولید و همچنین توانایی ساخت دقیق قطعات با هزینه پایین، کاربرد آن به صورت روزافزون در حال گسترش است.
در ادامه کاربردهای تزریق پلاستیک در صنایع را به صورت گسترده تر بیان خواهیم کرد:
این گستردگی کاربرد نشان‌دهنده انعطاف بالای این فناوری در تولید محصولات متنوع و سفارشی‌سازی شده است.
تزریق پلاستیک دارای مزایا و معایب خاص خودش است. این روش، همانند هر روشی دیگر آنچنان بی عیب نیست، اما برخی صنایع به خاطر ویژگی های متمایز آن، سعی می کنند از محدودیت ها و معایب آن چشم پوشی کنند.
در ادامه و در وهله اول، مزایای تزریق پلاستیک را بیان خواهیم کرد:
اما معایب تزریق پلاستیک عبارتند از:
قیمت نهایی تزریق پلاستیک به مجموعه‌ای از عوامل فنی و اقتصادی وابسته است. مهم‌ترین عامل، هزینه ساخت قالب است که بسته به پیچیدگی طراحی، تعداد حفره‌ها، نوع فولاد مورد استفاده، و طول عمر قالب می‌تواند از چند میلیون تا صدها میلیون تومان متغیر باشد. جنس ماده اولیه نیز تأثیر قابل توجهی دارد؛ پلیمرهای مهندسی گران‌تر از پلاستیک‌های عمومی هستند. همچنین وزن قطعه و حجم مواد مصرفی در هر چرخه تولید، مستقیماً با هزینه تمام‌شده رابطه دارند.
زمان چرخه تولید نیز یکی دیگر از عوامل مهم است. قطعاتی که به زمان خنک‌کاری طولانی نیاز دارند یا در خروج از قالب دچار مشکل می‌شوند، باعث کاهش سرعت تولید می‌شوند و در نتیجه هزینه بالاتر می‌رود. تیراژ تولید تأثیر معکوس دارد؛ هرچه تعداد قطعات بیشتر باشد، هزینه قالب‌سازی سرشکن شده و قیمت هر قطعه کاهش می‌یابد. در نهایت، نیروی انسانی، موقعیت جغرافیایی کارگاه، برند دستگاه، خدمات پس از تولید و عملیات تکمیلی مانند برش یا مونتاژ نیز همگی در تعیین قیمت نهایی مؤثرند.
تزریق پلاستیک تنها یکی از روش‌های تولید قطعات پلیمری است، اما مزایای خاصی نسبت به روش‌های دیگر دارد. برای مثال، در قالب‌گیری بادی (Blow Molding) از فشار هوا برای شکل‌دهی بطری‌ها و ظروف توخالی استفاده می‌شود که برای تولید دیواره نازک مناسب‌تر است ولی دقت ابعادی پایین‌تری نسبت به تزریق پلاستیک دارد. روش قالب‌گیری دورانی (Rotational Molding) برای قطعات بزرگ مانند مخازن استفاده می‌شود، اما سرعت پایین‌تر و مصرف انرژی بیشتری دارد.
در مقابل، قالب‌گیری فشاری (Compression Molding) بیشتر در تولید قطعات بزرگ‌تر با مواد ترموست کاربرد دارد. این روش به قالب‌های سنگین‌تری نیاز دارد و فرآیند زمان‌برتری دارد. همچنین پرینت سه‌بعدی (Additive Manufacturing) برای تولید نمونه‌های اولیه و تیراژ پایین مناسب است، اما در مقایسه با تزریق پلاستیک، هزینه بالاتر و محدودیت در جنس ماده دارد.
در یک جمله، تزریق پلاستیک بهترین گزینه برای تولید انبوه قطعات دقیق با هزینه پایین و سرعت بالا است، در حالی که سایر روش‌ها ممکن است برای کاربردهای خاص یا قطعات بزرگ‌تر و دقیق تر انتخاب شوند. مثلا برای تولید بشکه پلاستیکی گرید فلزی، از روش های قالب گیری بادی یا دمشی استفاده می شود، چون حساسیت این محصولات، نسبت به برخی دیگر از محصولاتی همچون بطری های پلاستیکی بسیار بیشتر است و باید فرایند تولید آن با دقت بیشتری انجام شود.
طراحی قالب تزریق پلاستیک یکی از مهم‌ترین مراحل تولید است که مستقیماً بر کیفیت قطعه نهایی، هزینه تولید و عمر قالب تأثیر می‌گذارد.
اولین نکته در طراحی، درک کامل از عملکرد قطعه نهایی است؛ اینکه قطعه تحت چه فشاری قرار می‌گیرد، چقدر باید دقیق باشد و چه خواصی نیاز دارد. بر این اساس، شکل هندسی، ضخامت دیواره، زوایای خروجی (draft angles) و محل قرارگیری درز قالب (parting line) مشخص می‌شود.
یکی دیگر از نکات مهم، طراحی سیستم خنک‌کاری مؤثر در قالب است. اگر قطعه به‌درستی خنک نشود، دچار تاب‌برداشتگی یا ترک می‌شود. همچنین، مکان پین‌های پران (Ejector Pins) باید به‌گونه‌ای انتخاب شود که قطعه هنگام خارج شدن از قالب آسیب نبیند. انتخاب نوع دروازه تزریق (Gate) نیز اهمیت دارد؛ برای مثال در قطعات دقیق، از دروازه‌های مخفی استفاده می‌شود تا اثر ظاهری باقی نماند.
در قالب‌های چند حفره‌ای، بالانس جریان ماده مذاب باید بررسی شود تا تمام حفره‌ها به یک میزان پر شوند. استفاده از نرم‌افزارهای تحلیل جریان مانند Moldflow در طراحی قالب‌های پیشرفته توصیه می‌شود. در نهایت، قالب باید طوری طراحی شود که نگهداری، تعمیر و تمیزکاری آن آسان باشد تا طول عمر بیشتری داشته باشد.
همانطور که در این مقاله با هم بررسی کردیم، تزریق پلاستیک یک روش صنعتی پیشرفته و بهینه برای تولید قطعات پلاستیکی در ابعاد، اشکال و کاربردهای متنوع است. این فرآیند نه‌تنها در صنایع بزرگ مانند خودروسازی، پزشکی، الکترونیک و بسته‌بندی کاربرد دارد، بلکه با استفاده از مواد پلیمری مختلف و قالب‌گیری دقیق، امکان تولید محصولات سفارشی با کیفیت بالا را فراهم می‌کند.
مزایای مهمی چون تولید انبوه، هزینه پایین در تیراژ بالا، دقت بالا، و ضایعات کم، آن را به انتخاب اول بسیاری از تولیدکنندگان تبدیل کرده‌اند. البته مانند هر فناوری دیگری، معایبی نیز دارد که با طراحی درست قالب، انتخاب مناسب مواد و تنظیمات دقیق دستگاه می‌توان آنها را به حداقل رساند.
اگر در فکر ورود به صنعت تزریق پلاستیک هستید، درک اصول فرآیند، شناخت مواد و آشنایی با ساخت قالب از الزامات مهم در این زمینه به شمار می‌رود.
سوالات متداول (FAQ)
تزریق پلاستیک چیست؟
تزریق پلاستیک روشی صنعتی برای تولید قطعات پلاستیکی با تزریق مواد مذاب به داخل قالب و شکل‌گیری قطعه پس از خنک شدن است.
مواد اولیه برای تزریق پلاستیک کدامند؟
مواد اولیه شامل پلیمرهایی مانند پلی‌پروپیلن، پلی‌اتیلن، ABS، پلی‌کربنات و نایلون هستند که بسته به نوع کاربرد انتخاب می‌شوند.
مراحل تزریق پلاستیک چیست؟
این فرآیند شامل بسته شدن قالب، تزریق ماده، نگه‌داشت فشار، خنک‌کاری و در نهایت بیرون آوردن قطعه از قالب است.
