wtrysk

Formowanie wtryskowe (potocznie: wtrysk, ang. injection moulding) to cykliczna metoda przetwórstwa tworzyw, w której uplastycznione tworzywo jest wprowadzane pod ciśnieniem do zamkniętej formy, a po ochłodzeniu lub utwardzeniu tworzy wypraskę. W typowym ujęciu proces dotyczy przede wszystkim tworzyw termoplastycznych przetwarzanych na wtryskarkach, choć w praktyce przemysłowej występują także odmiany procesu dla innych materiałów, np. ciekłego silikonu LSR.

Podstawowym urządzeniem procesu jest wtryskarka. Typowa maszyna obejmuje układ wtryskiwania z lejem zasypowym, cylindrem oraz ślimakiem lub tłokiem, układ zamykania i otwierania formy, układ napędowy, sterowanie oraz układy chłodzenia. Możliwości wtryskarki określa się m.in. przez objętość wtrysku, przestrzeń dostępną na formę i siłę zamykania.

Przebieg procesu

W uproszczonym cyklu formowania wtryskowego można wyróżnić następujące etapy:

• zamknięcie i zaryglowanie formy – układ zamykania utrzymuje połówki formy razem podczas napełniania, docisku i chłodzenia;
• uplastycznianie – granulat jest podawany do cylindra, gdzie pod wpływem ogrzewania oraz pracy ślimaka tworzywo przechodzi w stan plastyczny;
• wtrysk – ślimak lub tłok przemieszcza uplastycznione tworzywo do gniazda formującego przez układ wlewowy lub gorącokanałowy;
• docisk – po wypełnieniu gniazda utrzymywane jest ciśnienie, aby kompensować skurcz tworzywa i zapewnić prawidłowe odwzorowanie kształtu;
• chłodzenie lub zestalenie – wypraska uzyskuje wystarczającą sztywność do wyjęcia z formy; w tym czasie zwykle przygotowywana jest kolejna porcja tworzywa;
• otwarcie formy i wyrzut wypraski – układ wyrzutnikowy usuwa gotowy detal z gniazda.

Parametry i jakość wyprasek

Na przebieg wtrysku oraz jakość detali wpływają zarówno parametry maszyny, jak i konstrukcja formy oraz właściwości przetwarzanego materiału. Do kluczowych czynników należą m.in. temperatura uplastyczniania, temperatura formy, prędkość i ciśnienie wtrysku, czas oraz poziom docisku, położenie punktu wtrysku, geometria układu wlewowego, chłodzenie formy, a także wilgotność granulatu. Niewłaściwe dobranie tych czynników może prowadzić do wad powierzchniowych, paczenia, nadmiernego skurczu, nalotów na formie lub problemów z wypełnieniem gniazda.

W przypadku tworzyw konstrukcyjnych i kompozytów, np. termoplastów wzmacnianych włóknem szklanym, szczególne znaczenie mają lepkość stopu, opory przepływu, lokalizacja przewężek oraz rozkład temperatury w gnieździe formującym. Badania symulacyjne opisane dla PBT i PA 6.6 z wysoką zawartością włókien szklanych pokazują, że optymalne warunki mogą istotnie zależeć od rodzaju osnowy polimerowej: jeden materiał może korzystnie reagować na wysoką prędkość wtryskiwania, podczas gdy w innym może ona pogarszać jakość powierzchni i zwiększać odkształcenia.

Materiały i zastosowania

Formowanie wtryskowe jest jedną z podstawowych technologii produkcji seryjnej detali z tworzyw. Stosuje się je m.in. do wyrobów z polipropylenu, polietylenu, ABS, poliamidów, PBT, POM, poliwęglanu, polistyrenu i wielu tworzyw modyfikowanych. Przykładami zastosowań są elementy opakowaniowe, preformy PET, zamknięcia, części techniczne, detale motoryzacyjne, komponenty AGD, obudowy urządzeń, zabawki, doniczki, skrzynki oraz mikrowypraski.

Technologia jest szczególnie przydatna tam, gdzie wymagane są powtarzalność wymiarowa, krótki czas cyklu, możliwość automatyzacji i produkcja dużej liczby identycznych detali. W aplikacjach opakowaniowych stosuje się m.in. szybkie wtryskiwanie cienkościenne, formowanie preform PET oraz połączenie wtrysku z etykietowaniem w formie IML.

Odmiany procesu

Oprócz klasycznego formowania wtryskowego stosuje się liczne odmiany technologii, m.in.:

• wtrysk wielokomponentowy – umożliwia łączenie różnych materiałów lub kolorów w jednym zautomatyzowanym procesie, co pozwala uzyskiwać detale o złożonej funkcji lub wzornictwie;
• formowanie wtryskowo-kompresyjne – wykorzystywane m.in. w cienkościennych opakowaniach; może obniżać wymagane ciśnienie wtrysku, siłę zwarcia, zużycie materiału i energii;
• wtrysk z etykietowaniem w formie (IML) – etykieta jest umieszczana w formie i łączona z wypraską podczas procesu;
• wtrysk spienionych tworzyw – do stopionego polimeru wprowadza się środek spieniający, a obniżenie ciśnienia w formie powoduje ekspansję gazu i powstanie struktury komórkowej; pozwala to zmniejszyć masę wyrobu i zużycie surowca;
• wtrysk mikrod detali i LSR – stosowany do bardzo małych elementów oraz wyrobów z ciekłego silikonu.

Rozwój technologii

Nowoczesne gniazda produkcyjne formowania wtryskowego coraz częściej łączą wtryskarkę z robotami, czujnikami w formie, systemami termoregulacji, gorącymi kanałami, kontrolą jakości oraz analizą danych procesowych. Rozwijane są rozwiązania energooszczędne, w pełni elektryczne i hybrydowe, a także systemy stabilizujące proces przy przetwarzaniu recyklatów. W takich układach dane z maszyny, formy i urządzeń peryferyjnych mogą być rejestrowane dla każdego cyklu i wykorzystywane do przewidywania wad oraz korekty parametrów procesu.