דפוס הזרקה הוא תהליך ייצור הנמצא בשימוש נרחב לייצור פריטים מצעצועים ותכשיטים מפלסטיק ועד לפנלי גוף רכב, בקבוקי מים ומארזים לטלפונים סלולריים. פלסטיק נוזלי נאלץ לתבנית ומתרפא - זה נשמע פשוט, אך הוא תהליך מורכב. הנוזלים שמשתמשים בהם משתנים מזכוכית חמה למגוון פלסטיק - תרמוסטית ותרמופלסטית.
היסטוריה
מכונת ההזרקה הראשונה קיבלה פטנט בשנת 1872, וצלולואיד שימש לייצור פריטים יומיומיים פשוטים כמו מסרקי שיער.
מעט לאחר מלחמת העולם השנייה, פותח תהליך הזרקה משופר בהרבה - 'הזרקת בורג' והיא הטכניקה הנפוצה ביותר כיום. ממציאו, ג'יימס ווטסון הנדר, פיתח בהמשך 'דפוס מכה' המשמש למשל לייצור בקבוקי פלסטיק מודרניים.
סוגי פלסטיק
הפלסטיקה המשמשת לעיצוב הזרקה הם פולימרים - כימיקלים - תרמוסטיים או תרמופלסטיים. פלסטיקה תרמוטית מוגדרת על ידי יישום חום או באמצעות תגובה קטליטית. לאחר שנרפא, לא ניתן יהיה להמיר אותם מחדש ולהשתמש בהם מחדש - תהליך הריפוי הוא כימי ובלתי הפיך. עם זאת, ניתן לחמם, להמיס ולהשתמש מחדש בתרמופלסטים.
פלסטיק תרמוסטטי כולל אפוקסישרפים פוליאסטריים ופנולים, בעוד תרמוסטלים כוללים ניילון ופוליאתילן. יש כמעט עשרים אלף תרכובות פלסטיק זמינות ליציקת הזרקה, מה שאומר שיש פיתרון מושלם כמעט לכל דרישת יציקה.
זכוכית אינה פולימרית, ולכן היא אינה מתאימה להגדרה המקובלת של תרמופלסטיים - אם כי ניתן להמיס אותה ולמחזור אותה.
התבנית
ייצור תבניות היה מבחינה היסטורית מלאכה מיומנת מאוד ('עשייה למות'). עובש נמצא בדרך כלל בשני מכלולים עיקריים מהודקים זה לזה בבית בד. ביצוע עובש לרוב דורש תכנון מורכב, פעולות מרובות של מכונות ורמת מיומנות גבוהה.
הכלי הוא בדרך כלל נחושת מפלדה או בריליום המשמש לייצור עובש דורש טיפול בחום כדי להקשיח אותו. אלומיניום הוא זול יותר וקל יותר למכונה וניתן להשתמש בו לייצור קצר יותר. בימינו, טכניקות כרסום מבוקרות ושחיקת ניצוץ ('EDM') אפשרו דרגה גבוהה של אוטומציה של תהליך ייצור עובש.
חלק מהתבניות נועדו לייצר כמה חלקים קשורים - למשל ערכת מטוס מודל - ואלו ידועים כ תבניות משפחתיות. בעיצובי עובש אחרים עשויים להיות כמה עותקים ('רשמים') מאותו מאמר המיוצר ב"זריקה "אחת - כלומר הזרקה אחת של פלסטיק לתבנית.
כיצד עובדת הזרקה
ישנן שלוש יחידות עיקריות המרכיבות מכונת דפוס הזרקה - הופר הזנה, חבית התנור ואיל. הפלסטיק בקופסא הוא בצורת גרגירים או אבקות, אם כי חומרים מסוימים כמו גומי סיליקון עשויים להיות נוזלים ואולי לא מצריכים חימום.
ברגע שצורת נוזל חם, האיל ('בורג') מכריח את הנוזל לתבנית המהודקת והנוזל קובע. יותר פלסטיקה מותכת צמיגה דורשת לחצים גבוהים יותר (ועומסי לחץ גדולים יותר) בכדי להכריח את הפלסטיק לכל נקיק ופינה. הפלסטיק מתקרר כאשר עובש המתכת מוליך חום משם ואז מכבשים את האופניים כדי להסיר את הדפוס.
עם זאת, עבור פלסטיקה תרמוסטית, התבנית תתחמם לקביעת הפלסטיק.
יתרונות דפוס הזרקה
דפוס הזרקה מאפשר לייצר צורות מורכבות, חלקן עשויות להיות כמעט בלתי אפשריות לייצר כלכלית בכל דרך אחרת.
מגוון החומרים הרחב מאפשר התאמה כמעט מדויקת של התכונות הפיזיקליות הנדרשות על ידי המאמר, ו דפוס רב שכבתי מאפשר התאמה של תכונות מכניות ומראה חזותי אטרקטיבי - אפילו ב מברשת שיניים
בנפח זהו תהליך בעלות נמוכה, בעלת השפעה סביבתית מינימלית. בתהליך זה נוצר מעט גרוטאות, וגרוטאות המיוצרות ומועצבות מחדש ומשומשות מחדש.
חסרונות דפוס הזרקה
ההשקעה בכלי עבודה - ייצור התבנית - מחייבת בדרך כלל ייצור בנפח גבוה בכדי לשחזר את ההשקעה, אם כי זה תלוי במאמר המסוים.
הפקת כלי העבודה דורשת זמן פיתוח וחלקים מסוימים אינם יכולים להיעשות בעיצוב מעשי מעשי.
כלכלת הזרקה
תבנית איכותית, אם כי בעלות גבוהה יחסית, תוכל להתמודד עם מאות אלפי 'רשמים'.
הפלסטיק עצמו די יקר ולמרות האנרגיה הנדרשת לחימום הפלסטיק ומחזור ה לחץ (כדי להסיר כל הופעה) התהליך יכול להיות כלכלי אפילו עבור הפריטים הבסיסיים ביותר כמו בקבוק כובעים.
דפוס הזרקה זול הוביל בסופו של דבר חד פעמי - למשל סכיני גילוח ועטים.
עם פיתוח של כמה מאות תרכובות פלסטיק חדשות מדי שנה וטכניקות מודרניות לייצור עובש, דפוס ההזרקה בוודאי ימשיך להגדיל את השימוש במהלך חמישים השנים הבאות. למרות שלא ניתן למחזר פלסטיים תרמוסטיות, השימוש בהם, במיוחד לרכיבים ברמת דיוק גבוהה, אמור לגדול.