Formsprutning är en tillverkningsprocess som ofta används för att tillverka föremål från leksaker och plastskor till bilkarosser, vattenflaskor och fodral för mobiltelefoner. En flytande plast tvingas in i en form och härdar - det låter enkelt, men är en komplex process. De använda vätskorna varierar från hett glas till en mängd olika plast - termohärdande och termoplast.
Historia
Den första formsprutningsmaskinen patenterades 1872, och celluloid användes för att producera enkla vardagsföremål som hårkammar.
Strax efter andra världskriget utvecklades en mycket förbättrad formsprutningsprocess - "skruvinsprutning" och är den mest använda tekniken idag. Dess uppfinnare, James Watson Hendry, utvecklade senare "blow molding" som används till exempel för att producera moderna plastflaskor.
Typer av plast
Plasten som används vid formsprutning är polymerer - kemikalier - antingen härdbara eller termoplastiska. Termohärdande plaster ställs in genom applicering av värme eller genom en katalytisk reaktion. När de härdats kan de inte smälts om och användas igen - härdningsprocessen är kemisk och irreversibel. Termoplast kan emellertid värmas, smälts och återanvändas.
Termohärdande plast inkluderar epoxipolyester- och fenolhartser, medan termoplast innefattar nylon och polyeten. Det finns nästan tjugo tusen plastföreningar tillgängliga för formsprutning, vilket innebär att det finns en perfekt lösning för nästan alla formkrav.
Glas är inte en polymer, och det passar därför inte den accepterade definitionen av termoplast - även om det kan smältas och återvinnas.
Möglet
Tillverkning av mögel har historiskt varit ett mycket skickligt hantverk ('die-making'). En form är vanligtvis i två huvudenheter fastspända i en press. Att göra en form kräver ofta komplex design, flera maskindrift och hög kompetens.
Verktyget är vanligtvis stål eller berylliumkoppar som används för gjutning av mögel kräver värmebehandling för att härda det. Aluminium är billigare och lättare att bearbeta och kan användas för kortare produktion. Numera har datorstyrd fräsning och gnist erosion ('EDM') tekniker möjliggjort en hög grad av automatiseringen av processen för tillverkning av mögel.
Vissa formar är utformade för att producera flera relaterade delar - till exempel ett modellflygsats - och dessa kallas familjeformar. Andra formkonstruktioner kan ha flera kopior ('intryck') av samma artikel som produceras i ett 'skott' - det vill säga en injektion av plast i formen.
Hur formsprutning fungerar
Det finns tre huvudenheter som utgör en formsprutningsmaskin - matningstratten, värmepatronen och stammen. Plasten i tratten är i granulär form eller pulverform, även om vissa material såsom silikongummi kan vara en vätska och kanske inte kräver uppvärmning.
När den är i varm vätskeform, tvingar stammen ('skruven') vätskan i den tätt fastspända formen och vätskan sätts. Mer viskös smält plast kräver högre tryck (och högre pressbelastningar) för att tvinga plasten i varje spricka och hörn. Plasten svalnar när metallformen leder värme bort och sedan cyklas pressen för att ta bort gjutningen.
För värmehärdande plaster värms emellertid formen för att ställa in plasten.
Fördelar med formsprutning
Formsprutning möjliggör tillverkning av komplexa former, av vilka några kan vara nära omöjliga att producera ekonomiskt på något annat sätt.
Det stora materialutbudet möjliggör nästan exakt matchning av de fysiska egenskaperna som krävs av artikeln, och gjutning i flera lager gör det möjligt att skräddarsy mekaniska egenskaper och ett attraktivt visuellt utseende - även i en tandborste
I volym är det en låg kostnadsprocess, utan tvekan med minimal miljöpåverkan. Det finns lite skrot som skapas i denna process, och skrot som produceras och återmales och återanvänds.
Nackdelar med formsprutning
Investeringen i verktyg - tillverkning av formen - kräver vanligtvis hög volymproduktion för att återvinna investeringen, även om detta beror på den specifika artikeln.
Att producera verktyget tar utvecklingstid och vissa delar lämpar sig inte enkelt för en praktisk formkonstruktion.
Injiceringsformningens ekonomi
En högkvalitativ form, även om den är relativt hög, kommer att kunna visa hundratusentals "intryck".
Plasten i sig är ganska billig och trots energin som krävs för att värma plasten och cykla tryck på (för att ta bort varje intryck), processen kan vara ekonomisk för även de mest grundläggande artiklar som flaska mössor.
Billig formsprutning har lett till slut disponibilitet - till exempel rakknivar och kulspetspennor.
Med flera hundra nya plastföreningar som utvecklas varje år och modern teknik för gjutning av formar, är det säkert att formsprutningen kommer att fortsätta öka i användning under de kommande femtio åren. Även om värmehärdande plaster inte kan återvinnas, kommer deras användning, särskilt för komponenter med hög precision, också att växa.