Оглядевшись, вы наверняка насчитаете вокруг себя не менее 10 предметов, в создании которых поучаствовала пластмасса. Пуговицы на одежде, стакан под кофе, упаковка из-под напитка, поздравительная открытка, компьютерные девайсы, предметы интерьера, журнальный столик, даже ваш мобильный телефон — все это создано при участии пластика.
Мы привыкли, что пластмассовые изделия окружают нас, и не замечаем этого. Но грядет такой скачок прогресса, что мы можем только порадоваться, что живем в век растущих технологий, и станем свидетелями дальнейшего развития пластиковой индустрии. Мы уже сегодня наблюдаем, как 3D принтеры набирают мощь и функциональность.
Способы производства пластика
Прежде чем рассказать о достижениях в пластиковой сфере, обратим внимание на базовые понятия, которые помогут понять, каким путем идет научное развитие, как устроено производство изделий из пластмассы.
Прессование пластмасс
Метод, проверенный временем. Заключается в применении большого давления на порцию полимера для придания ей требуемой формы через специальные пресс-формы. Используется для термопластичных и термоактивных материалов. Пресс-формы могут быть единичными или иметь сразу несколько штампов.
Существует прямое, компрессионное и литьевое прессование. Прессование проводят в прессах с подогреваемыми формами, основными стадиями которого являются: подготовка материала, дозировка, подогрев, загрузка в форму, прессование, выдержка и извлечение готового изделия.
Прессование можно представить следующим образом, материал находится в нагретой пресс-форме, расплавляется и под действием давления заполняет все формирующее пространство пресс-формы и выдерживается до отверждения. После чего форма раскрывается, а выталкиватель выталкивает изделие из формы.
Литье пластмасс
Наиболее широко распространено литье пластмасс под давлением. В данном процессе происходит нагрев полимерного материала в виде порошков или гранул до вязко-текучего состояния, и дальше под давлением впрыскивается через литниковые каналы в литьевую форму, затем происходит охлаждение формы и получается готовое изделие.
Методом литья под давлением производится больше трети всей производимой пластмассовой продукции. Процесс отличается высокой производительностью, поддается автоматизации и используется в массовом производстве.
Существуют разные методы литья пластмасс под давлением: инжекционный, интрузионный, инжекционно-прессовый.
Весь процесс проходит на литьевой машине, которая называется термопластавтомат.
Экструзия пластмасс
Экструзия представляет собой процесс нагрева пластических гранул до вязкого состояния и дальнейшего выдавливания или проталкивания этой вязкой массы через формирующее отверстие.
Таким образом изготавливают различные длинные, погонажные изделия – трубы, ленты, шланги, шнуры, плёнки, сайдинг, оболочки кабелей и многое другое.
Для осуществления экструзии используется специальное оборудование – экструдеры, они бывают одночервячные, многочервячные, поршневые и дисковые.
Экструзия может быть следующих видов: холодная, теплая и горячая.
Экструзия может быть дополнена функцией раздува – после прохождения узкого отверстия профиля нагретый пластик расширяется.
Вакуум пластмасс
Процесс заключается в разогреве листового полимера до эластичного состояния, и дальнейшего его формования, в котором под воздействием вакуума разогретый пластмассовый лист принимает форму оснастки, после чего производится его охлаждение.
Данный метод применяется для изготовления изделий небольшой высоты, так как процесс заключается в выдавливании форм из единого листа пластика. Хорошо подходит для изготовления пластиковых упаковок и посуды.
Конечный вид изделия зависит от схем штампа, формы и профилей, придающих бесформенной горячей пластмассе требуемые параметры и очертания.
Существуют и другие методы, например, виброформирование, вспенивание, прессионное формование, компрессионное формование, выдув, инкапсуляция, формование наслаиванием, термоформование и другие, но самые основные методы мы рассмотрели.
Виды пластиков
Основными видами пластмасс являются:
Термопласты – при нагреве расплавляются, а при охлаждении затвердевают и возвращаются в исходное состояние. Т.е. после затвердевания возможна их повторная переработка. Благодаря плотной цепочке молекул в застывшем состоянии пластик не отличается прочностью, но подлежит переработке в другие изделия.
Реактопласты – при нагреве происходят физические и химические изменения, и при охлаждении не восстанавливают своих исходных свойств. Структура макромолекул при нагреве и отверждении претерпевает такие изменения, при которых повторный переход в вязко-текущее состояние больше невозможно. Т.е. повторной обработке не поддаются. Они подлежат однократному размягчению и приданию формы. Готовое изделие растопить повторно невозможно.
Эластомеры — это полимеры, обладающие высокоэластичными свойствами и вязкостью. Упругий материал, который может растягиваться и возвращаться к исходным размерам при снятии нагрузки. Пластмасса состоит из широко расположенных молекул, что придает материалу сверхпластичность. Гибкость пластика в готовом виде неизменна при любых температурных воздействиях.
Оборудование
Формовку и производство изделий из пластмассы обеспечивает специализированное оборудование, как отдельные станки, так и целые технологические линии.
— Термопластавтоматы
Как уже было описано выше это станки, использующиеся для литья пластмасс под давлением. Осуществляется подача пластиковых гранул в специальный бункер, дальше происходит расплавление гранул в пластическую массу, перемешивание ее шнеком и дальше под давлением масса впрыскивается в литейную форму, после чего происходит охлаждение изделия и его извлечение.
— Экструдеры
Также уже было отмечено ранее, данный станок необходим для проведения экструзии пластмассы. Путем расплавления полимерных гранул, в станке осуществляется проталкивание данной расплавленной вязкой массы через формовочные отверстия. Данное оборудование представлено большой группой станков, с помощью которых получаются длинные изделия, яркими примерами которых являются шланги, трубы, пленки и т.д.
— Выдувные устройства
Данное оборудование применяется для производства полых емкостей с тонкими стенками. Применимы для тары под жидкости, канистры, бочки, бутылки различных размеров и объемов вплоть до 5 тыс. литров.
— Экструзионно-выдувные устройства
Станок объединяет технологии выдува и экструзии, что дает возможность изготовления более широкого модельного ряда изделий, таких как бамперы, игрушки, флаконы ит.д.
— Термоформовочные
Оборудование, которое позволяет изготавливать изделия из, непрерывно подаваемой, пластиковой пленки. Применяется для изготовления продуктовых одноразовых контейнеров, стаканов и т.д.
— Настольные станки для литья
Позволяют осуществить частное литье изделий из пластмассы в небольших количествах.
— 3d-принтеры
Изготавливают любые пластиковые изделия по заготовленным 3d-моделям и графическим чертежам.
Проектирование изделий из пластмасс
Для создания изделия из пластика необходима эскизная продумка ее концепции и конечно же разработка ее 3d-модели. Такая разработка концепции и построения 3d-модели, осуществляемая дизайнерами происходит в полном согласовании с инженерами, знающими технологический процесс изготовления изделий из пластика.
Несмотря на то, что современные графические программы обладают огромными возможностями, для разработки изделий необходимы знания инженерии, познания в сопромате и физике.
После тщательной проработки изделия как дизайнерами, так и инженерами, их приходу к общему знаменателю, а именно получения модели, отличающейся дизайнерскими элементами, и в тоже время отвечающей требованиям инженеров, таких как надежность изделия, технологичность, экономичность изготовления и т.д., наступает этап разработки конструкторской документации изделия.
Но уже на этом этапе, используя данную трехмерную модель можно выполнить ее печать на 3d-принтере, в качестве прототипирования будущего массового изделия или в качестве получения уже готового продукта небольшой серии.
Разработка 3d-модели это очень важный этап, так как именно здесь закладываются все элементы, которые представляют ценность для конечного потребителя. От качества выполнения этого этапа напрямую зависит успех изделия на рынке.
Технологическая подготовка производства
Для изготовления изделия в промышленном масштабе не достаточно одного чертежа изделия. Согласно данной конструкторской документации проектируется технологический процесс обработки изделия, проектируется необходимая оснастка, пресс-формы, литейные формы и т.д., а также осуществляются и многие другие виды работ для технологической подготовки производства к выпуску изделия.
Проектирование пресс-формы осуществляется на основе 3d-модели будущей детали. Процесс довольно сложный, поэтому к проектированию такого изделия, как форма допускаются только высококвалифицированные специалисты, глубоко знающие процесс обработки пластмасс на различном оборудовании и имеющие опыт разработки подобных форм. Выходной документацией являются чертежи технологической оснастки (пресс-форм, литейных форм и т.д.).
Заключение
Изделия из пластика имеют широчайшее применение, развитие технологии открывает еще большие горизонты. При создании действительно полезных и красивых изделий из пластика важным является отличная реализация их в 3d-модели. Тщательно проработанные детали изделия, продуманный дизайн, удобство и функциональность определяют его дальнейший успех на рынке.
В тоже время, как создание 3d-моделей изделий, так и проектирование пресс-форм требует специализированных навыков. Сложнейший инженерный процесс должен проводится с особым вниманием к деталям, чтобы на выходе не получить испорченную пластиковую массу.
