Formowanie wtryskowe - Wtryskiwanie – Definicja, Materiały, Etapy, Techniki

Czym jest formowanie wtryskowe?

Formowanie wtryskowe zwane też wtryskiwaniem to technika przetwórstwa tworzyw sztucznych, która pozwala na masową produkcję złożonych, precyzyjnie wymodelowanych komponentów z różnorodnych materiałów polimerowych. Proces ten polega na wtryskiwaniu pod ciśnieniem stopionego tworzywa sztucznego do metalowej formy wtryskowej, która jest chłodzona tak, aby tworzywo szybko stężało, zachowując pożądany kształt.

Dzięki wysokiej efektywności i zdolności do szybkiej produkcji skomplikowanych kształtów formowanie wtryskowe znajduje zastosowanie w wielu branżach, w tym w produkcji komponentów samochodowych, elementów urządzeń elektronicznych, opakowań, zabawek i wielu innych produktów.

Technologia ta umożliwia produkcję zarówno bardzo małych, jak i dużych przedmiotów z zachowaniem precyzyjnych tolerancji wymiarowych i złożonych detali. Detale tworzone na wtryskarkach są tworzone z różnych materiałów do wtryskiwania.

Jakie materiały mogą być wykorzystywane do wtryskiwania?

 Najczęściej stosowanymi materiałami do formowania wtryskowego są:

• Poliolefiny - W tym polietylen (PE) i polipropylen (PP), które są cenione za swoją trwałość, odporność chemiczną i elastyczność. Znajdują zastosowanie w produkcji opakowań, elementów motoryzacyjnych i artykułów gospodarstwa domowego.
• Poliestry - Takie jak np. polietylenotereftalan (PET), używane przede wszystkim w produkcji butelek i innych pojemników ze względu na ich przejrzystość i odporność na działanie barierowe.
• Poliamidy (nylony) - Wykorzystywane ze względu na swoją wytrzymałość mechaniczną i termiczną. Idealnie nadają się do produkcji części maszyn i komponentów samochodowych.
• Poliwęglany - Oferujące wyjątkową przejrzystość i odporność na uderzenia, używane w produkcji osłon ochronnych, elementów oświetleniowych i sprzętu medycznego.
• Polistyreny - W tym ogólnego zastosowania (GPPS) oraz udarowy (HIPS). Popularne w produkcji obudów urządzeń elektronicznych i różnych artykułów gospodarstwa domowego.
• Elastomery termoplastyczne (TPE) - Dzięki elastyczności i zdolności do rozciągania stosowane są w produkcji elementów wymagających gumopodobnych właściwości, takich jak uszczelki, rączki narzędzi czy zabawki.

Każdy z powyższych materiałów może być również modyfikowany za pomocą dodatków takich jak barwniki, stabilizatory UV, wypełniacze czy wzmacniacze, co pozwala na dostosowanie właściwości końcowego produktu do konkretnych wymagań aplikacyjnych. Do wtryskiwania mogą być wykorzystywane różne tworzywa sztuczne, które charakteryzują się zdolnością do topienia i szybkiego tężenia, co jest kluczowe dla efektywnego procesu produkcyjnego na każdym etapie wtryskiwania.

Jakie jest najtwardsze tworzywo sztuczne do formowania wtryskowego?

Najtwardszym tworzywem sztucznym do formowania wtryskowego jest prawdopodobnie polieteroimid (PEI), znany jako Ultem. Charakteryzuje się on wysoką odpornością na temperaturę oraz doskonałymi właściwościami mechanicznymi.

Czy PVDF można formować wtryskowo?

Tak, PVDF można formować wtryskowo. Polifluorek winylidenu jest ceniony za swoją odporność chemiczną i termiczną.

Czy PCV można formować wtryskowo?

Tak, PCV można formować wtryskowo. Tak się składa, że polichlorek winylu jest jednym z najczęściej stosowanych tworzyw sztucznych w tym sektorze. Służy do produkcji szerokiej gamy przedmiotów, od rur instalacyjnych po obudowy elektroniki.

Czy ABS jest formowany wtryskowo?

Tak, ABS jest formowany wtryskowo. Akrylonitryl-butadien-styren to popularne tworzywo stosowane do produkcji różnych przedmiotów - od zabawek po obudowy urządzeń.

Czy akryl jest formowany wtryskowo?

Tak, akryl jest formowany wtryskowo. PMMA (polimetakrylan metylu) służy do produkcji przezroczystych elementów, takich jak szyby czy osłony.

Czy PLA można wtryskiwać?

Tak, PLA można wtryskiwać. PLA (poliaktyd) jest biodegradowalnym tworzywem sztucznym, które nadaje się do przetwarzania metodą formowania wtryskowego. To popularny materiał w produkcji ekologicznych wyrobów.

Czy PTFE można formować wtryskowo?

Nie, PTFE zazwyczaj nie formuje się wtryskowo ze względu na jego wysoką temperaturę topnienia i właściwości, które utrudniają ten proces. Zamiast tego PTFE (politetrafluoroetylen) jest często przetwarzany poprzez tłoczenie lub obróbkę mechaniczną.

Czy do formowania wtryskowego można używać metalu?

Tak, do formowania wtryskowego można używać metalu. Istnieje technologia o nazwie Metal Injection Molding (MIM), która pozwala na formowanie wtryskowe metalu. Jest to proces używany głównie do produkcji precyzyjnych, małych elementów metalowych.

Czy aluminium można formować wtryskowo?

Tak, aluminium można formować wtryskowo przy użyciu specjalnej techniki zwanej odlewnictwem ciśnieniowym, która jest podobna do formowania wtryskowego, ale adaptowana do metalów.

Czy stal można formować wtryskowo?

Tak, stal można formować wtryskowo za pomocą procesu zwanego Metal Injection Molding (MIM), który jest szczególnie użyteczny dla produkcji skomplikowanych, precyzyjnych części metalowych.

Czy gumę można formować wtryskowo?

Tak, gumę można formować wtryskowo. Proces ten, nazywany formowaniem wtryskowym gumy, jest używany do produkcji szerokiej gamy elastycznych produktów gumowych.

Czy silikon można formować wtryskowo?

Tak, silikon można formować wtryskowo, jednak częściej stosuje się do tego formowanie wtryskowe cieczy (Liquid Silicone Rubber - LSR). Metoda ta jest używana do produkcji różnorodnych elastycznych i trwałych produktów.

Czy żywicę epoksydową można formować wtryskowo?

Nie, żywicy epoksydowej nie formuje się wtryskowo ze względu na jej właściwości chemiczne i proces utwardzania. Żywice epoksydowe są raczej stosowane w procesach odlewania.

Czy styropian jest formowany wtryskowo?

Nie, styropian nie jest formowany wtryskowo. Powstaje on przez spienianie polistyrenu w procesie, który nie wykorzystuje wtrysku.

Czy szkło można formować wtryskowo?

Nie, szkła nie można formować wtryskowo w tradycyjnym rozumieniu tej techniki. Szkło jest formowane poprzez inne procesy, takie jak dmuchanie, prasowanie czy odlewanie.

Jakie są etapy wtryskiwania?

Główne etapy wtryskiwania to:

• ogrzewanie i upłynnienie,
• wtrysk właściwy,
• stygnięcie,
• opróżnienie formy,
• zamknięcie formy,
• oczyszczanie detalu.

Poniżej opisujemy każdy z nich.

Ogrzewanie i upłynnienie

Na początku procesu wtryskiwania tworzywo w postaci granulatu trafia do cylindra wtryskarki, gdzie jest przesuwane przez obracający się ślimak o specjalnej konstrukcji. Cylinder podgrzewają elementy grzejne, co w połączeniu z tarciem generowanym przez ruch ślimaka prowadzi do stopienia plastiku.

Ruch obrotowy ślimaka umożliwia jednocześnie silne mieszanie granulatu, co sprzyja jego równomiernemu ogrzewaniu oraz wytworzeniu wysokiego ciśnienia niezbędnego do upłynnienia tworzywa.

Wtrysk właściwy

Ślimak wtryskarki pełni także funkcję tłoka, który przetłacza upłynnione tworzywo do formy przez system kanałów i dysz. Ruch posuwisto-zwrotny umożliwia precyzyjne dozowanie materiału. Natomiast konstrukcja formy zapewnia, że jest ona całkowicie i równomiernie napełniana, co jest kluczowe dla zachowania detali produktu końcowego.

Stygnięcie

Po napełnieniu formy są chłodzone lub ogrzewane (w zależności od rodzaju tworzywa), aby zapewnić optymalne warunki do utwardzenia materiału. Proces ten jest kluczowy dla uzyskania ostatecznej postaci produktu, która dokładnie odwzorowuje kształt formy.

Układ chłodzenia wykorzystuje m.in. węże do form wtryskowych oraz szybkozłącza do form wtryskowych, aby zapewnić szczelność i efektywną redukcję temperatury.

Opróżnienie formy

Po utwardzeniu tworzywa forma, która zwykle składa się z dwóch połówek, zostaje otwarta, a gotowy produkt uwolniony. Proces opróżniania formy jest najczęściej zautomatyzowany i odbywa się za pomocą specjalnego układu wypychania.

Zamknięcie formy

Po wypchnięciu gotowego produktu i ewentualnym czyszczeniu formy, jest ona zamykana, co pozwala na rozpoczęcie nowego cyklu produkcyjnego. Zamknięcie formy musi być szczelne, aby zapewnić odpowiednie warunki dla kolejnego wtrysku.

Oczyszczanie detalu

Ostatnim etapem jest oczyszczanie produktu, czyli usunięcie wszelkich nadmiarów tworzywa, które mogły zestalić się w kanałach doprowadzających lub na stykach formy. Proces odbywa się mechanicznie, a miejsca po połączeniach formy są dodatkowo polerowane, co zapewnia wysoką jakość i estetykę produktu końcowego.

Jaka jest temperatura formowania wtryskowego?

Temperatura formowania wtryskowego zazwyczaj wynosi od 200 °C do 300°C, ale zależy to od rodzaju używanego tworzywa sztucznego. W przypadku tworzyw inżynieryjnych temperatura może być wyższa.

Ile trwa proces wtryskiwania?

Proces wtryskiwania trwa od kilku sekund do nawet kilku minut. Zależy to od wielu czynników, takich jak rodzaj użytego tworzywa, wielkość i złożoność formowanej części, a także specyfikacje samej maszyny wtryskowej.

W przypadku prostych elementów z tworzyw termoplastycznych, takich jak małe, cienkościenne komponenty, cały cykl - od wtrysku, przez chłodzenie formy wtryskowej, do wyjęcia gotowej części - może zająć zaledwie kilka sekund. Z kolei bardziej złożone lub większe elementy mogą wymagać dokładniejszego chłodzenia w celu zapewnienia właściwego zestalenia i uniknięcia deformacji, co wydłuża cykl do kilku minut.

Czas procesu może zwiększyć się również w przypadku tworzyw termoutwardzalnych, które wymagają nie tylko chłodzenia, ale także utrzymywania wysokiej temperatury przez określony czas w celu utwardzenia. Czas trwania procesu wtryskiwania zależy także od techniki wtryskiwania, którą wybierzemy.

Jakie są techniki wtryskiwania?

Istnieje wiele zaawansowanych technik wtryskiwania, które pozwalają na produkcję komponentów o zróżnicowanych właściwościach i zastosowaniach. Najpopularniejsze techniki wtryskiwania to:

• wtrysk sekwencyjny,
• wtrysk wielokomponentowy,
• wtrysk z doprasowaniem,
• wtrysk z rozdmuchiwaniem,
• reaktywne formowanie wtryskowe (RIM),
• wtryskiwanie wspomagane wodą (WAIM),
• wtryskiwanie wspomagane gazem  (GAIM),
• wtryskiwanie wielokolorowe,
• wtryskiwanie porujące lub mikroporujące (MuCell, CellMould),
• wtryskiwanie z etykietowaniem w formie (IML),
• wtryskiwanie z dekorowaniem w formie (IMD),
• wtryskiwanie z montażem w formie (IMA),
• wtryskiwanie do form o zmiennej temperaturze podczas cyklu (RTC),
• wtryskiwanie tworzyw termoutwardzalnych i gumy,
• wtryskiwanie kauczuków utwardzalnych i żywic,
• wtryskiwanie metalu.

Poniżej opisujemy każdy z nich.

Wtrysk sekwencyjny

Wtrysk sekwencyjny to technika, która polega na kontrolowanym otwieraniu kanałów doprowadzających tworzywo do formy. Proces rozpoczyna się od otwarcia jednego lub kilku kanałów, a w miarę wypełniania formy tworzywem otwierane są kolejne. Dzięki temu plastik jest przepychany dalej w sposób kontrolowany, co minimalizuje ryzyko osłabienia materiału w miejscach, gdzie różne strumienie tworzywa się spotykają.

Jest to efektywna alternatywa dla jednoczesnego wtrysku przez wiele kanałów, bo pozwala na lepsze zarządzanie procesem formowania.

Wtrysk wielokomponentowy

Wtrysku wielokomponentowy to metoda, która umożliwia jednoczesne wtryskiwanie dwóch lub więcej tworzyw różnego rodzaju do jednej formy. Każde z tworzyw może być wtryskiwane w różnym czasie lub miejscu, co pozwala na produkcję bardziej złożonych i funkcjonalnych wyrobów, ponieważ każda część może posiadać inne właściwości fizyczne lub wizualne.

Wtrysk z doprasowaniem

Wtrysk z doprasowaniem to metoda, w której tworzywo jest ściskane w zamkniętej formie przez cały okres chłodzenia. Gniazda formy zamykają się w sposób teleskopowy, co pozwala na utrzymanie stałego nacisku na tworzywo, zapewniając równomierne wypełnienie formy i eliminując wady takie jak zniekształcenia czy nierówności. Forma jest wtedy chłodzona czynnikiem chłodniczym doprowadzanym np. przez węże do gorącej wody.

Wtrysk z rozdmuchiwaniem

Wtrysk z rozdmuchiwaniem łączy wtrysk z technologią formowania rozdmuchowego. Tworzywo jest najpierw wtryskiwane do formy, a następnie przemieszczane do innej formy, w której zostaje rozdmuchane do pożądanego kształtu (np. butelki). Proces ten jest szczególnie użyteczny przy produkcji pustych, jednolitych obiektów z tworzyw sztucznych.

Reaktywne formowanie wtryskowe (RIM)

Reaktywne formowanie wtryskowe to zaawansowana technika, w której do formy wtłacza się ciekły prepolimer lub monomer wraz z katalizatorem, co powoduje polimeryzację. Mieszanie składników odbywa się tuż przed wtryskiem, co pozwala na stosowanie niższych ciśnień i temperatur w porównaniu do tradycyjnego wtrysku. Skrót RIM oznacza Reactive Injection Moulding – RIM.

RIM jest idealny do produkcji dużych elementów o złożonych kształtach, ponieważ oferuje wysoką jakość detali i efektywność produkcyjną.

Wtryskiwanie wspomagane wodą (WAIM)

Wtryskiwanie wspomagane wodą to innowacyjna technika, w której do formy, obok tworzywa, wtryskiwana jest woda. Pełni ona funkcję medium formującego, które pomaga w tworzeniu pustych, jednolitych kanałów w obrębie wtryskiwanego elementu. Skrót WAIM oznacza Water Assisted Injection Moulding.

Po zastygnięciu tworzywa woda jest usuwana, pozostawiając struktury o znacznie lepszej jakości i wytrzymałości w porównaniu z tradycyjnymi metodami.

Wtryskiwanie wspomagane gazem (GAIM)

Wtryskiwanie wspomagane gazem polega na wtryskiwaniu nie tylko tworzywa, ale również gazu (najczęściej azotu) do wnętrza formy. Gaz ten tworzy wewnątrz tworzywa puste kanały, co redukuje masę finalnego produktu, a także poprawia jego właściwości mechaniczne. Skrót GAIM oznacza Gas Assisted Injection Moulding.

GAIM jest często stosowany do produkcji dużych, złożonych elementów, które wymagają wzmocnienia strukturalnego.

Wtryskiwanie wielokolorowe

Wtryskiwanie wielokolorowe to metoda pozwalająca na produkcję elementów z kilku różnych kolorów tworzywa w jednym cyklu produkcyjnym. Technika ta wykorzystuje wielokanałowe wtryskarki, które są w stanie wtryskiwać różne tworzywa w różnych partiach formy, co pozwala na tworzenie estetycznie złożonych i wielobarwnych wyrobów bez potrzeby późniejszego malowania czy montażu.

Wtryskiwanie porujące lub mikroporujące (MuCell, CellMould)

Wtryskiwanie porujące, takie jak MuCell czy CellMould, to metody wtryskiwania, które umożliwiają tworzenie mikroporowatej struktury w obrębie tworzywa. W procesie tym do tworzywa dodawane są specjalne środki chemiczne lub gazy, które podczas wtryskiwania tworzą w materiale drobne pęcherzyki powietrza. Efektem jest lżejszy i bardziej izolacyjny materiał, który znajduje zastosowanie w różnych branżach przemysłu.

Wtryskiwanie z etykietowaniem w formie (IML)

Wtryskiwanie z etykietowaniem w formie to proces, w którym etykieta jest umieszczona bezpośrednio w formie przed wtryskiem tworzywa. Później, podczas wtrysku, tworzywo scala się z etykietą, tworząc jednolity, trwale oznakowany produkt. Technologia ta pozwala na osiągnięcie wysokiej jakości grafik i trwałości etykiet, które są odporne na ścieranie, wilgoć i inne czynniki zewnętrzne. Skrót IML oznacza In-Mould Labelling.

Wtryskiwanie z dekorowaniem w formie (IMD)

Wtryskiwanie z dekorowaniem w formie pozwala na wbudowanie dekoracji, takich jak grafika czy tekstury, bezpośrednio w procesie wtryskiwania. Dekoracje te są umieszczane w formie przed wtryskiem, a następnie trwale zintegrowane z tworzywem podczas formowania. Skrót IMD oznacza In-Mould Decoration.

Metoda IMD jest stosowana do produkcji wysokiej jakości elementów dekoracyjnych w przemyśle motoryzacyjnym, a także urządzeń gospodarstwa domowego czy elektroniki użytkowej, gdzie estetyka i trwałość są kluczowe.

Wtryskiwanie z montażem w formie (IMA)

Wtryskiwanie z montażem w formie to zaawansowany proces, w którym różne komponenty są łączone bezpośrednio w trakcie procesu wtryskiwania, eliminując potrzebę późniejszego montażu. Technika ta pozwala na redukcję kosztów produkcji i czasu montażu, a także zwiększa trwałość i precyzję złożonych komponentów, znajdując zastosowanie m.in. w produkcji elementów samochodowych czy sprzętu AGD. Skrót IMA oznacza In-Mould Assembly.

Wtryskiwanie do form o zmiennej temperaturze podczas cyklu (RTC)

Wtryskiwanie do form o zmiennej temperaturze podczas to technologia, która umożliwia precyzyjne sterowanie temperaturą formy podczas całego cyklu wtryskowego. Zmienna temperatura pozwala na optymalizację właściwości materiału, poprawiając jakość powierzchni i redukując naprężenia wewnętrzne w tworzywie.

Technika RTC jest szczególnie przydatna przy produkcji elementów wysokiej jakości z tworzyw inżynieryjnych, które wymagają dużej precyzji. Skrót RTC oznacza cyklu Rapid Temperature Cycling.

Wtryskiwanie tworzyw termoutwardzalnych i gumy

Wtryskiwanie tworzyw termoutwardzalnych i gumy różni się od procesu wtryskiwania termoplastów tym, że materiał po wtrysku i nagrzaniu ulega nieodwracalnym zmianom chemicznym, co prowadzi do utwardzenia. Technika ta jest używana do produkcji przedmiotów wymagających szczególnej odporności na temperaturę, chemikalia czy zużycie mechaniczne, takich jak części samochodowe, uszczelki, czy elementy maszyn.

Wtryskiwanie kauczuków utwardzalnych i żywic

Wtryskiwanie kauczuków utwardzalnych i żywic polega na formowaniu elementów z materiałów, które wymagają utwardzenia przez nagrzewanie lub dodanie utwardzacza. Technika ta jest często stosowana w produkcji elementów o wysokich wymaganiach elastyczności i trwałości, takich jak różnego rodzaju uszczelki, elementy amortyzujące, czy elementy o złożonych kształtach.

Wtryskiwanie metalu (MIM)

Wtryskiwanie metalu to proces, który łączy technikę wtryskiwania z metalurgią proszkową. Pozwala on na produkcję małych, skomplikowanych części metalowych z wysoką precyzją i powtarzalnością. Skrót MIM oznacza Metal Injection Moulding.

MIM służy do tworzenia elementów o skomplikowanych kształtach w sektorach takich jak lotnictwo, medycyna czy elektronika, gdzie wymagane są precyzja i specyficzne właściwości mechaniczne. Z tego powodu wybór odpowiedniej metody wtryskiwania jest kluczowy.

Jak dobrać odpowiednią metodę wtryskiwania?

Aby dobrać odpowiednią metodę wtryskiwania, należy zwrócić uwagę specyfikę projektu, właściwości materiałów oraz wymagania funkcjonalne i estetyczne wyrobu. Poniżej przedstawiliśmy główne kryteria, które należy rozważyć:

• Kompleksowość projektu - Przy skomplikowanych kształtach i wzorach, które wymagają wysokiej precyzji, należy rozważyć zaawansowane techniki, takie jak wtryskiwanie wielokomponentowe czy wtryskiwanie z dekorowaniem w formie (IMD). Metody te umożliwiają produkcję złożonych komponentów w jednym cyklu produkcyjnym, co może znacznie zredukować koszty i czas produkcji.
• Właściwości materiałów - Różne materiały wymagają różnych parametrów procesowych. Na przykład wtryskiwanie tworzyw termoutwardzalnych i gumy różni się od wtryskiwania standardowych tworzyw termoplastycznych. Dlatego wybór odpowiedniej metody wtrysku powinien uwzględniać temperaturę przetwarzania, ciśnienie oraz właściwości chemiczne i fizyczne materiału.
• Wymagania estetyczne - Jeśli estetyka produktu jest priorytetem, metody takie jak wtryskiwanie wielokolorowe lub IMD mogą okazać się lepszym wyborem. Pozwalają one bowiem na integrację kolorów i wzorów bez potrzeby dodatkowego malowania czy dekorowania po formowaniu.
• Wydajność produkcji - W przypadku produkcji masowej ważne jest, aby wybrana technika wtrysku umożliwiała szybkie i efektywne cykle produkcyjne. Metody takie jak wtryskiwanie z montażem w formie (IMA) czy wtryskiwanie wspomagane gazem (GAIM) mogą znacznie zwiększyć wydajność przez redukcję czasu potrzebnego na montaż czy chłodzenie elementów.
• Koszty produkcji - Koszt implementacji technologii i prowadzenia produkcji to także kluczowy czynnik. Należy analizować zarówno koszty początkowe związane z zakupem i instalacją maszyn, jak i bieżące koszty operacyjne. Efektywność kosztowa niektórych technologii może być kluczowa przy decyzji o wyborze odpowiedniej metody wtrysku.
• Zrównoważony rozwój - W erze zwiększonej świadomości ekologicznej metody umożliwiające redukcję odpadów i zużycia energii, takie jak techniki porujące czy wtryskiwanie wspomagane wodą, zyskują na znaczeniu. Wybór technologii przyjaznych dla środowiska może być także motywowany wymogami rynkowymi lub regulacjami prawnymi.

W doborze odpowiedniej metody wtrysku pomoże ci specjalista, który potrafi dopasować sposób produkcji do danego projektu. Po wyborze metody wtryskiwania należy dobrać odpowiednie parametry wtryskiwania.

Jakie parametry są brane pod uwagę przy wtryskiwaniu?

Przy wtryskiwaniu pod uwagę brane są parametry, które mają bezpośredni wpływ na jakość końcowego wyrobu oraz efektywność produkcji jak temperatura wtrysku, ciśnienie wtrysku czy czas chłodzenia.Główne parametry, które powinny być brane pod uwagę przy wtryskiwaniu to:

• temperaturę wtrysku,
• temperaturę stopu tworzywa,
• ciśnienie wtrysku,
• ciśnienie docisku,
• czas chłodzenia,
• czas wtrysku.

Poniżej opisujemy każdy parametr.

Temperatura wtrysku

Temperatura wtrysku odnosi się do temperatury, przy której tworzywo sztuczne uzyskuje płynność umożliwiającą pokonanie oporów przepływu i skuteczne wypełnienie gniazda formy. Parametr ten zależy od specyfiki używanego materiału. Jest także dostosowywany w do szczegółów konstrukcyjnych formy oraz ciśnienia wtrysku, jakie ma zostać użyte.

Temperatura stopu tworzywa

Temperatura stopu tworzywa określa ciepło, które tworzywo przyjmuje w procesie uplastyczniania. Jest ona wynikiem temperatur poszczególnych stref cylindra wtryskarki, liczby obrotów ślimaka, prędkości podawania nowej porcji materiału oraz czasu przebywania tworzywa w cylindrze.

To kluczowy parametr dla zachowania właściwości materiału.

Ciśnienie wtrysku

Ciśnienie wtrysku odnosi się do ciśnienia, które generuje ślimak poruszający się ruchem posuwistym, aby wtłoczyć uplastycznione tworzywo do formy. Jest to jedno z podstawowych ustawień maszyny wtryskowej, mające wpływ na szybkość i jakość wtrysku oraz na końcową jakość produktu.

Ciśnienie docisku

Ciśnienie docisku pojawia się po zakończeniu fazy wtrysku, gdy forma jest już całkowicie wypełniona tworzywem. Jego główna funkcja polega na zapobieganiu cofania się tworzywa oraz zapewnieniu optymalnego uformowania detalu, co jest kluczowe dla zachowania wymiarów i kształtu produktu.

Czas chłodzenia

Czas chłodzenia to okres, w trakcie którego tworzywo w formie zastyga i nabiera ostatecznego kształtu. Jest on krytyczny dla uzyskania optymalnej wytrzymałości mechanicznej i dokładności wymiarowej finalnego produktu.

Czas chłodzenia zależy od rodzaju i grubości tworzywa oraz konstrukcji formy. Zwykle jest ustalany doświadczalnie.

Czas wtrysku

Czas wtrysku obejmuje okres od momentu wprowadzenia tworzywa do formy aż po zakończenie wtrysku. Jest niezbędny do określenia wydajności produkcji.

Czas wtrysku ma bezpośredni wpływ na cykl produkcyjny i może wahać się od kilku sekund do kilku minut w zależności od projektu (czyli wielkości i złożoności wyrobu oraz właściwości materiału).

Gdzie stosuje się formowanie wtryskowe?

Formowanie wtryskowe stosuje się w wielu sektorach przemysłu ze względu na możliwość szybkiej produkcji precyzyjnych i skomplikowanych kształtów takie jak branża motoryzacyjna, branża elektroniczna, przemysł zabawkarski czy medyczny. Oto główne branże, które wykorzystują formowanie wtryskowe:

• Przemysł motoryzacyjny - Produkcja szerokiej gamy komponentów, od prostych pokryw i zatrzasków, po bardziej złożone części, w tym panele deski rozdzielczej, obudowy lamp i elementy układów wentylacyjnych.
• Przemysł elektroniczny - Produkcja obudów, osłon, złączy i innych elementów stosowanych w telefonach komórkowych, komputerach, monitorach i reszcie urządzeń elektronicznych.
• Produkcja opakowań - Tworzenie różnorodnych opakowań, w tym butelek, pojemników, wieczek, a także elementów do opakowań zabezpieczających, które wymagają szczególnych właściwości, jak np. odporności na działanie chemikaliów.
• Przemysł medyczny - Produkcja wielu jednorazowych narzędzi medycznych, takich jak strzykawki, kaniule czy pojemniki na próbki, które muszą spełniać rygorystyczne normy sterylności i dokładności.
• Sektor budowlany - Produkcja elementów instalacyjnych, takich jak różnego rodzaju złączki, ramy okienne, elementy izolacyjne oraz komponenty instalacji wodnych i grzewczych.
• Przemysł zabawkarski – Produkcja dużej ilości zabawek i ich części, w tym figurek, skomplikowanych mechanizmów oraz bezpiecznych dla dzieci elementów małych zabawek.
• Artykuły gospodarstwa domowego - Od elementów małych sprzętów AGD, takich jak części mikserów czy ekspresów do kawy, po większe komponenty, np. elementy pralek czy zmywarek.
• Przemysł meblarski - Produkcja uchwytów, nóżek, przewodów prowadzących czy innych plastikowych komponentów, które są częścią mebli.

Czy opony są formowane wtryskowo?

Nie, opony zazwyczaj nie są formowane wtryskowo. Proces produkcji opon obejmuje głównie wulkanizację gumy.

Czy plastikowe krzesła są formowane wtryskowo?

Tak, plastikowe krzesła często są formowane wtryskowo, bowiem pozwala to na szybką i efektywną masową produkcję.

Czy klocki Lego są wtryskiwane?

Tak, klocki Lego są wtryskiwane. Formowanie wtryskowe pozwala na masową produkcję klocków z wysoką precyzją i powtarzalnością, co jest kluczowe dla zapewnienia, że wszystkie klocki idealnie do siebie pasują.

W zależności od tego gdzie stosowane jest wtryskiwanie wpływa to na koszt formowania wtryskowego.

Ile kosztuje formowanie wtryskowe?

Wstępne koszty obejmują projektowanie i wykonanie form wtryskowych, które są stosunkowo drogie, zwłaszcza dla skomplikowanych projektów - cena formy waha się od kilku tysięcy do nawet setek tysięcy złotych.

Ponadto koszt jednostkowy każdej wyprodukowanej części zależy od czasu cyklu, zużycia materiału i energii, jak również od potrzebnego nadzoru technicznego i pracy. W przypadku dużych serii produkcyjnych koszt jednostkowy może znacząco spaść, co czyni formowanie wtryskowe ekonomicznie atrakcyjnym przy masowej produkcji. To, ile kosztuje formowanie wtryskowe, zależy od wielu czynników, takich jak wielkość i złożoność projektowanej części, rodzaj używanego tworzywa, ilość produkowanych elementów oraz specyficzne wymagania dotyczące jakości i tolerancji.

Szczegółowe informacje na temat czynników wpływających na koszty formowania wtryskowego oraz sposoby ich optymalizacji można znaleźć w naszym artykule: Ile kosztuje formowanie wtryskowe?

Który kraj jest najlepszy do formowania wtryskowego? 

Najlepszym krajem do formowania wtryskowego są Chiny, co wynika ze skali produkcji, dostępności zaawansowanych technologii i niskich kosztów. Niemniej jednak kraje takie jak Niemcy, USA i Japonia również są znaczącymi graczami w tym sektorze, bowiem oferują wysoką jakość i innowacyjne rozwiązania.

Jakie są zalety formowania wtryskowego?

Główne zalety formowania wtryskowego to:

• Wysoka wydajność - Formowanie wtryskowe pozwala na bardzo szybką produkcję dużych ilości precyzyjnych i złożonych komponentów. Zaawansowane maszyny wtryskowe są w stanie wytwarzać tysiące części na godzinę z minimalnym nadzorem człowieka.
• Powtarzalność i precyzja - Dzięki precyzyjnemu sterowaniu procesem wtrysku, każda część produkowana jest z bardzo małymi tolerancjami, co zapewnia wysoką powtarzalność nawet w przypadku bardzo skomplikowanych elementów. 
• Zmniejszenie odpadów produkcyjnych - Tworzywo sztuczne jest wtryskiwane bezpośrednio do formy, co minimalizuje ilość odpadów w porównaniu do innych procesów obróbki materiałowej.
• Możliwość użycia szerokiej gamy materiałów - Formowanie wtryskowe umożliwia pracę z różnorodnymi rodzajami tworzyw sztucznych, włączając w to polimery termoplastyczne, termoutwardzalne oraz elastomery, które mogą być dodatkowo modyfikowane dla uzyskania pożądanych właściwości.
• Zintegrowane funkcje - Proces pozwala na integrację wielu funkcji w jednym elemencie, takich jak zawiasy, zatrzaski czy wzmocnienia, co redukuje potrzebę składania z wielu części i obniża koszty produkcji.
• Możliwość automatyzacji - Formowanie wtryskowe doskonale współpracuje z automatycznymi systemami produkcyjnymi, co daje możliwość dalszej optymalizacji procesów i redukcji kosztów.
• Wysoka jakość wykończenia powierzchni - Formy wtryskowe mogą być dokładnie opracowane, co pozwala na osiągnięcie gładkiej lub teksturyzowanej powierzchni produktów bez potrzeby dodatkowej obróbki.

Jakie są wady formowania wtryskowego?

Główne wady formowania wtryskowego to:

• Wysokie koszty początkowe - Zakup maszyn wtryskowych, tak samo jak projektowanie i wykonanie form, wiąże się z dużymi inwestycjami początkowymi. Koszt form może być szczególnie wysoki w przypadku skomplikowanych elementów, co czyni tę technologię mniej opłacalną dla małych serii produkcyjnych.
• Ograniczenia projektowe - Mimo że formowanie wtryskowe pozwala na produkcję skomplikowanych kształtów, istnieją pewne ograniczenia, takie jak niemożność realizacji niektórych geometrii bez dodatkowych złączy lub wkładek. Projektowanie części musi również uwzględniać łatwość wyciągania formy, co może wpłynąć na ostateczny kształt produktu.
• Czas na przygotowanie produkcji - Opracowanie nowej formy wtryskowej może zająć wiele tygodni lub nawet miesięcy, co wydłuża czas potrzebny na rozpoczęcie produkcji, szczególnie w przypadku nowych wyrobów.
• Problemy z jakością i odpadami - Niedoskonałości takie jak pęcherze powietrza, zniekształcenia czy nierównomierności materiału mogą występować, jeśli proces wtryskiwania nie jest odpowiednio kontrolowany. Powstawanie nadlewów czy bram wtryskowych generuje też odpady, które mogą wymagać dalszego przetworzenia.
• Zmienność w materiale - Wahania w jakości tworzywa sztucznego mogą prowadzić do różnic w jakości końcowego produktu. Dlatego parametry takie jak temperatura, wilgotność czy jakość tworzywa muszą być ściśle monitorowane, aby zapewnić ciągłość i jednolitość produkcji.
• Wpływ na środowisko - Formowanie wtryskowe zwykle wykorzystuje tworzywa sztuczne, które mogą być trudne do recyklingu lub szkodliwe dla środowiska, zwłaszcza gdy nie są prawidłowo zarządzane po zakończeniu żywotności produktu.

Wady wtryskiwania mogą wpłynąć na Twoją decyzję czy jest to dobry sposób produkcji detali. Dlatego możesz też sprawdzić alternatywy do formowania wtryskowego.

Jakie są alternatywy do formowania wtryskowego?

Popularnymi alternatywami do formowania wtryskowego jest termoformowanie, wytłaczanie czy druk 3D. Alternatywy do formowania wtryskowego obejmują różne techniki produkcji, które mogą być stosowane w zależności od specyfiki projektu, wymagań dotyczących materiału, oraz nakładu. Poniżej opisujemy alternatywy do formowania wtryskowego:

• Termoformowanie - Proces, w którym arkusz termoplastycznego materiału jest ogrzewany do stanu elastycznego, a następnie formowany na kalibrze do pożądanego kształtu. Termoformowanie jest często stosowane do produkcji opakowań, elementów wnętrz samochodów czy skorup urządzeń.
• Wytłaczanie - Metoda używana do produkcji ciągłych profili, takich jak rury, węże czy listwy. Materiał jest przesuwany przez specjalnie ukształtowaną dyszę (matrycę), co pozwala na otrzymywanie elementów o stałym przekroju.
• Druk 3D - Coraz bardziej popularna technologia, która umożliwia produkcję skomplikowanych kształtów z różnych materiałów, takich jak tworzywa sztuczne, metale i ceramika. Druk 3D jest idealny do prototypów, wyrobu niestandardowych części czy małoseryjnej produkcji specjalistycznych komponentów.

Każda z tych technik ma swoje specyficzne zalety i może być odpowiednia w zależności od potrzeb konkretnego projektu, wymagań dotyczących materiału, a także oczekiwań co do kosztów oraz czasu produkcji. Istnieją także inne tańsze alternatywy do formowania wtryskowego.

Jakie są tańsze alternatywy do formowania wtryskowego?

Najpopularniejsze tańsze alternatywy do formowania wtryskowego to:

• Formowanie próżniowe - Metoda ta wykorzystuje arkusze tworzywa sztucznego podgrzewane do plastyczności i formowane za pomocą próżni. Jest szczególnie skuteczna przy produkcji dużych elementów o relatywnie prostych kształtach i niskich wymaganiach tolerancji.
• Obróbka CNC - Choć zazwyczaj kojarzona z metalem, może być stosowana również do tworzyw sztucznych. Daje możliwość szybkiej produkcji małych partii wyrobów z wysoką dokładnością, jednak koszty jednostkowe mogą wzrosnąć przy większej skali produkcji.
• Litografia - Metoda ta, znana również jako druk 3D z tworzyw sztucznych, pozwala na dodawanie materiału warstwa po warstwie do ostatecznego produktu. Jest to idealne rozwiązanie dla prototypów i małych serii, gdzie złożoność formy nie wpływa znacząco na koszt.
• Odwzorowywanie ręczne (hand lay-up) - Technika ta jest często stosowana w produkcji kompozytów i polega na układaniu włókien wzmocnionych żywicą ręcznie na formie. Jest to proces czasochłonny i mniej precyzyjny, ale skuteczny przy produkcji niewielkich ilości dużych elementów.
• Formowanie rotacyjne - Proces ten wykorzystuje obracające się formy, które są wypełniane tworzywem sztucznym w formie proszku lub płynu. Podczas obracania forma jest ogrzewana, co sprawia, że tworzywo równomiernie pokrywa jej wnętrze. Jest to kosztowo efektywne rozwiązanie przy produkcji pustych, lekkich i jednoczęściowych przedmiotów o złożonych kształtach.
• Odlewanie żywic - Szczególnie przydatne w przypadku bardzo małych serii lub prototypów, gdzie można użyć żywic do tworzenia detali bez konieczności inwestowania w drogie formy.

Każda z tych metod ma swoje specyficzne zalety i może być korzystniejsza w zależności od szczegółów projektu, wolumenu produkcji i wymagań co do jakości wykończenia. Wybór odpowiedniej technologii zależy od konkretnej aplikacji i budżetu.

Czym się różni wtryskiwanie od druku 3D?

Wtryskiwanie różni się od druku 3D pod względem charakterystyki samego procesu, kosztów, czasu wykonania i zastosowań:

• Proces - Wtryskiwanie polega na wstrzyknięciu stopionego plastiku do formy, gdzie zastyga, przyjmując ostateczny kształt. Z kolei druk 3D opiera się na stopniowym nakładaniu materiału warstwa po warstwie bezpośrednio z danych cyfrowych, co pozwala na tworzenie bardziej złożonych geometrii.
• Koszty i czas - Formowanie wtryskowe wymaga większej inwestycji początkowej, a projektowanie i tworzenie form jest czasochłonne, ale sam proces pozostaje znacznie szybszy i tańszy w produkcji masowej. Natomiast druk 3D ma niższe koszty początkowe i jest szybszy w prototypowaniu, ale wydatki jednostkowe zwykle są wyższe, co czyni go mniej efektywnym przy większych wolumenach.
• Zastosowania - Wtryskiwanie jest idealne dla masowej produkcji standardowych wyrobów, podczas gdy druk 3D jest bardziej elastyczny w zmianach projektowych i lepiej nadaje się do produkcji niestandardowych przedmiotów, niskich wolumenów oraz do zastosowań, gdzie złożoność projektu nie generuje dodatkowych kosztów.

Kto wynalazł formowanie wtryskowe?

Formowanie wtryskowe wynalazł Brytyjczyk Charles Hancock, który w 1846 roku opatentował maszynę do wtrysku. Jest to uznawane za pierwowzór formowania wtryskowego. Był on krewnym Thomasa Hancocka, pioniera w przetwarzaniu kauczuku.

Istotny wkład w rozwój formowania wtryskowego miał także Amerykanin John Wesley Hyatt wraz z bratem Isaiahem. W 1872 roku opatentowali oni jedną z pierwszych maszyn do formowania wtryskowego. Urządzenie było stosunkowo proste - działało podobnie do dużej strzykawki, gdzie tłok wstrzykiwał plastik przez podgrzany cylinder do formy.

W tamtym czasie produkowano głównie proste przedmioty, takie jak kołnierzyki do koszul, guziki czy grzebienie.

Kolejny przełom nastąpił dzięki niemieckim chemikom: Arthurowi Eichengrün i Theodorowi Becker, którzy w 1903 roku wynaleźli pierwsze rozpuszczalne formy octanu celulozy - substancji znacznie mniej łatwopalnej, niż nitroceluloza. Eichengrün opracował pierwszą prasę do formowania wtryskowego w 1919 roku, a w 1939 roku opatentował proces wtryskiwania plastycznego octanu celulozy.

Dynamiczny rozwój branży nastąpił w latach 40. XX wieku, kiedy to zapotrzebowanie na tanie, masowo produkowane przedmioty znacznie wzrosło z powodu II Wojny Światowej.

W 1946 roku Amerykanin James Watson Hendry zbudował pierwszą wtryskarkę śrubową, która pozwalała na precyzyjniejsze kontrolowanie prędkości wtrysku i jakości wytwarzanych przedmiotów. Maszyna ta umożliwiała również mieszanie materiału przed wtryskiem, co pozwalało na dodawanie kolorowego lub przetworzonego plastiku do surowca i dokładne ich wymieszanie.

W latach 70. Hendry opracował także pierwszy proces formowania wtryskowego wspomaganego gazem, umożliwiający produkcję skomplikowanych, pustych elementów, które szybko się chłodziły. Jego odkrycie znacząco poprawiło elastyczność projektowania oraz siłę i wykończenie wyprodukowanych części, jednocześnie redukując czas produkcji, koszty, wagę i ilość odpadów.