قالب بادی

قالب بادی یک فرایند خاص تولید است که با استفاده از آن قطعات پلاستیکی توخالی ساخته می‌شوند و می‌­توانند به یکدیگر وصل شوند. این قطعات همچنین برای ساخت بطری­‌های شیشه‌­ای یا سایر اَشکال توخالی استفاده می‌­شود.

در مجموع سه نوع اصلی قالب بادی وجود دارد: قالب بادی اکستروژن، تزریقی و قالب بادی کششی تزریقی. فرآیند قالب بادی با ذوب شدن پلاستیک و تبدیل آن به پیش‌فرم آغاز می‌­شود. پیش‌فرم یک قطعه پلاستیکی لوله مانند است که سوراخی در یک انتهای آن وجود دارد و هوای فشرده از طریق آن عبور می­‌کند.

در ادامه پیش‌فرم درون قالب قرار داده می‌­شود سپس هوا در آن دمیده می­‌شود. فشار هوا پلاستیک را بیرون می‌­کشد تا با قالب یکدست شود. قالب پس از خنک سازی و سخت شدن پلاستیک باز می‌شود و محصول خارج می‌­شود. هزینه قطعات محصولات قالب بادی بیشتر از محصولات قالب تزریقی است، اما پایین­‌تر از محصولات قالب چرخشی است.

فرایند قالب بادی

تاریخچه قالب بادی

اصول فرایند قالب بادی از ایده دمیدن در شیشه ناشی می­‌شود. انوک فرنگرن و ویلیام کوپتیک دو دانشمندی بودند که ماشین قالب بادی را ساختند و آن را در سال 1938 به شرکت امپایر هارتفورد فروختند. این آغاز فرایند قالب بادی تجاری بود.

در دهه 1940 تنوع و تعداد محصولات هنوز بسیار محدود بود و به همین دلیل قالب بادی تا این اوخر نمایان نشد. به محض اینکه تنوع و نرخ تولید بالا رفت، تعداد محصولات متعاقب آن افزایش یافت.

مکانیسم­‌های فنی مورد نیاز برای تولید قطعات توخالی با استفاده از روش دمیدن خیلی زود بکار  گرفته شد. از آنجا که شیشه شکستنی است، با ظهور پلاستیک، این ماده در بعضی موارد جایگزین شیشه شد. اولین تولید انبوه بطری­‌های پلاستیکی در سال 1939 در آمریکا انجام شد. آلمان کمی دیرتر شروع به استفاده از این فناوری کرد، اما در حال حاضر یکی از تولید کنندگان برجسته ماشین‌های قالب بادی است.

در صنعت نوشابه ایالات متحده، تعداد ظروف پلاستیکی در سال 1977 از صفر به ده میلیارد قطعه در سال 1999 رسید. امروز تعداد بیشتری از محصولات از فرایند قالب بادی بهره می­‌برند و انتظار می­‌رود این روند همچنان ادامه یابد.

انواع روش های قالب گیری بادی

قالب بادی اکستروژن

در روش اکستروژن (EBM) پلاستیک در یک لوله توخالی (پاریسون) ذوب و اکسترود می­‌شود. سپس این پاریسون در قالب فلزی خنک قرار می­‌گیرد. سپس هوا به درون پاریسون دمیده می­‌شود و آن را به شکل بطری توخالی، ظرف یا قسمتی از آن متورم می­‌کند. بعد از خنک سازی مناسب پلاستیک، قالب باز می‌­شود و محصول نهایی خارج می­‌شود.

دو نوع از قالب‌­های بادی اکستروژن به گونه­‌های مداوم و متناوب هستند. در قالب بادی اکستروژن مداوم، پاریسون پیوسته اکسترود می­‌شود و محصولات جداگانه توسط یک چاقوی مناسب قطع می­‌شوند.

در قالب متناوب دو فرآیند وجود دارد: (الف) قالب متناوب مستقیم شبیه قالب تزریقی است که به وسیله آن پیچ می‌­چرخد و می‌­ایستد و مواد مذاب را به بیرون هدایت می­‌کند. (ب) با استفاده از روش انباشت، انباشتگر، پلاستیک ذوب شده را جمع می‌­کند و وقتی قالب خنک شد و پلاستیک به اندازه کافی انباشته شد، یک میله پلاستیک مذاب را فشار می­‌دهد و پاریسون می­‌سازد. در این حالت پیچ ممکن است مداوم یا متناوب بچرخد.

در روش اکستروژن مداوم وزن پاریسون سبب کشیده شدن خود پاریسون می­‌شود و کالیبراسیون ضخامت دیواره را دشوار می­‌کند. دستگاه انباشتگر یا روش‌­های پیچ برگشتی از سیستم‌­های هیدرولیکی استفاده می­‌کنند تا سریعاً پاریسون را بیرون برانند و وزن حاصله را کاهش دهند و با تنظیم فاصله شکاف از طریق دستگاه برنامه ریز پاریسون کنترل دقیق ضخامت دیواره را ممکن سازد. فرآیندهای EBM ممکن است مداوم (اکستروژن مداوم پاریسون) یا متناوب باشد.

نمونه­ قطعات ساخته شده توسط فرآیند EBM شامل اکثر محصولات توخالی پلی اتیلن، بطری­‌های شیر، بطری­‌های شامپو، قطعات اتومبیل، ظروف آبیاری و قطعات صنعتی است.

مزایای استفاده از قالب بادی عبارتند از:

ابزار کم و هزینه پایین، میزان تولید سریع، توانایی قالب سازی برای محصول‌های پیچیده، قطعه‌های دسته دار را می‌­توان در طراحی نیز گنجاند.

از مضرات قالب بادی می­‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

محدود به محصولات توخالی است، مقاومت کم سبب افزایش خاصیت بازدارندگی پاریسون چندلایه مواد مختلف می‌­شود و بنابراین قابل بازیافت نیست. در ساختن شیشه­‌های درب پهن تراش چرخشی ضروری است.

قالب بادی تزریقی

فرآیند قالب گیری بادی تزریقی (IBM) برای تولید شیشه­‌های توخالی و اشیاء پلاستیکی در مقادیر زیاد استفاده می‌­شود. پلیمر در فرآیند IBM قالبی تزریقی روی پین مرکزی قرار دارد و پین مرکزی به سوی ایستگاه قالب بادی می­‌چرخد تا متورم و سرد شود. این جریان حداقل از سه فرآیند قالب بادی استفاده می­‌کند و معمولاً برای ساخت بطری­‌های کوچک پزشکی و تکی استفاده می­‌شود. این فرایند به سه مرحله تقسیم می­‌شود: تزریق، دمیدن و خروج.

دستگاه قالب گیری بادی تزریقی بر پایه مخزن اكسترودر و مونتاژ پیچ طراحی شده است و پلیمر را ذوب می­‌كند. پلیمر مذاب در یک منیفولد متحرک داغ ریخته می­‌شود و از طریق یک سری نازل­‌ها درون یک حفره داغ و پین مرکزی تزریق می­‌شود. حفره قالب شکل بیرونی را تشکیل می­‌دهد و در اطراف میله مرکزی بسته می­‌شود و پیش‌فرم شکل حفره داخلی قالب را تشکیل می­‌دهد. پیش‌فرم قالب یک بطری / شیشه کامل همراه با یک لوله ضخیم پلیمر متصل به آن است که بدنه را تشکیل می‌دهد. این محصول از نظر ظاهری شبیه به لوله آزمایش با گردن رزوه دار (شیاردار) است.

قالب باز می­‌شود و میله مرکزی می­‌چرخد و پیش‌فرم درون قالب بادی توخالی و سرد قرار می­‌گیرد انتهای میله مرکزی باز می­‌شود و اجازه می‌­دهد هوای فشرده داخل پیش فرم قالب برود و آن را به شکل محصول نهایی باد کند

پس از گذشت دوره خنک سازی، قالب بادی باز می­‌شود و میله مرکزی به سمت خروج می­‌چرخد. محصول نهایی از میله مرکزی جدا می­‌شود و می­‌توان قبل از بسته‌بندی آزمایش نشت را رویش انجام داد. قالب بادی می­‌تواند حفره­‌های زیادی داشته باشد و معمولاً بسته به اندازه محصول و خروجی مورد نیاز سه تا شانزده حفره دارد. سه دسته میله­ مرکزی وجود دارد که امکان تزریق، قالب‌گیری بادی و خروج همزمان پیش فرم را فراهم می‌­آورد.

مزایا:

این فرایند گردن (گردن شیشه­) قالبی تزریقی را با دقت تولید می­‌کند.

مضرات:

فقط مناسب بطری­‌های کوچک است زیرا کنترل مرکز پایه در هنگام دمیدن دشوار است. هیچ افزایشی در نیروی مقاومت وجود ندارد زیرا ماده به صورت دو محوری کشیده نمی­‌شود. دسته­‌ها را نمی­‌توان روی محصول قرار داد.

فرایند قالب گیری بادی کششی

این فرایند دو روش اصلی متفاوت دارد: فرآیند تک مرحله­‌ای و دو مرحله‌­ای. فرآیند تک مرحله‌­ا‌ی نیز به دستگاه­‌های 3 ایستگاهی و 4 ایستگاهی تقسیم می­‌شود. در فرآیند قالب گیری بادی کششی تزریقی دو مرحله­‌ای ابتدا پلاستیک با استفاده از فرآیند قالب گیری تزریقی به شکل پریفرم در می‌آید. این پریفرم‌ها با گردن بطری­‌ها و رزوه‌ها تولید می­‌شوند. پریفرم ها بسته بندی می­‌شوند و بعداً (بعد از خنک شدن) در دستگاه قالب گیری بادی کششی مجددا داغ شده ریخته می‌­شوند. در فرآیند ISB پریفرم ها بالاتر از دمای انتقال شیشه داغ می‌­شوند (با استفاده از شعله­‌های مادون قرمز)، سپس با استفاده از هوای فشار قوی درون بطری­‌ها دمیده می­‌شوند. پریفرم همیشه در این فرآیند با میله مرکزی کشیده می­‌شود.

مزایا:

حجم تولید بسیار بالا است. محدودیت کمی در طراحی بطری وجود دارد. پریفرم ها را می‌­توان در قالب کالا به شخص ثالث فروخت. برای ساخت بطری­‌های استوانه‌­ای، مستطیلی یا بیضی مناسب است.

معایب:

هزینه بالای سرمایه گذاری، فضای کف مورد نیاز زیاد است حتی اگر سیستم­‌های جمع و جور در دسترس باشند.

در فرآیند تک مرحل­ه‌ای ساخت پریفرم و دمیدن بطری در یک دستگاه انجام می‌­شود. روش قدیمی­‌تر  4 ایستگاهی (تزریق، گرم کردن مجدد، بادی کششی و خروج) نسبت به دستگاه 3 ایستگاهی پر هزینه است که در آن مرحله گرم کردن مجدد و گرمای نهان در پریفرم حذف می‌­شود، در نتیجه موجب صرفه جویی در هزینه­‌های انرژی گرم کردن و کاهش 25 درصدی ابزارآلات می‌­شود. این فرایند اینگونه است: تصور کنید که مولکول­‌ها توپ­‌های گرد کوچکی هستند و هنگامی که در کنار یکدیگر دارای شکاف­‌های هوای بزرگ و تماس سطحی کمی هستند، با اولین کشش عمودی مولکول­‌ها و سپس دمیدن به آنها در کشش افقی در دو محور باعث می‌­شود که مولکول­‌ها شکل صلیبی داشته باشند. این اشکال «صلیبی» در کنار هم قرار می­‌گیرند و فضای کمتری را به خود اختصاص می­‌دهند، زیرا با سطح بیشتری در تماس هستند و بنابراین باعث می­‌شوند ماده کمتر متخلخل شود و مقاومت‌­شان در برابر نفوذ بیشتر شود. این فرایند همچنین قدرت پر کردن نوشیدنی­‌های گازدار را افزایش می‌­دهد.

مزایا:

این فرایند برای حجم کم و دوره‌­های کوتاه بسیار مناسب است. از آنجا که پریفرم در کل فرآیند آزاد نمی­‌شود، ضخامت دیواره پریفرم می­‌تواند به گونه‌­ای شکل بگیرد که امکان ضخامت دیواره را هنگام دمیدن اشکال مستطیلی و غیر گرد فراهم کند.

معایب:

محدودیت در طراحی بطری، فقط بطری­‌های شامپاین شکل برای نوشیدنی­‌های گازدار در این فرایند ساخته می‌­شود.

فرایند قالب بادی کششی