Традиционные технологии, такие как литье под давлением, экструзионно-выдувное формование, термопрессование и другие, разработаны и совершенствуются уже многие десятки лет. Однако, они имеют ряд существенных ограничений и границы применения. Например, невозможно, либо очень дорого изготавливать полые пластиковые изделия сложной пространственной формы, такие как воздуховоды, либо бензопровод для автомобилей (рис.1).
Вплоть до конца прошлого века такие изделия изготавливались из металлической трубы и имели высокую себестоимость и вес, что не устраивало заказчиков.
Специально для изготовления подобных изделий с минимальными производственными затратами и меньшим по сравнению с металлическим аналогом весом для нужд автопрома компания Kautex (Германия) в конце прошлого века разработала особую технологию, которая называется 3D выдувное формование (другие названия 3D extrusion blowing, suction blow molding, suction extrusion molding).
Суть технологии: 3D выдувное формование (3D Blow Molding) представляет собой передовую модификацию экструзионно-выдувного процесса, где паризон (полимерная трубка в расплавленном состоянии) укладывается по сложной трехмерной траектории пресс-формы. Это принципиальное отличие от классического выдува, где форма смыкается непосредственно вокруг прямого паризона (рис.2).
Узнать больше и заказать оборудование для изготовления изделий по технологии 3D выдувного формования Вы можете по телефону +7-930-2-111-000
Ключевое технологическое преимущество по сравнению с экструзионно-выдувным формованием: полностью отсутствуют зажимные поверхности на прямых участках изделия. Форма смыкается только по сложному контурному шву, что позволяет создавать детали с обходами, петлями, изгибами и пространственными переходами без образования облоя (рис.3).
Данная технология имеет неоспоримые преимущества перед традиционными технологиями изготовления пластиковых изделий:
- Экономия материала: отсутствие облоя = отсутствие отходов, которые нужно перерабатывать (рис.3).
- Оптимизация веса изделия: конструкторы могут точно закладывать толщину стенки только в необходимых местах, не компенсируя потери на облой.
- Снижение трудозатрат: не требуется этап механического удаления заусенцев (облоя) на фрезерных, облойных станках или вручную.
- Сокращение производственного цикла: упрощается постобработка — изделие часто выходит из формы готовым к использованию или требует минимальной финишной обработки.
- Расширение дизайнерских возможностей: Создание изделий, невозможных для классического выдува. Например, изделия с замкнутыми контурами (цельные ручки, кронштейны, рамы), сложными обводными каналами (трубки, огибающие другие элементы), спиралевидными и пространственно-изогнутыми формами).
- Эстетическое превосходство: готовое изделие не имеет следов удаления облоя, что критически важно для потребительских товаров и дизайнерских решений.
Методы 3D выдувного формования
Технология 3D выдувного формования имеет 3 метода реализации. Они отличаются составом оборудования и уровнем автоматизации процесса.
1. Всасывающее (вакуумное) выдувное формование (Suction Blow Molding)
Это наиболее автоматизированный и технологичный метод.
Принцип: паризон экструдируется сразу в форму под воздействием вакуума. Вакуум «засасывает» паризон, укладывая его по сложному контуру формы. Под действием разрежения гибкий расплавленный паризон протягивается по всей сложной траектории канала внутри формы, точно повторяя ее 3D-контур. Только после полной укладки паризона в форму происходит стандартный этап выдува сжатым воздухом для прижима материала к стенкам (рис.4).
Преимущества:
- Максимальная производительность и стабильность: Полностью автоматизированный цикл, синхронизированный с экструдером.
- Высокая повторяемость и точность: Исключен человеческий фактор, геометрия укладки задается жестко пресс-формой.
- Возможность работы с длинными и сложными траекториями укладки.
Недостатки:
- Высокая стоимость оснастки: пресс-форма представляет собой высокотехнологичное устройство со сложными внутренними вакуумными каналами, системами охлаждения и высокой точностью изготовления.
- Низкая гибкость: каждое новое изделие требует проектирования и изготовления новой, уникальной и дорогой пресс-формы.
- Ограничения по геометрии: слишком резкие изгибы или малые радиусы могут привести к заломам или неравномерному растяжению паризона при укладке.
Области применения 3D suction blow molding: автомобильные воздуховоды сложной формы, трубки жидкостного охлаждения серверов, элементы впускных коллекторов.
2. Подача паризона в форму вручную (Manual Parison Placement)
Самый простой и гибкий метод, не требующий сложного оборудования.
Принцип: этот метод максимально упрощает оборудование, перекладывая ключевую задачу по 3D-укладке на оператора. Экструдер производит отрезок паризона (трубки), который оператор вручную укладывает в открытую полость пресс-формы. Затем форма смыкается для этапа выдува.
Как это работает:
- Экструзия и отрезка: Экструдер выдает паризон, который автоматически или вручную отрезается на отрезок, чуть превышающий длину траектории в форме.
- Ручная укладка: Оператор в термостойких перчатках берет горячий паризон и аккуратно размещает его по контуру формы. Для сложных контуров могут использоваться направляющие или простые оправки.
- Смыкание и выдув: Форма закрывается, и производится выдув изделия.
- Извлечение и чистка: Оператор извлекает готовое изделие, при необходимости удаляет облой (если он образовался в зоне смыкания) и готовит форму к следующему циклу.
Преимущества:
- Минимальные инвестиции в оборудование.
- На одной форме, меняя вставки, можно получить разные конфигурации изделий.
Недостатки:
- Низкая производительность и высокая трудоемкость.
- Зависимость от навыка оператора. Риск брака из-за неравномерной укладки, перекосов, перегрева или остывания паризона.
- Ограничения по размеру и температуре. Работа с большими и тяжелыми горячими паризонами физически сложна и опасна.
- Нестабильность качества от изделия к изделию.
Область применения метода ручной укладки паризона в форму: Мелкосерийное производство, производство прототипов, уникальные дизайнерские изделия, ремонт и производство штучных деталей.
3. Подача паризона манипулятором (Robotic Parison Placement)
Наиболее распространенный метод изготовления изделий большими сериями.
Принцип: вместо оператора паризон захватывает и укладывает в форму программируемый робот-манипулятор. Робот-манипулятор с оснасткой (захватом) берет на себя функцию точной укладки паризона. Захват может быть пассивным (зажимным) или активным (с сервоприводом для протяжки и контроля положения паризона). Робот по заранее запрограммированной траектории, синхронизированной с работой экструдера, помещает паризон в открытую форму (рис.6).
Как это работает:
- Экструзия: экструдер выдает паризон по сигналу от робота или общей системы управления.
- Точный захват: робот захватывает паризон специальной оснасткой.
- Программная укладка: робот перемещает паризон по сложной траектории и укладывает его в форму (рис.6).
- Автоматическое смыкание и выдув: форма автоматически закрывается, происходит выдув.
- Извлечение: часто тот же робот или отдельный манипулятор извлекает готовое изделие
Преимущества:
- Высокая точность и воспроизводимость.
- Гибкость производства: Переход на новое изделие — это загрузка новой программы для робота и, возможно, смена захвата. Пресс-форма может оставаться относительно простой и универсальной.
- Повышенная производительность по сравнению с ручным методом и возможность работы в непрерывном цикле.
- Безопасность: Исключен контакт персонала с горячим материалом и движущимися частями формы.
Недостатки:
- Высокие первоначальные инвестиции (робот, система программирования).
- Требуется квалифицированный персонал для программирования.
Область применения: Производство сложных полых технических изделий большими сериями (автомобильные воздуховоды, бензопроводы, водопроводы сложной формы, трубки жидкостного охлаждения серверов для конвейеров).
Заключение
3D-выдувное формование открывает уникальные возможности для дизайнеров и инженеров, позволяя создавать легкие, прочные и сложные изделия без технологических отходов. Это особенно важно при работе с дорогостоящими инженерными и специализированными полимерами. 3D-выдувное формование — это прямой путь к снижению себестоимости, повышению экологической ответственности и созданию продуктов, недостижимых для традиционных технологий. Выбор между всасывающим, ручным и роботизированным методом зависит исключительно от задач производства: объема выпуска, требуемой точности и бюджета.
По вопросам приобретения оборудования для 3D выдувного формования, а также экструзионно-выдувных машин и термопластавтоматов и оснастки к ним обращайтесь в компанию «ПОЛИФОРМ». Оставьте заявку на нашем сайте http://pkpf.ru или позвоните нам по телефону: +7-930-2-111-000
Наши инженеры готовы помочь в решении Вашей задачи.