صنعت قالب سازی و انواع قالب
قالب سازی و کستینگ از جمله تکنیک‌های اصلی در تاریخ هنر و طراحی محسوب می‌شوند و بنابراین در وهله اول، قالب سازی در نوع خود یک هنر محسوب می‌شود. ولی کاربردهای قالب سازی از دیرباز چیزی بیش از این دور مورد بوده و امروزه نقشی شگرف در تولیدات صنعتی ایفا می‌کند.
تکنیک‌های قالب سازی و کستینگ در دنیای هنر به عنوان ابزاری توسط مجسمه‌سازان و دیگر هنرمندان مورد استفاده قرار گرفته تا جایی که امروزه هنرمندان بیش از پیش آن را عملی هنری می‌پندارند. اما پروسه قالب سازی به جز در هنرهای زیبا، نقشی اساسی در دیگر زمینه‌ها دارد و از تحقیقات علمی گرفته تا تولیدات انبوه در صنعت خودروسازی کاربرد دارد. بسیاری از اشیا تزیینی و وسایل خانگی مورد استفاده شما نیز طی پروسه‌های مختلف قالب سازی تولید شده‌اند. در ادامه تکنیک‌ها، کاربردها و انواع مختلف قالبها را با هم مرور می‌کنیم. ما در تیم مهندسی سه بعدی افرا برای شما بهترین را میخواهیم.
قالب چیست؟
قالب بلوکی است که حفره‌ای به شکل دلخواه در آن تراشیده شده است. کستینگ پروسه شکل‌دهی به مایع یا مواد قابل انعطاف است؛ موادی نظیر پلاستیک، شیشه، فلز، خاک رس، چسب پلاستیکی، بتن، گچ یا گزینه‌های دیگر. مایع سخت شده یا درون قالب قرار داده شده و شکل آن را به خود می‌گیرد. محصول نهایی شی سختی است که به آن کستینگ می‌گویند. برای جدا کردن کستینگ از قالب و چسبیدن مواد دیگر به سطح، معمولاً از یک عامل جداکننده یا ماده شیمیایی استفاده می‌شود.
امروزه ساخت ابزار و ماشین‌آلات مورد نیاز برای تولید قالبها توسط قالب سازان و مجسمه سازان، بخش بزرگی از صنعت جهان را تشکیل می‌دهد. کوره و تنور صنعتی از مهم‌ترین تجهیزات ساخت قالب هستند که در اغلب کارگاه های ریخته‌گری یافت می‌شوند.
روش بای والو (Bi-Valve) و قالب سازی تکه تکه دو روش ساده قالب سازی هستند. البته امروزه روش‌ها متعددی برای ساخت قالب وجود دارد ولی این دو روش از جمله ساده‌ترین تکنیک‌ها در این زمینه هستند که ایده کلی قالب سازی را به خوبی نشان می دهند.
در روش بای والو، کستینگ با استفاده از دو قالب ساخته می‌شود. هر قالب کار ساخت نیمی از قطعه را بر عهده دارد. مزیت این روش آن است که از قالب های بای والو بر خلاف قالب های یک بار مصرف، چندین بار می توان استفاده کرد. در روش قالب سازی تکه تکه از قالب های گوناگونی استفاده می‌شود که هر کدام بخشی از یک کستینگ پیچیده‌تر را تشکیل می دهند. قالب‌های ریخته‌گری شده پس از سخت شدن در انواع مختلف دستگاه‌های قالب سازی و برای تولید انواع اشیا مورد استفاده قرار می‌گیرند. در ادامه با کاربردهای قالب ها در صنعت و به خصوص صنعت پلاستیک بیشتر آشنا خواهیم شد.
انواع دستگاه‌های قالب سازی
دستگاه های قالب سازی، دستگاه‌هایی هستند که مواد اولیه نظیر پلاستیک، فلز یا پودرهای ترکیبی را از طریق قالب شکل داده و محصولی نهایی را تولید می کنند.
ترموست‌ها و ترموپلاستیک‌ها دو نوع اصلی پلاستیک مورد استفاده در دستگاه های قالب سازی هستند. تفاوت اصلی این دو نوع پلاستیک آن است که ترموست‌ها ذوب‌شدنی و بازگشت‌پذیر نیستند. این بدین معنا است که با ذوب شدن و سخت شدن، دیگر نمی‌توان آن را به شکل پلاستیک مذاب درآورد و زمانی که پلاستیک سخت شد، شکل خود را حفظ کرده و ذوب کردن آن مساوی با سوختن و از بین رفتن پلاستیک خواهد بود. از طرف دیگر ترموپلاستیک‌ها را می‌توان پس از سخت شدن، دوباره ذوب کرد و به آن شکل داد.
ترموپلاستیک‌ها معمولاً به شکل دانه‌های پلاستیکی وجود دارند که حمل آن‌ها را آسان می‌کند. برای استفاده از این دانه‌های پلاستیکی، کارخانه تولیدی آن‌ها را ذوب کرده به شکل دلخواه درآورده و خنک می‌کنند تا شکل نهایی را به خود بگیرد. اما ترموست‌ها به دلیل آن که پس از سخت شدن دیگر قابل ذوب شدن نیستند، تنها به صورت پلاستیک مایع یا پودر وجود دارند.
همان‌طور که گفته شد اغلب روش‌های قالب سازی مستلزم استفاده از عوامل جدایی‌ساز هستند. عامل جدایی‌ساز مانع از چسبیدن مواد به سطح داخلی قالب می‌شوند.
خصوصیات مشابهی در روش‌های مختلف قالب سازی وجود دارد که یکی از آن‌ها ذوب کردن مواد اولیه است. یکی دیگر از شباهت ها وجود قالبی است که شکل دلخواه محصول نهایی را مشخص می‌کند. وجود نیرو و عامل فشار بر مواد نیز شباهت دیگر دستگاه‌های قالب سازی است که مواد اولیه را وادار به شکل‌گیری می کند. اما تفاوت میان دستگاه‌های قالبسازی در تنوع موجود در این عوامل ثابت است. برای مثال برخی از روش‌ها با مواد خاص و برخی دیگر با قالب‌های خاص سر و کار دارند. در ادامه چند روش قالبسازی را مرور می‌کنیم.
ترموفرمینگ
در ترموفرمینگ، صفحات باریک ترموست یا ترموپلاستیک از طریق یک وکیوم یه قالب پرس می‌شوند. دستگاه‌های ترموفرمینگ، یک صفحه پلاستیکی را با فشار زیاد روی یک قالب چسبانده تا شکل قالب را به خود بگیرند. آن‌گاه پلاستیک آن‌قدر گرم می‌شود تا حالتی انعطاف‌پذیر پیدا کند. پس از آن ویکیوم پلاستیک را به سمت قالب می‌کشد. دستگاه‌های برش، پلاستیک‌های اضافه اطراف قالب را جدا کرده و پلاستیک از قالب جدا می‌شود.
وکیوم فرمینگ
وکیوم فرمینگ یا وکیوفرمینگ یک روش ترموفرمینگ (فرم‌دهی گرمایشی) ترموپلاستیک‌ها است که کاربردهای متفاوتی دارد. وکیوفرمینگ معمولاً تنها برای فرم دادن به صفحات پلاستیکی استفاده می شود. صفحه پلاستیکی روی یک قالب کشیده شده و آن‌گاه وکیوم برای کشیدن آن روی قالب مورد استفاه قرار می گیرد.
قالب سازی اینجکشن
دستگاه قالب سازی اینجکشن یا تزریقی می‌تواند از ترموست یا ترموپلاستیک استفاده کند. در این روش مواد اولیه گرم شده و مخلوط می‌شوند تا حالتی انعطاف‌پذیر پیدا کنند. آن‌گاه یک میله پیچی شکل به چرخش درآمده تا پلاستیک را به سمت خروجی‌ها و قالب هدایت کند. با سرد شدن پلاستیک، قالب باز شده و محصول نهایی خارج می شود.
قالب سازی کمپرسی
می توان گفت این روش، نقطه مقابل روش اینجکشن است. پلاستیک مذاب به سمت قالب سرازیر شده و قالب بسته می‌شود. در قسمتی از قالب دریچه‌ای وجود دارد که از طریق آن به پلاستیک فشار وارد می‌آید. فشار وارد شده، پلاستیک را به سمت حفره قالب هل داده و به آن شکل می‌دهد. محصولات تولید شده در روش کمپرسی معمولاً دارای اضافه‌هایی زیادی هستند که باید اصلاح شوند. همچنین از این روش برای تولید محصولات لاستیکی نیز استفاده می‌شود.
قالب سازی ترانسفر
این روش مشابه روش کمپرسی است با این تفاوت که فشار مورد نیاز توسط پلانجر بر پلاستیک وارد می‌شود. مواد مذاب به قالب سرازیر شده و قالب بسته می‌شود. پلانجری فلزی که شبیه استوانه‌ای بزرگ است تا عمق قالب فرو رفته و مواد را وادار به پخش شدن در سطح قالب می‌کند. از این روش می‌توان در تولید پلاستیک و لاستیک استفاده کرد.
اکستروژن
اکستروژن یکی از معدود روش‌هایی است که می‌توان در آن از مواد به صورت سرد و گرم استفاده کرد. در پروسه اکستروژن از یک دای (die) به جای یک قالب سه بعدی استفاده می‌شود. دای یک دریچه دوبعدی است که مواد از درون آن به سمت بیرون فشار داده می‌شوند. مواد خارج شده که می‌تواند آلومینیوم یا پلاستیک باشد شکل دای را به خود می‌گیرد. اکستروژن در تولید قطعات بلند مانند لوله‌های پلاستیکی کاربرد دارد.
قالبسازی بادی
این روش مشابه روش کمپرسی است با این تفاوت که از گاز فشرده برای وارد آوردن فشار و شکل دادن به پلاستیک استفاده می‌شود. در این روش نیز پلاستیک مذاب، قالب را پر می‌کند. قالب مهر و موم شده دارای دریچه کوچکی است که گاز فشرده در آن پمپاژ می‌شود. گاز فشرده با فشار رو به بیرون موجب پر شدن قالب با پلاستیک و شکل گرفتن آن می‌شود.
قالبسازی چرخشی
در این روش از حرکت چرخشی برای وارد آوردن فشار و پر کردن قالب با پلاستیک استفاده می‌شود. پلاستیک مذاب به درون قالب سرازیر شده و قالب بسته می‌شود. آن‌گاه قالب چرخیده و به پلاستیک مذاب اجازه می‌دهد تا از کناره‌ها سرازیر شده و حفره‌ها موجود در الگو را بپوشاند.
هیدروفرمینگ
هیدروفرمینگ یک روش مختص قالب سازی فلزات است که از فشار آب برای حرکت فلز روی قالب استفاده می‌کند. فلز آن‌قدر حرارت داده می‌شود تا انعطاف‌پذیر شده ولی به حالت مذاب درنیاید. آن‌گاه به قالب وارد شده و قالب بسته می‌شود. آب از یک دریچه کوچک با فشار بالایی پمپاژ می‌شود. فشار زیاد آب وارد شده در قالب باعث شک‌گیری فلز با طرح قالب می‌شود. آن‌گاه آب خارج شده و قطعه بیرون می‌آید.
لمینتینگ
این روش یکی از ساده‌ترین روش‌های قالب سازی است که در آن روی یک صفحه پلاستیکی مخصوصاً لمینت به یک زیرلایه فشار وارد می‌شود. برخی اوقات لمینت روی زیرلایه هم‌پوش شده و صفحه لمینت دیگری در آن سو به صفحه اول چسبانده می‌شود. نیروی لازم برای چسباندن پلاستیک به زیرلایه یا با گرما تأمین می‌شود یا با فشار فیزیکی تولید شده توسط یک بلوک.
جمع‌بندی
وجود تنوع محصولات موجود، روش‌های طراحی قالب و قالب سازی متنوعی را نیز می‌طلبد. برای مثال روش‌های بادی و چرخشی برای تولید قطعات پلاستیکی توخالی مانند بطری‌ها و لیوان‌ها مناسب هستند در حالی که لمینت برای تولید محصولاتی با سطح صاف و درخشان مناسب‌تر است. برای انتخاب یک روش قالب سازی باید محصول نهایی را نیز در نظر داشته باشید. بعلاوه، روش‌های قالب سازی از حیث زمان مورد نیاز برای تولید محصولات نیز تفاوت‌هایی دارند. روش چرخشی معمولاً با پلاستیک‌هایی سر و کار دارد که دیرتر سخت می‌شوند در حالی که این روش به خودی خود بسیار کندتر از روش کمپرسی است.
