وکیوم فرمینگ چیست؟
بسیاری از امکانات مدرنی که امروزه از آن‌ها بهره‌مند هستیم، مدیون فرآیند وکیوم فرمینگ هستند. بدون این روش انعطاف‌پذیر تولید، دستگاه‌های پزشکی نجات‌دهنده، بسته‌بندی مواد غذایی، و حتی خودروها ظاهری کاملاً متفاوت می‌داشتند . در این راهنما با فرآیند وکیوم فرمینگ به طور کامل آشنا می‌شوید و می‌فهمید چرا این روش، با هزینه‌ی پایین و کارایی بالا، انتخابی عالی برای تولیدکنندگان صنعتی محسوب می‌شود.
در این مطلب می پردازیم به :
-
معرفی کامل فرآیند وکیوم فرمینگ
-
نحوه ساخت قالب برای این روش
-
مزایا و محدودیت‌ها
-
کاربردهای صنعتی و مستقل
-
ترکیب پرینت سه‌بعدی با وکیوم فرمینگ
تعریف وکیوم فرمینگ
وکیوم فرمینگ یک روش تولید است که برای شکل‌دهی مواد پلاستیکی استفاده می‌شود. در این فرآیند، یک ورق پلاستیکی حرارت داده شده و با استفاده از مکش هوا روی یک قالب کشیده می‌شود تا شکل آن را بگیرد.
این روش برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود؛ از قطعات سفارشی کوچک در دستگاه‌های رومیزی گرفته تا قطعات بزرگ در ماشین‌آلات صنعتی خودکار.
تفاوت وکیوم فرمینگ با ترموفرمینگ و پرس فرمینگ چیست؟
ترموفرمینگ فرآیندی است که در آن یک ورق پلاستیکی حرارت داده می‌شود تا نرم شود، سپس با قالب شکل می‌گیرد و در نهایت برش می‌خورد تا قطعه‌ی نهایی تولید شود. وکیوم فرمینگ و پرس فرمینگ، دو نوع محبوب از روش‌های ترموفرمینگ هستند.
وکیوم فرمینگ ساده‌ترین نوع ترموفرمینگ است که تنها از یک قالب و فشار منفی (خلأ) برای شکل‌دهی استفاده می‌کند. این روش برای قطعاتی مناسب است که فقط نیاز به شکل‌دهی دقیق در یک سمت دارند، مانند بسته‌بندی مواد غذایی یا قطعات الکترونیکی.
در مقابل، پرس فرمینگ از دو قالب استفاده می‌کند که ورق پلاستیکی داغ را بین خود نگه می‌دارند. این روش برای قطعاتی که به دقت بالا در هر دو طرف و یا عمق زیاد نیاز دارند، مناسب است؛ مثل قاب لوازم خانگی که هم ظاهر زیبایی دارد و هم از نظر فنی دقیق طراحی شده است.
فرآیند گام‌به‌گام وکیوم فرمینگ
-
گیره: ورق پلاستیکی درون یک قاب قرار گرفته و ثابت می‌شود.
-
حرارت: ورق تا دمای مشخصی گرم شده و نرم می‌شود.
-
مکش: ورق نرم‌شده روی قالب قرار می‌گیرد و با مکش به آن می‌چسبد.
-
اگر قالب فرورفته (منفی یا ماده) باشد، باید سوراخ‌هایی برای عبور هوا در آن ایجاد شود.
-
-
سرد شدن: ورق شکل گرفته باید خنک شود؛ گاهی از باد یا اسپری سرد استفاده می‌شود.
-
جدا کردن: پس از خنک شدن، قطعه از قالب خارج می‌شود.
-
برش و پرداخت: بخش‌های اضافه برش خورده و لبه‌ها صاف می‌شوند.
فرآیند تشکیل خلاء
فرآیند شکل‌دهی خلاء شامل مراحل متعددی برای اطمینان از شکل‌دهی دقیق پلاستیک و با جزئیات مورد نیاز است. در اینجا نگاهی عمیق به هر مرحله داریم:
- بستن : برای شروع، یک ورق پلاستیکی به طور ایمن در داخل دستگاه بسته می شود. گیره ها باید به اندازه کافی قوی باشند تا ورق را در هنگام گرم شدن و شکل دهی ثابت نگه دارند. شکل‌دهی خلاء می‌تواند ورق‌هایی با ضخامت‌های مختلف، معمولاً تا 6 میلی‌متر با یک بخاری یا تا 10 میلی‌متر با بخاری‌های دوقلو را در خود جای دهد. اطمینان از محکم بستن پلاستیک به حفظ دقت در شکل نهایی کمک می کند.
- حرارت دادن : پس از گیره، ورق پلاستیکی تا دمای شکل گیری خود گرم می شود. معمولاً برای این مرحله از بخاری های مادون قرمز یا کوارتز استفاده می شود که امکان گرمایش یکنواخت در سراسر سطح ورق را فراهم می کند. گرمایش مداوم برای دستیابی به بهترین نتایج ضروری است، زیرا گرمایش ناهموار می تواند منجر به نقاط ضعیف یا اعوجاج شود. ماشین‌های سطح بالاتر ممکن است دارای کنترل‌های گرمایش منطقه‌ای باشند تا تنظیمات دقیق را انجام دهند و اطمینان حاصل کنند که هر ناحیه از ورق مقدار مناسب گرما را دریافت می‌کند.
- پیش کشش (اختیاری) : در برخی از ماشین ها، پیش کشش (همچنین به عنوان “حباب زدن” شناخته می شود) برای کمک به کنترل ضخامت مواد استفاده می شود. این شامل کمی باد کردن ورق پلاستیکی گرم شده، ایجاد یک شکل حباب قبل از برخورد با قالب است. پیش کشش ضخامت دیواره را تضمین می کند، که به ویژه زمانی مفید است که قسمت نهایی نیاز به استحکام ثابت در سراسر آن دارد.
- کاربرد خلاء : در حالی که پلاستیک اکنون در دمای شکل دهی بهینه است، ورق روی قالب قرار می گیرد و خلاء اعمال می شود. پمپ خلاء هوای بین ورق و قالب را خارج می کند و مکش قوی ایجاد می کند که پلاستیک را محکم روی سطح قالب می کشد. برای قطعات بزرگتر یا در جاهایی که به شکل دهی سریع نیاز است، ممکن است از یک مخزن خلاء برای اطمینان از یک خلاء قوی و ثابت استفاده شود که با سرد شدن پلاستیک شکل خود را حفظ کند.
- خنک‌سازی و رهاسازی : پس از شکل‌گیری، پلاستیک باید خنک و جامد شود تا بتوان به‌طور ایمن از قالب خارج شود. اگر قطعه خیلی زود آزاد شود، ممکن است تغییر شکل داده یا جزئیات را از دست بدهد، بنابراین خنک کردن آن بسیار مهم است. برخی از ماشین‌ها از فن‌های پرسرعت یا سیستم مه‌پاشی برای تسریع فرآیند خنک‌سازی استفاده می‌کنند، به‌ویژه زمانی که با پلاستیک‌های ضخیم‌تر یا کریستالی کار می‌کنند که سرد شدن آن‌ها بیشتر طول می‌کشد.
- برش و تکمیل : پس از خنک شدن کامل، پلاستیک تشکیل شده از قالب خارج می شود، اما ممکن است مواد اضافی در اطراف لبه ها داشته باشد. این مرحله پیرایش پلاستیک غیر ضروری را حذف می کند و محصولی تمیز و تمام شده باقی می گذارد. پیرایش را می توان با استفاده از روش های مختلفی از جمله برش CNC، گیوتینگ یا برش پرس، بسته به شکل، مواد و سطح جزئیات مورد نیاز انجام داد. در صورتی که محصول به سوراخ، شکاف یا عناصر تزئینی نیاز داشته باشد، ممکن است مراحل تکمیلی اضافی مانند سوراخ کاری یا چاپ نیز اعمال شود.
فرآیند شکل‌دهی خلاء بسیار سازگار است و آن را برای دوره‌های تولید کوتاه و طولانی ایده‌آل می‌کند. این امکان تنظیم سریع طراحی را فراهم می کند، به این معنی که با تجهیزات مناسب می توان به راحتی به اشکال پیچیده دست یافت.
مزایای وکیوم فرمینگ
-
هزینه پایین: برای تولیدات کم‌تیراژ (مثلاً ۲۵۰ تا ۳۰۰ عدد در سال) بسیار مقرون‌به‌صرفه است.
-
زمان تولید کوتاه: قالب‌ها سریع‌تر ساخته می‌شوند، به‌ویژه با استفاده از پرینت سه‌بعدی.
-
انعطاف در طراحی: قالب‌ها را می‌توان به راحتی با چوب، فوم، فلز یا پرینت سه‌بعدی ساخت.
-
سفارشی‌سازی بالا: امکان تولید قطعات شخصی‌سازی‌شده مثل نگهدارنده‌های دندان با قیمت مناسب.
-
سازگاری با مواد غذایی و پزشکی: پلاستیک‌هایی مانند HDPE بهداشتی و مقاوم در برابر مواد شیمیایی هستند و در صنایع غذایی و دارویی کاربرد دارند.
محدودیت‌های وکیوم فرمینگ
-
مناسب برای قطعاتی با دیواره‌های نازک و طراحی ساده
-
ضخامت دیواره‌ها ممکن است یکنواخت نباشد
-
برای قطعات بسیار بزرگ یا با شکل پیچیده، به صرفه نیست
کاربردهای وکیوم فرمینگ
این فرآیند در صنایع زیادی استفاده می‌شود:
خودروسازی: سپر، کف‌پوش، قطعات داخلی و بدنه وانت‌ها
صنعتی: جعبه‌های مقاوم، تجهیزات بزرگ، قطعات ضد حرارت و UV
بسته‌بندی و نمایش محصولات: بسته‌بندی محصولات مصرفی، نمایشگرهای تبلیغاتی
مواد غذایی: قالب شکلات، ظروف میوه، بسته‌بندی تخم‌مرغ
کالاهای مصرفی: اسباب‌بازی، چمدان سخت، وسایل دکوری
پزشکی: تری‌های دارویی، قطعات تخت بیمارستان، محفظه‌های دستگاه‌های تصویربرداری
افکت‌های ویژه و سفارشی‌سازی: ساخت دکور، لوازم تئاتر، سینما و نمایشگاه
انواع دستگاه‌های وکیوم فرمینگ
از دستگاه‌های رومیزی کوچک با قیمت های چند میلیارد تا ماشین‌آلات صنعتی گران‌قیمت، برای همه‌ی سطوح مهارت و بودجه گزینه‌ای وجود دارد.
-
صنعتی: برندهایی مثل Formech، Ridat، Belovac
-
رومیزی و خانگی: دستگاه‌هایی مثل Mayku FormBox
مواد مناسب برای وکیوم فرمینگ
پلاستیک‌های مختلفی برای این روش مناسب هستند:
-
آکریلیک (PMMA)
-
ABS
-
پلی‌کربنات (PC)
-
پلی‌اتیلن (PE)
-
PETG
-
پلی‌پروپیلن (PP)
-
پلی‌استایرن (PS)
-
PVC
انواع قالب‌های وکیوم فرمینگ
1. قالب پرینت سه‌بعدی: سریع، ارزان و بسیار دقیق برای تولید محدود و نمونه‌سازی.
2. قالب خمیری: مناسب برای نمونه‌سازی سریع، اما دوام کم دارد و فقط برای چند بار قابل استفاده است.
3. قالب چوبی: با دوام، مقرون‌به‌صرفه و مناسب برای تولید چندصدتایی؛ اما ممکن است در حرارت بالا تغییر شکل دهد.
4. قالب آلومینیومی: گران‌تر و مخصوص تولید انبوه، با طول عمر بسیار بالا.
5. فوم ساختاری: جایگزین اقتصادی‌تر برای آلومینیوم، سبک‌تر و نسبتاً بادوام.