Sprøjtestøbning er en fremstillingsproces, der i vid udstrækning bruges til at fremstille genstande fra legetøj og plastiktrinketter til kropsplader til bilindustrien, vandflasker og etui til mobiltelefoner. En flydende plast tvinges ind i en form og hærder - det lyder enkelt, men er en kompleks proces. De anvendte væsker varierer fra varmt glas til en række plastmaterialer - termohærdning og termoplast.
Historie
Den første sprøjtestøbemaskine blev patenteret i 1872, og celluloid blev brugt til at fremstille enkle hverdagsartikler såsom hårkam.
Lige efter anden verdenskrig blev der udviklet en meget forbedret sprøjtestøbningsproces - 'skrueindsprøjtning' og er den mest anvendte teknik i dag. Dets opfinder, James Watson Hendry, udviklede senere 'blæsestøbning', der bruges for eksempel til at fremstille moderne plastflasker.
Typer af plast
Den anvendte plast ved sprøjtestøbning er polymerer - kemikalier - enten termohærdende eller termoplast. Termohærdende plastik indstilles ved påføring af varme eller gennem en katalytisk reaktion. Når de er hærdet, kan de ikke ommeltes og genanvendes - hærdeprocessen er kemisk og irreversibel. Termoplast kan imidlertid opvarmes, smeltes og genanvendes.
Termohærdende plast inkluderer epoxypolyester- og phenolharpikser, medens termoplastmaterialer inkluderer nylon og polyethylen. Der er næsten tyve tusind plastforbindelser til rådighed til sprøjtestøbning, hvilket betyder, at der er en perfekt løsning til næsten ethvert støbebehov.
Glas er ikke en polymer, og det passer derfor ikke til den accepterede definition af termoplast - skønt det kan smeltes og genanvendes.
Formen
Fremstilling af forme har historisk set været et meget dygtigt håndværk ('die-making'). En form er normalt i to hovedsamlinger, der er klemt sammen i en presse. At fremstille en form kræver ofte komplekst design, flere maskindrift og en høj grad af dygtighed.
Værktøjet er normalt stål eller berylliumkobber, der bruges til formfremstilling kræver varmebehandling for at hærde det. Aluminium er billigere og lettere at bearbejde og kan bruges til kortere produktion. I dag har computerstyret fræsning og gnist erosion ('EDM') teknikker muliggjort en høj grad af automatiseringen af processen med skimmelfremstilling.
Nogle forme er designet til at fremstille flere relaterede dele - for eksempel et model-flysæt - og disse er kendt som familieforme. Andre skimmeldesigns kan have flere eksemplarer ('indtryk') af den samme artikel produceret i et 'skud' - det vil sige en injektion af plast i formen.
Sådan fungerer sprøjtestøbning
Der er tre hovedenheder, der udgør en sprøjtestøbemaskine - fodtragten, varmelegemet og stammen. Plasten i tragten er i granulær form eller pulverform, skønt nogle materialer såsom silikongummi kan være en væske og muligvis ikke kræver opvarmning.
Når den er i varm væskeform, tvinger stammen ('skrue') væsken i den tæt klemte form, og væsken sætter sig. Mere tyktflydende smeltet plast kræver højere tryk (og højere presbelastning) for at tvinge plasten ind i hver spalte og hjørne. Plasten afkøles, når metalformen leder varme væk, og derefter cykles pressen for at fjerne støbningen.
Til termohærdende plast opvarmes formen imidlertid for at indstille plasten.
Fordele ved sprøjtestøbning
Sprøjtestøbning gør det muligt at fremstille komplekse former, hvoraf nogle kan være næsten umulige at fremstille økonomisk på nogen anden måde.
Det brede udvalg af materialer muliggør næsten nøjagtig matching af de fysiske egenskaber, der kræves af artiklen, og flerlagsstøbning muliggør skræddersyning af mekaniske egenskaber og attraktivt visuelt udseende - selv i en tandbørste
I volumen er det en lav prisproces, der hævdes med minimal miljøpåvirkning. Der skabes lidt skrot i denne proces, og skrot, der produceres og genanvendes og genanvendes.
Ulemper ved sprøjtestøbning
Investeringen i værktøjsmaskiner - at fremstille formen - kræver typisk produktion af høj mængde for at gendanne investeringen, skønt dette afhænger af den bestemte artikel.
Produktion af værktøjet tager udviklingstid, og nogle dele egner sig ikke let til et praktisk formdesign.
Injektionsstøbningens økonomi
Selv om det er relativt høje omkostninger, kan en form af høj kvalitet være i stand til at vise hundreder af tusinder af 'indtryk'.
Selve plastikken er ret billig og på trods af den energi, der kræves til at opvarme plasten og cykle tryk på (for at fjerne hvert indtryk), processen kan være økonomisk for selv de mest basale ting, såsom flaske kasketter.
Billig sprøjtestøbning har i sidste ende ført til engagement - for eksempel barbermaskiner og kuglepenne.
Med flere hundrede nye plastforbindelser, der udvikles hvert år og moderne formfremstillingsteknikker, er sprøjtestøbning helt sikkert fortsat stigende i brug i de næste 50 år. Selvom termohærdende plast ikke kan genanvendes, er brugen, især til komponenter med høj præcision, også indstillet til at vokse.