قالب بادی چیست و فرآیند ساخت آن

قالب بادی چیست؟

قالب بادی یا قالب گیری بادی از جمله روش‌ های قالب گیری برای پلاستیک بوده و جهت ساخت محصولات توخالی و بطری از آن استفاده می شود. به این نوع قالب گیری، قالب گیری دمشی نیز گفته می ‌شود. در این روش با اعمال فشار، پلیمر داغ به قالب تزریق پلاستیک ریخته شده و شکل قالب را به خود خواهد گرفت. این فرآیند محدود به رزین های ترموپلاستیک می باشد.

از جمله این رزین ها می توان به پلی وینیل کلراید pvc،  پلی اتیلن pe  و پلاستیک مهندسی مثل پلی کربنات اشاره کرد. این روش از فرآیند دمیدن شیشه جهت تولید اشیا شیشه ای توخالی الهام گرفته است. قالب بادی سبب ایجاد ظروفی با دیواره های نازک و کاملا یکنواخت شده و مقرون به صرفه می باشد.

قالب بادی یکی از ابزارهای حیاتی در صنعت تولید بطری و محصولات توخالی است. این قالب‌ها به دلیل توانایی‌های منحصر به فرد خود، به نام دیگر قالب گیری دمشی نیز شناخته می‌شوند. در این مقاله، به بررسی اهمیت و کاربردهای قالب بادی، همچنین فرآیند ساخت آن خواهیم پرداخت.

کاربردهای قالب بادی

یکی از کاربردهای اصلی قالب بادی در صنعت تولید بطری و محصولات توخالی است. این قالب‌ها جهت تولید بطری‌های پلاستیکی با اشکال مختلف و ظاهری جذاب به کار می‌روند. فرآوری مواد پلاستیکی به کمک این قالب‌ها، امکان ایجاد محصولات با دقت بالا و انطباق مناسب با نیازهای بازار را فراهم می‌سازد.

اهمیت قالب بادی در صنعت

قالب بادی به عنوان یکی از اصلی‌ترین اجزای خطوط تولید بطری شناخته می‌شود. گروه صنعتی استوک پلاست، به عنوان یکی از پیشروان تولید خطوط تولید بطری و قالب‌های بادی، نقش بسیار مهمی در پیشبرد فناوری و بهبود فرآیندهای صنعت دارد. این گروه صنعتی با به‌کارگیری تکنولوژی‌های نوین، قالب‌های بادی را با کیفیت بالا و عملکرد بهینه تولید می‌کند.

فرآیند ساخت قالب بادی

فرآیند ساخت قالب بادی شامل چند مرحله اساسی است. از جمله این مراحل می‌توان به طراحی اولیه، ساخت قالب اصلی، نصب و راه‌اندازی در خط تولید، و تنظیمات نهایی اشاره کرد. گام به گام رفتن در این مراحل باعث تضمین کیفیت و کارایی بالای قالب بادی خواهد شد.

چالش‌ها و راهکارها

با توجه به اهمیت قالب بادی در صنعت، مسائلی نیز وجود دارند که ممکن است به چالش کشیده شوند. از جمله این چالش‌ها می‌توان به پایداری فرآیند تولید، بهینه‌سازی مصرف انرژی، و مواد اولیه با کیفیت اشاره کرد. استفاده از فناوری‌های پیشرفته و ایجاد راهکارهای نوآورانه می‌تواند به حل این چالش‌ها کمک کرده و صنعت را به سمت پیشرفت هدایت کند.

 تاریخچه قالب بادی

ساخت قالب بادی یا قالب گیری بادی همانطور که گفتیم از روش ساخت شیشه های پلاستیکی الهام گرفته است. استفاده از این روش نخستین بار توسط شرکت  Hartford Empire  و در سال ۱۹۳۰ تا ۱۹۴۰ صورت گرفت. در ابتدا تنها از این روش جهت ساخت محصولاتی چون تزیینات درخت کریسمس بهره برده می ‌شد. اما بعد از گسترش این روش در سال ۱۹۳۹ برای اولین بار قالب گیری بادی در آمریکا جهت تولید بطری های پلاستیکی استفاده گردید.

 روش انجام کار در قالب گیری بادی

فرآیند تولید قالب بادی یا قالب گیری بادی (Blow Molding) به روش های متداول ساخت ظروف و بطری‌ های شیشه‌ ای گفته می ‌شود. علت استفاده از این روش تولید ظروف تو خالی می باشد. در این روش لوله هایی از جنس پلاستیک مذاب را به درون قالب های تزریق اکسترود می کنند. سپس به داخل لوله پلیمری هوای فشرده را می دمند تا پلیمر ذوب شده بتواند به دیواره های قالب بچسبد. در مرحله بعد قالب را خنک کرده تا پلیمر به شکل قالب در آید. روش های استفاده از قالب های بادی روش قالب بادی یا قالب گیری بادی با سه روش صورت می گیرد:

قالب گیری تزریقی بادی Blow Molding Injection

این روش از قالب بادی نیاز به صرف زمان زیادی دارد. از آن جهت تولید ظروف یکبار مصرف و داروها به صورت انبوه استفاده می شود. در این روش یک پیش فرم اولیه از گرانول مذاب پلاستیک با بهره‌گیری از فرآیند تزریق پلاستیک آماده می شود. سپس در قالب اصلی به درون آن باد دمیده می گردد تا کاملا بتواند شکل قالب را به خود بگیرد.

با استفاده از این روش می توان به طور دقیق ضخامت دیواره های کار را کنترل نمود. این روش نیاز به قالب دیگری علاوه بر قالب نهایی محصول جهت ساختن پیش فرم محصول دارد. این روش به طور کلی در سه مرحله صورت می‌گیرد: تزریق، دمیدن و بیرون انداختن.

 قالب گیری  اکستروژن بادی  Extrusion Blow Molding

در این روش مواد اولیه مذاب پلاستیکی از بخش بالایی قالب اکسترود می شوند. سپس قالب بسته شده و درون آن هوای فشرده دمیده می گردد تا پلیمر به شکل قالب در بیاید. این فرآیند به دو صورت انجام می پذیرد:

روش پیوسته: در روش پیوسته پلاستیک مذاب توسط دستگاه اکسترود به شکلی مستمر اکسترود کرده و تشکیل روده را می دهد. در مرحله بعد دو نیمه قالب دور روده بسته می شوند. سپس هوای فشرده توسط پین وارد آن شده و سبب متورم شدن آن می گردد و در نهایت به شکل قالب در می آید.

بعد از سرد شدن قالب نهایتا در آن را باز نموده و قطعه را بیرون می آورند. مسئله مهم در اینجا این است که پیش از خروج قطعه از قالب بخش های اضافی آن حذف یا پلیسه گیری شوند. در نهایت محصولات در این روش به وسیله یک چاقوی مناسب به طور جداگانه قطع می گردند.

 روش متناوب: در این روش نیز دو فرآیند وجود دارد:

الف) در این بخش، قالب مشابه با قالب تزریقی بوده و در آن پیچ چرخیده و می ایستد. در انتها مواد مذاب به بیرون هدایت می گردند. در این روش وزن روده سبب حرکت عمودی روده شده و سبب دشوار شدن کالیبراسیون ضخامت دیواره می شود.

ب) با کمک روش انباشت، دستگاه انباشتگر اقدام به جمع آوری پلاستیک ذوب شده کرده تا وقتی که این مواد به اندازه کافی انباشته شوند. درون این مواد یک میله پلاستیکی مذاب فشار داده شده و تشکیل روده یا Parsion را می دهد. در این حالت پیچ به صورت متناوب یا مداوم می چرخد. دستگاه انباشتگر یا همان روش پیچ های برگشتی معمولا از سیستم های هیدرولیکی استفاده می کنند. با این کار روده ها را سریعا بیرون رانده و وزن آن را کاهش می دهند.

این روش به قالب گیری بادی تزریقی بسیار شبیه می باشد و برای تولید بطری های نوشیدنی به شکل انبوه استفاده می شود. با بهره گیری از این روش قطعاتی حجیم و بدون محدودیت در طراحی را می توان تولید کرد. اما در این روش دستگاه جای زیادی را اشغال کرده و هزینه بالایی نیاز دارد. البته پیش فرم قطعه را به شکلی جداگانه می توان به کارخانه تولید پت فروخت.

مزیت ‌های قالب های اکستروژن

در این قالب‌ ها نرخ تولید بالا بوده و هزینه ابزار مورد استفاده کم می باشد. تولید محصول آن هم با جداره های نازک و ضخیم ممکن می باشد. سیکل تولید معمولا کوتاه می‌ باشد. تولید همه محصولات از جمله ظروف توخالی ممکن است.

 معایب قالب های اکستروژن بادی

از جمله معایب قالب بادی اکستروژن می توان اشاره نمود به : در این روش ۲۰ تا ۴۰ درصد مواد به پسماند تبدیل می شوند. کنترل روی ضخامت دیواره معمولا محدود است. به تجهیزات جانبی متعددی نیاز داریم. نیاز به تکنیک بیشتر نسبت به روش قالب گیری تزریقی بادی. مشکلات مربوط به برش پلاستیک های اضافه و اصلاح آن ها.

 مزایای قالب گیری تزریقی

از جمله مزایای استفاده از قالب تزریقی بادی نیز می توان اشاره نمود به: پسماند تولیدی در این روش ناچیز است. در تمامی قطعات ضخامت جداره یکسان می باشد. وزن قطعه تا 1 درصد دارای اختلاف است. به تجهیزات جانبی نیاز نیست.

 معایب قالب گیری تزریقی بادی

سیکل تولید در این روش نسبت به قالب اکستروژن بادی طولانی تر می باشد. تولید قطعات دارای جداره نازک دشوار است. تولید ظروف توخالی و دسته دار سخت می باشد.

استفاده از قالب های بادی پلاستیکی در تهیه محصولات پلاستیکی

برای تولید قوطی و بطری های پلاستیکی باید فرآیند بادگیری و تزریق به صورت همزمان با هوای گرم صورت گیرد. مراحل کار به شکل زیر می باشد:

ابتدا مواد پلاستیکی را درون دستگاه ذوب و گرم می‌کنند. در مرحله بعد به وسیله سیلندر مخصوص دستگاه وارد قالب می گردد. سپس فرآیند بادگیری با استفاده از باد گرم انجام می گیرد. با این کار اصطلاحا لقمه اولیه ایجاد می گردد و سپس لقمه اولیه درون قالب توسط باد گرم پرفشار هل داده می‌ شود و به دیواره های قالب می چسبد.

در نهایت لقمه پلاستیکی اولیه به شکل اصلی قالب در می آید. پس از خنک شدن، قالب باز شده و قطعه خارج می گردد. از مهم ترین مراحل کار در استفاده از قالب بادی فرآیند خنک کاری و نیز دمیده گشتن باد گرم می باشد. در استفاده از این روش و مراحل به دانش و تجربه بالایی نیاز می باشد. هر چه تجربه شما بیشتر باشد قطعه نهایی نیز بی نقص تر خواهد بود.

 ویژگی های قالب های بادی

یک قالب بادی اگرچه از اجزا و قطعات بسیاری تشکیل شده، اما معمولا از دو نیمه مجزا تشکیل شده است. وقتی قالب بسته است، این دو نیمه تشکیل فضای بسته ای را داده که سبب ایجاد یک یا چند کویتی می گردند. قالب بطری ها به طور معمول دارای دو نیمه مشابه به هم هستند.

بقیه قطعات صنعتی به طور معمول شکل های پیچیده ‌ای دارند که منجر به استفاده از کشویی ها یا اینسرت ها در بدنه قالب می گردند . در قالب بادی بخش سنبله قالب معمولا معنایی ندارد. چون فشار باد به طور معمول کار مربوط به سنبله را انجام می دهد.فشار باد به وسیله پین هوا به درون قالب وارد می شود.

این فشار علاوه بر ورود هوا، کار شکل دادن درون گلویی بطری را هم عهده دار است. در قسمت پایین و بالای قالب بادی لبه‌ های قطع کننده قرار دارند که در هنگام بسته شدن قالب، اقدام به پرس بخش های اضافی محصول تهیه شده و جدا نمودن آن می کنند.

در اثر پرس شدن مواد در زمان بسته شدن قالب، به لبه های پرس فشار زیادی وارد می شود. بنابراین در همه قالب ها این قسمت ها به شکل اینسرتی و از فولاد مرغوب تهیه می گردند که باید عملیات حرارتی یا سخت کاری نیز حتما صورت گیرد.

 مزایای قالب های بادی

استفاده از قالب بادی دارای مزیت های مخصوص به خود می باشد که در ادامه به بررسی چند مورد از این مزیت ها می پردازیم:

از جمله مزیت‌ های این قالب ها می توان اشاره نمود به: هزینه پایین  قالب، ابزار توانایی تولید قطعات مربوط به قالب های پیچیده، نرخ تولید بالای محصول، استفاده نکردن از دست در طراحی یا انجام کارها بدون دخالت دادن دست انسان. بنابراین نیاز به نیروی کار خیلی کم می باشد. استحکام و دوام زیاد، تولید در اندازه های مختلف امکان پذیر می باشد.

بطری های ساخته شده به وسیله قالب بادی در صنایع شیمیایی و نفتی و نیز صنایع بهداشتی، آرایشی و خوراکی کاربرد دارند. از مواد پلاستیکی متفاوتی می توان در تهیه قالب بادی استفاده نمود. تیم فنی مهندسی استوک پلاست تولید و ساخت انواع قالب ها از جمله قالب های بادی را به طور کاملا تخصصی و حرفه ‌ای انجام می‌ دهد. این تیم زیر مجموعه شرکت آذر اندیشان طراح می باشد. این گروه در زمینه مشاوره در امور مربوط به تولید و نیز خرید و فروش انواع قالب های صنعتی آماده به کار می ‌باشند.

قالب های بادی معمولا بیش از 99% آن محصولاتی که تولید می شوند به وسلیه آن ها قابلیت بازیافت دوباره دارند و این یعنی مواد اولیه ارزان قیمت تر و در نتیجه فروش بیشتر در محصولات آن .

 معایب قالب های بادی

از جمله معایب قالب بادی نیز می توان اشاره نمود به: محدودیت در حفره های مربوط به قالب، مقاومت پایین به خاطر افزایش خواص، چند لایه بودن تیوب، استفاده متناوب از مواد متفاوت در این امر سبب می شود تا قابل بازیافت نباشد. جهت استفاده از شیشه های عریض باید از برش دهنده های چرخشی استفاده نمود.

 خنک کردن قالب بادی

در قالب بادی سیستم های خنک کاری در بهبود و کیفیت قطعه نقش مهمی را دارند. دو نیمه قالب حتما باید خنک کاری گردد تا قطعه به راحتی و سریع سرد شود. هم چنین سیال خنک کننده تا دمای بین ۴ الی ۲۰ درجه سانتی گراد باید خنک شود. این دماها می تواند رطوبت اطراف دیواره های قالب را تقطیر کند. معمولا آب (سیال خنک کننده) درون یک سیکل جریان داشته و منجر به انتقال حرارت جذب شده از قالب به بیرون می شود.

پران قطعه از قالب های بادی

در قالب بادی قطعه تولید شده را با توجه به ساختمان مورد استفاده می توان به سمت پایین یا به سمت جلو از قالب جدا کرد. بیشتر ماشین های تولید بادی، سیستم پران اتوماتیک دارند. در این ماشین‌ ها صفحه پایین پران، قطعه را به طرف پایین یا جلو هل می دهد. اگر چنانچه اندازه قطعه خیلی بزرگ نباشد، به طور معمول عمل پران به واسطه فشار هوا صورت می گیرد. قطعات حجیم و بزرگ به طور معمول توسط اپراتور و به روش دستی از قالب جدا می گردند.

تولید قالب های همراه با کشش

در این روش تولید قالب بادی، قبل از دمیدن باد به ماده، کشش از هر دو محور به صورت افقی و عمودی صورت می گیرد. این مسئله سبب می ‌شود تا ظروف حاصل، استحکام بالا و درخشندگی زیاد داشته باشند. در روش تولید قالب بادی به شکل کششی وزن ماده اولیه معمولا از روش فشاری کمتر می باشد.

فرآیند های قالب گیری کششی بادی

این روش ساخت قالب بادی به دو فرآیند تقسیم می‌ شود: تک مرحله‌ای و دو مرحله‌ای. تفاوت میان دو روش در نوع استفاده آن ها از پیش فرم یا  Preform  می باشد. در ادامه به بررسی این دو فرآیند می پردازیم:

 فرآیند های تک مرحله‌ای

در این فرآیند ماده مذاب درون یک دستگاه به روده یا Parison تبدیل می شود. سپس آن را به درون قالب پیش فرم می ریزند. بنابراین تا زمانی که تحت دمش هوای فشرده است گرم نگه داشته می شود. اکنون پیش فرم به وسیله میله ای در جهت محور قرار گرفته و شکل نهایی محصول حاصل می‌گردد. در نهایت بعد از سرد شدن و نیز کامل شدن فرآیند به وسیله پین های در نظر گرفته شده محصول به دست آمده از قالب خارج می شود.

فرآیند تک مرحله‌ای معمولا به دو روش تقسیم می گردد: دستگاه های سه ایستگاهی و نیز دستگاه های چهار ایستگاهی. روش چهار ایستگاهی شامل چهار مرحله: تزریق، گرم نمودن ، بادی کششی و نیز خروج قطعه می باشد. این روش نسبت به روش سه ایستگاهی هزینه بیشتری داشته زیرا در روش سه ایستگاهی مرحله های گرم نمودن مجدد و نیز گرمای نهان از پیش فرم حذف می گردند.

 فرآیند های دو مرحله‌ای

برخلاف فرآیند تک مرحله‌ای در این فرآیند از قبل پیش فرم ها آماده شده‌ اند. مهم ترین تفاوت بین این تکنیک و فرآیند تک مرحله‌ای وجود یک مرحله گرمایش مجدد در پیش فرم می باشد. در این فرآیند نخست ماده پلیمر توسط فرآیند قالب گیری تزریقی به صورت پیش فرم در می آید. بعد از خنک شدن به درون دستگاه قالب گیری کششی بادی شده و مجددا حرارت می بیند.

این حرارت به وسیله اشعه مادون قرمز انجام می شود. در آخر نیز توسط هوای فشرده و نیز سرد کردن، محصول نهایی به دست خواهد آمد. بیشتر از ۸۰ درصد از بطری های نوشیدنی موجود در بازار در حال حاضر با روش فرآیند دو مرحله‌ای تولید می گردند.

 مزایای فرآیند تک مرحله‌ای

این فرآیند در دوره ‌های کوتاه و برای حجم کم خیلی مناسب می باشد. محصول نهایی بدون عیب ظاهری و شفاف می باشد. کنترل کردن اصولی و مناسب فرآیند تولید پیش فرم، هم چنین تولید بطری هایی با طول زیاد نسبت به عرض امکان پذیر می باشد. در این روش انعطاف پذیری مناسبی وجود دارد.

 معایب فرآیند تک مرحله ای

در این فرآیند سیکل تولید بسیار طولانی می باشد. در طراحی بطری محدودیت وجود دارد. یکنواختی در ضخامت دیواره های محصول وجود ندارد. زمان کارکرد تولید بالا بوده و تقریبا ۲۴ ساعت زمان لازم دارد.

 مزیت های فرآیند های دو مرحله ای

در این فرآیند سیکل زمانی کوتاه بوده و حجم تولید بسیار زیاد می باشد. طراحی محصولات آسان و بدون محدودیت است. دیواره بطری توسط مرحله پیش گرمایش یکنواخت بوده و کنترل دما بسیار مناسب می باشد. امکان فروش پیش فرم به بقیه وجود دارد. ساخت محصول در طرح های متفاوت مثل شکل های مستطیل و استوانه و بیضی وجود دارد.  فرآیند تولید بدون تولید ضایعات در هر زمانی ممکن می باشد.

 معایب مربوط به فرآیند های دو مرحله‌ای

از جمله معایب این فرآیند می ‌توان اشاره نمود به: نامناسب بودن طراحی پیش فرم خریداری شده با قالب های دستگاه کششی بادی و عدم هم خوانی آن ها. نیاز به هزینه زیاد جهت سرمایه‌گذاری، نیاز به فضای زیاد جهت نگهداری ابزارآلات.

 پلیمرهای مناسب برای قالب گیری بادی

پلی اتیلن های دارای وزن بالا

اولین پلاستیک های کاربردی در جهان پلی اتیلن های سنگین وزن هستند. بسیاری از محصولات پلاستیکی از این مواد و با روش بادی ساخته می شوند. پلی اتیلن های سنگین وزن در ساخت محصولاتی چون پوشش مایعات (روغن موتور، شامپو)، کولر و مخزن سوخت به کار می روند.

این ماده شفاف بوده و راحت تر رنگ می پذیرد. از نظر شیمیایی ساکن و بی اثر می باشد. این ماده ایمن ترین نوع پلاستیک بوده که توسط سازمان دارو و غذا تایید شده است. پلی اتیلن سنگین دارای بیشترین نوع بازیافت می باشد.

قالب بادی

 پلی اتیلن های دارای وزن کم یا سبک وزن

این پلی اتیلن ها شامل پلی اتیلن هایی با وزن کم، به صورت خطی و نیز به شکل ترکیبی با پلی اتیلن وینیل استات می باشند. این پلی اتیلن برای محصولات سبک تر استفاده می شود که مقاومت بالایی در مقابل ترک های حاصل از انعطاف پذیری یا فشار دارند.

هر چقدر میزان اتیلن وینیل استات در آن بیشتر باشد، ماده قالب گیری وزن کمتری داشته و سبک تر می باشد. بزرگترین کاربرد پلی اتیلن سبک وزن تولید کیسه های پلاستیکی می باشد. هم چنین این ماده شفاف و رنگ پذیر می باشد. از نظر شیمیایی نیز بی اثر است.

پلی پروپیلن

این ماده تحت عنوان دومین پلاستیک در دنیا شناخته می ‌شود. بیشترین مصرف را داشته و توسط قالب گیری تزریقی ساخته می شود. این ماده بسیار به پلی اتیلن سنگین وزن شباهت دارد. اما چگالی آن کمی پایین تر می باشد و استحکام بیشتری دارد. به همین دلیل دارای مزیت هایی در قیاس با پلی اتیلن می باشد. این ماده برای محصولاتی که در معرض دمای زیاد قرار دارند استفاده می شود. نظیر لوله های دستگاه ظرفشویی، تجهیزات پزشکی که باید به وسیله اتوکلاو استرلیزه گردند.

 تفاوت قالب بادی و قالب تزریقی

قالب بادی و قالب تزریقی هر دو از بهترین روش ها در تولید قطعات پلاستیکی مقرون به صرفه و با کیفیت می باشند. قالب گیری بادی در قیاس با قالب گیری تزریقی هزینه کمتری دارد. هزینه های مربوط به ماشین آلات نیز کمتر می باشد. قالب بادی ساخت یکپارچه ‌ای داشته و در آن نیازی به متصل نمودن نیمه‌ های قطعه به یکدیگر نیست.

با استفاده از قالب های بادی می توان شکل هایی را تولید کرد که با استفاده از قالب تزریقی نمی توان این کار را نمود. دقت قالب تزریقی نسبت به قالب بادی بیشتر بوده و به همین دلیل گران تر می باشد. البته قالب تزریقی معمولا در پروژه‌ هایی که هزاران قطعه مشابه نیاز می باشد و برای سفارشات با تولید انبوه و حجم بالا ایده آل می باشد. در این قالب ها جریان مواد کنترل می ‌شود. زیرا بین نیمه های قالب باید مطابقت زیادی وجود داشته باشد.

 انواع قالب بادی

انواع قالب های بادی معمولا بر اساس عملکرد و جنس بدنه تقسیم می ‌شوند. استفاده از هر کدام از این جنس ها به نیاز مشتری و نیز محصول نهایی بستگی دارد. بر اساس جنس بدنه قالب ها به دو دسته تقسیم می گردند:

 قالب های پت یا PET

جنس این قالب‌ها معمولا از آلومینیوم می باشد.

قالب های پلی اتیلن یا Polyethylene

جنس این قالب ها نیز معمولا از فولاد بوده و نسبت به قالب ‌های پت استحکام بیشتری در دماهای بالاتر دارند.

نتیجه‌گیری:

قالب بادی به عنوان ابزاری حیاتی در صنعت تولید بطری و محصولات توخالی با اهمیت بسیاری مواجه است. گروه صنعتی استوک پلاست با تولید قالب‌های بادی متنوع و با کیفیت، نقش بزرگی در پیشبرد فناوری و بهبود فرآیندهای صنعت دارد. با ایجاد و استفاده از این قالب‌ها، تولید محصولات پلاستیکی با کیفیت و استانداردهای بالا تضمین می‌شود.