ترموفرمینگ (thermoforming) کلمه‌ای است دو بخشی و به فرایند گرم‌کردن ورق ترموپلاستیک تا نقطه نرم‌شدن آن، گفته می‌شود. ورق پلاستیک روی یک قالب یک‌طرفه کشیده شده و سپس پردازش می‌گردد و نهایتاً به شکل دلخواه خنک می‌شود. متداول‌ترین روش‌ها برای شکل‌دهی ورق‌ها عبارت‌اند از شکل‌دهی خلأ (vacuum-forming)، شکل‌دهی تحت‌فشار (pressure-forming) و شکل‌دهی مکانیکی (mechanical forming). ترموفرمینگ کاربردهای بی‌شماری دارد و در چندین صنعت مختلف استفاده می‌شود.
در واقع ترموفرمینگ یک اصطلاح کلی است که به فرایند تبدیل یک ورق پلاستیکی از نوع گرمانرم به شکل سه‌بعدی با استفاده از گرما، خلاء و فشار اشاره دارد و به روش‌هایی مانند قالب‌گیری تزریقی برتری دارد. ترموپلاستیک‌ها به‌نوعی پلاستیک ساخته شده از رزین‌های پلیمری اطلاق می‌شود که هنگام گرم‌شدن هموژنیزه (همگن) می‌شوند.
- در روش شکل‌دهی خلأ، بخشی از پلاستیک به روش گرم‌کردن و کشش پلاستیک در قالب با استفاده از شرایط خلأ، شکل می‌گیرد. به طور معمول قالب باز است و نیروی وارد بر تشکیل ورق در حدود 15 psi محدود می‌شود.
- شکل‌دهی تحت‌فشار، همان‌طور که مشخص است، شامل اعمال فشار به ابزارها است. در این روش هم از شرایط خلأ و هم فشار هوای مثبت استفاده می‌شود. این فرایند 3 تا 4 برابر فشار شکل‌دهی نسبت به حالت خلأ ایجاد می‌کند؛ بنابراین می‌توان جزئیات ظریفی مانند بافت‌های سطحی را بدون تحمیل هزینه‌های اضافی روی قالب شکل داد.
- روش دیگری برای ترموفرمینگ وجود دارد، به نام شکل‌دهی حرارتی دو ورقی که دو قالب در فرایند آن دخیل هستند، یکی در بالا و دیگری در پایین؛ بنابراین دو ورق پلاستیک باید هم‌زمان گرم شوند و فرم بگیرند. سپس یک اتصال به فرم ذوب شده در اطراف قالب ایجاد می‌شود درحالی‌که فشار هوا بین ورق‌های تزریق می‌گردد. این فرایند برای تشکیل قسمت‌های توخالی که به شکل بالا و پایین مشخصی نیاز دارند ایده‌آل است.
مراحل ترموفرمینگ
مانند هر فرآیندی، روش‌های مختلفی برای ترموفرمینگ وجود دارد. فرآیند معمولی آن، مراحل زیر را طی می‌کند:
- طراحی
- نمونه‌سازی
- شکل‌دهی نهایی
- تولید
مزیت‌های ترموفرمینگ چیست؟
این روش دارای مزایای بسیاری است که آن را به یک فرایند مطلوب نسبت به سایر انواع قالب‌گیری تبدیل می‌کند. برخی از این مزایا عبارت‌اند از:
- صرفه‌جویی در زمان و هزینه
- کاربردی برای قطعات بزرگ
- آسان برای اضافه‌کردن جزئیات
- آزادی طراحی
- امکان اصلاح سریع طراحی و قالب
تجهیزات مورداستفاده برای ترموفرمینگ
فرایند ترموفرمینگ به چند قطعه تجهیزات نیاز دارد که البته با تغییر روش شکل‌دهی، ممکن است این ابزارها نیز تغییر کنند. پیش از هر چیز به دستگاه‌های شکل‌دهنده فشار یا خلأ نیاز است. همچنین به یک ترانسفورماتور روتاری سه یا چهار ایستگاه نیاز دارد. عملیات ثانویه فرایند نیاز به روترهای رباتیک CNC دارد. فرایند به قالب‌های آلومینیومی ماشینی، قالب‌های آلومینیومی ریخته‌گری، قالب‌های کامپوزیت یا موقت نیاز دارد. البته دستگاه‌های تخصصی این روش، تمامی مراحل را پوشش می‌دهند.
مواد اولیه ظروف ترموفرمینگ
یکی از بهترین جنبه‌های ترموفرمینگ، تطبیق‌پذیری آن است. این ویژگی را می‌توان در تعداد زیادی از موادی که می‌توان استفاده کرد، مشاهده کرد. هر ماده دارای کاربردها و عملکردهایی است که آن را برای ظرف خاصی مناسب می‌کند:
- ABS (آکریلونیتریل بوتادین استایرن): یک ماده معمولی است که سفتی و استحکام ضربه خوبی دارد. تقریباً در رنگ‌های بسیار و همچنین چندین بافت وجود دارد.
- اکریلیک (پلی متیل متاکریلات، پلکسی‌گلاس یا PMMA): ماده‌ای شفاف و مقاوم در برابر سایش است که آن را به‌راحتی می‌توان شکل داد، در گریدهای اصلاح‌کننده ضربه‌پذیری و رنگ‌های متنوعی موجود است.
- HDPE (پلی‌اتیلن با چگالی بالا): این ماده در برابر ضربه و مواد شیمیایی مقاوم است. همچنین دارای خواص فوق‌العاده‌ای در دمای سرد است. بااین‌حال، به‌اندازه بسیاری از مواد موجود دیگر پایدار نیست.
- HIPS (پلی‌استایرن مقاوم به ضربه): این ماده ارزان و با تنوعی رنگی بالاست که به‌راحتی شکل می‌گیرد. البته در مقایسه با مواد دیگری مانند ABS شکننده‌تر است.
- HMPWE (پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بالا): این ماده دارای استحکام در برابر ضربه بالا، مقاوم در برابر مواد شیمیایی و سوراخ‌شدن است. در تولید مفصل مصنوعی پزشکی، چوب‌های اسکی و بطری از این ماده استفاده می‌شود.
- KYDEX (ترکیب PMMA/PVC): یک ماده همه‌منظوره خوب است که در برابر مواد شیمیایی و ضربه‌های سنگین مقاوم است و در رنگ‌ها و بافت‌های زیادی موجود است.
- LEXAN: در برابر شعله مقاوم، ضد خش است و مقاومت خوبی در شرایط تغییرات آب‌وهوایی دارد.
- PC (پلی‌کربنات): پی کربنات دارای استحکام در برابر ضربه فوق‌العاده بالایی است. همچنین شفاف و مقاوم در برابر درجه حرارت بالا است.
- PEI (پلی تریمید Ultem): تحمل حرارتی این ماده بسیار بالاست و قابل اتوکلاو بوده و دارای رنگ کهربایی طبیعی است.
- PET (پلی‌اتیلن‌ترفتالات): پت معمولاً برای تولید بسته‌بندی مواد غذایی استفاده می‌شود. شفاف و ارزان است و می‌تواند گواهی FDA بگیرد.
- PETG (پلی‌اتیلن‌ترفتالات گلیکول): این ماده شفاف و مقاومت آن در برابر ضربه عالی است. همچنین به‌خوبی شکل می‌گیرد. این ماده برای تولید ظروف پزشکی نیز ایده‌آل است.
- PP (پلی‌پروپیلن): PP ماده دارای مقاومت شیمیایی عالی و ساختاری سفت است و مقاومت در برابر ضربه خوبی دارد. در دماهای بالاتر عملکرد آن خوب است؛ اما از نظر ابعادی به‌اندازه سایر مواد پایدار نیست.
- پی‌وی‌سی (پلی‌وینیل‌کلراید): این ماده سفت‌وسخت قوی است و مقاومت ضربه‌ای خوبی دارد. همچنین ضد شعله است. بااین‌حال، کمتر در دسترس است.
کاربردهای ترموفرمینگ
فرایند ترموفرمینگ را می‌توان برای تولید محصولات مختلفی مورداستفاده قرار داد. رایج‌ترین آنها عبارت‌اند از:
- بسته بندی تاشو
- انواع بلیستر دارو و غذا
- سینی‌ها و روکش مواد
- بسته بندی پزشکی
- ظروف سخت غذا (ترموفرمینگ غذا)
منابع:
