Injecția de plastic a început la sfârșitul anilor 1800 ca o modalitate de a crea piese de plastic precise rapid și eficient. Acest proces a creat industria de plastic și a schimbat modul în care elementele de zi cu zi, cum ar fi jucării, containere și piese de mașini au fost făcute.
În acest blog, veți afla despre istoria de injecție de plastic mulaj, care vă ajută să înțelegeți cum formează lumea din jurul vostru și de ce este atât de larg utilizat.
Pionierii şi primii inovatori
Primele activități din industria formării prin injecție a plasticului au influențat evoluția materialelor plastice. Oameni importanți și schimbările din industrie au dus la apariția unor utilaje noi, a unor materiale mai bune și la utilizarea tot mai largă a plasticului în produse.
Invenţia lui Ioan şi Isaia Hyatt
Formarea prin injecție a plasticului datează din perioada în care John Wesley Hyatt și fratele său, Isaiah Hyatt, au inventat prima mașină de formare, în 1872. Mașina lor folosea un piston pentru a împinge celuloidul fierbinte într-o formă. Pentru prima dată, piesele din plastic puteau fi fabricate zilnic în cantități mari.
Fraţii Hyatt sunt angajaţi de un producător de bile de biliard care caută o alternativă la fildeş, deoarece scăderea populaţiei de elefanţi a crescut costurile pentru produsele din fildeş. În timp ce bilele lor celuloid biliard nu au fost un succesor perfect, deoarece au avut tendinţa de a exploda cu o crăpătură puternică la un impact puternic, ei au demonstrat încă potenţialul materialelor sintetice.
Prima mașină a fraților era relativ simplă. Avea un cilindru încălzit, un piston acționat adesea cu o manetă manuală și o clemă care ținea închisă forma din două părți. Procesul necesita multă muncă manuală, iar încălzirea era neuniformă, însă a reprezentat un început revoluționar. Ulterior, au început să producă nasturi, piepteni și alte obiecte mici. Mașina familiei Hyatt a stabilit standardul pentru primele procese de producție a plasticului.
Avansare de Hyatt Brothers
John Wesley Hyatt a recunoscut limitele proiectului inițial și a continuat să inoveze. A dezvoltat și a brevetat o formă cu mai multe cavități, care permitea producerea simultană a mai multor piese identice într-un singur ciclu, mărind considerabil producția. De asemenea, a experimentat diferite metode de răcire pentru a reduce timpii de ciclu. Aceste îmbunătățiri revoluționare au fost esențiale pentru a convinge producătorii că formarea prin injecție putea fi viabilă comercial.
Compania fraţilor Hyatt a prosperat, producând nu numai bile de biliard, ci şi o gamă largă de produse celuloide, de la plăci dentare şi chei de pian la gulere de cămaşă şi cătuşe, care erau cunoscute ca inflamabile, dar extrem de populare.
Dezvoltarea in industria productiei de plastic
Până la sfârşitul anilor 1800 şi începutul anilor 1900, alţi inventatori şi companii au început să folosească şi să îmbunătăţească maşina fraţilor Hyatt. Industriile au văzut beneficiile părţilor din plastic, cum ar fi costul scăzut şi capacitatea de a crea noi forme.
Un moment crucial a venit în 1909 cu inventia de Bakelite de Leo Baekeland. Acesta a fost primul adevarat plastic sintetic care nu conține molecule găsite în natură. Bakelite a fost un material termoset, ceea ce înseamnă că a întărit permanent atunci când încălzite, și a avut o excelenta non-conductivitate electrică și rezistență la căldură. Baekeland a inventat, de asemenea, o mașină specială de turnare injecție pentru a procesa noul său material. Brevetul pentru mașina lui „Bakelizer” și materialul însuși a deschis în întregime noi piețe, în special în industriile electrice și auto rapid în creștere pentru componente, cum ar fi capace distribuitori, dulapuri radio, și locuințe telefonice.
În anii 1920 şi 1930 s-a realizat dezvoltarea de noi materiale termoplastice, cum ar fi polistirenul şi clorura de vinil (PVC), care ar putea fi topite şi remodelate în mod repetat. Acest lucru a făcut o posibilitate de reciclare a resturilor de plastic direct în fabrică. În acelaşi timp, formele solubile de acetat de celuloză pentru injecţia din plastic, cum ar fi Cellit şi Cellon, au fost dezvoltate de Arthur Eichengrün în 1903 şi, respectiv, 1939, oferind o formă de pulbere mai puţin inflamabilă şi rezistentă la injecţie a plasticului.
În această perioadă, chimiștii germani de la BASF au început de asemenea pionieratul utilizării extruderilor cu șurub pentru materiale plastifiante, un concept care ulterior ar fi critic pentru procesul de fabricare a injecției. În timp ce mașinile cu piston au rămas dominante, etapa a fost stabilită pentru un salt tehnologic major. Cererea de bunuri de consum ieftine și produse în masă în perioada interbelică a alimentat construcția de mașini cu piston mai mari, mai automatizate, deși încă se luptau cu controale asupra temperaturii injecției și a coerenței din plasticul topit.
Pe măsură ce tehnologia a avansat, maşinile ar putea produce părţi mai mari cu o precizie mai mare. Acest lucru le-a permis consumatorilor să găsească produse din plastic în mai multe locuri, de la maşini la electronice. Răspândirea mulajelor de injecţie a făcut ca producţia de plastic şi serviciile de mulaj prin injecţie să fie mult mai frecvente până la mijlocul anilor 1900.
Extinderea în timpul celui de – al doilea război mondial
În timpul celui de-al doilea război mondial, injecţia de plastic a devenit rapid un proces esenţial. Putem observa progrese majore în materie de materiale şi metode de fabricaţie care susţin războiul.
Inovarea materialelor pentru producția în masă
Efortul de război a sporit semnificativ cererile de materiale noi cu proprietăţi specifice. Nylon, inventat chiar înainte de război, a fost rapid deviat de la utilizarea sa intenţionată în ciorapi pentru a deveni un material critic pentru paraşute, frânghii şi rulmenţi. Acrilics a oferit o alternativă rezistentă la spargere a sticlei pentru coronamente de aeronave. Polietilenă, descoperită accidental de chimiştii britanici în anii 1930, a devenit indispensabilă ca material izolant pentru cablurile radar, oferind forţelor aliate un avantaj tehnologic semnificativ.
Procesul de injecție a fost perfect potrivit pentru producerea în masă a mii de componente esențiale cu consistența și viteza necesare. Această perioadă a forțat o accelerare fără precedent în știința polimerilor și expansiunea rapidă a producției de plastic.
De exemplu, fitilurile de proximitate în cochilii de artilerie necesitau componente din plastic mici, perfect formate pentru a adăposti fragilele lor mecanisme electronice. Consistenţa oferită prin modelare era mult superioară altor metode de fabricaţie cum ar fi maşinarea sau turnarea prin compresie. Această eră a afectat relaţia dintre complexul militar-industrial şi industria maselor plastice, un parteneriat care va continua să conducă inovaţia timp de decenii.
Rolul în industria prelucrătoare
Războiul a dus, de asemenea, la progrese importante în tehnicile de fabricare a formelor. Nevoia de a produce rapid piese noi a impus realizarea mai rapidă și mai durabilă a formelor. Aceasta a stimulat utilizarea unor oțeluri de scule mai bune și a unor procese de prelucrare mai precise. În plus, cererea intensă de piese din plastic a făcut esențial conceptul de „proiectare pentru fabricabilitate”; inginerii trebuiau să proiecteze piese care puteau fi produse eficient și fiabil pe mașinile de formare prin injecție, ținând cont de factori precum grosimea pereților, proiectarea nervurilor și poziționarea punctului de injecție. Această abordare a devenit o componentă permanentă a ingineriei industriale.
De asemenea, a existat o trecere clară de la metal la plastic pe măsură ce deficitul de oțel a crescut. Producătorii se bazează pe procesul de turnare pentru a face piese care se potrivesc toleranțe stricte și au o calitate uniformă. Acest lucru este vital pentru lucruri, cum ar fi echipamente de comunicare și dispozitive medicale.
Cu sfârşitul războiului, capacitatea industrială masivă construită pentru producţia de plastic a fost redirecţionată către bunuri de consum. Producătorii care perfecţionaseră arta de a face piese de plastic robuste şi de încredere pentru armată au aplicat acum această expertiză pentru a crea produse accesibile pentru casă. Acest lucru a dus la „epoca plastică” a anilor 1950 şi 60, în cazul în care produsele din plastic injectate de la containere Tupperware şi jucării la aparate casnice şi mobilier a devenit simboluri ale vieţii moderne.
Istoria modernă a injecției de plastic
Maşinile de injecţie s-au schimbat mult în timp. Primele modele au folosit modele simple, dar maşinile mai târziu au adus noi tehnologii care au făcut producţia mai rapidă şi mai eficientă.
De la plonjor la mașini de injecție cu șurub extrudare
Primele mașini de formare prin injecție, inventate la sfârșitul anilor 1800, foloseau un sistem cu piston. Granulele de plastic erau încălzite până se înmuiau, apoi pistonul împingea plasticul topit într-o formă. Aceste mașini erau simple, dar aveau câteva probleme.
Problema fundamentală cu pistonul a fost incapacitatea sa de a omogeniza topirea. Plasticul cel mai aproape de pereţii încălzit ai cilindrului s-ar supraîncălzi şi degrada de multe ori în timpul procesului de injectare, în timp ce materialul din centru nu ar putea fi complet topit. Acest lucru a condus la părţi cu semne vizibile splay, integritate structurală slabă, şi variaţii de culoare. Pentru a aborda parţial acest lucru, unele maşini încorporate un „torpedo” sau „răspânditor” în cilindru, care a ajutat direcţiona fluxul de plastic împotriva pereţilor încălzite, dar a fost o soluţie imperfectă. Limitarea maşinii pistonului au fost primul stick pentru a obţine o calitate mai mare şi piese mai complexe.
Un progres major a venit odată cu introducerea mașinii de formare prin injecție cu șnec. Invenția șnecului alternativ este atribuită pe scară largă inventatorilor americani H. G. De Mattia și James Watson Hendry, care au construit primele prototipuri în deceniile 1940 și 50. Contribuția lui Hendry a fost deosebit de influentă. Proiectul său permitea șnecului să îndeplinească două funcții: mai întâi se rotea pentru a alimenta, topi și omogeniza rășina plastică în partea din față a cilindrului (proces numit plastifiere). Apoi, întregul șnec se deplasa înainte, asemenea unui piston, pentru a injecta topitura pregătită în cavitatea formei. Această mișcare alternativă a schimbat radical procesul. A asigurat o topitură mult mai uniformă și mai consecventă, ceea ce s-a tradus direct în piese de calitate mai bună și mai puține defecte.
Maşinile de injecţie cu şurub au făcut posibilă crearea unor componente din plastic mai complexe, cu o precizie mai mare şi mai puţină deşeuri. De asemenea, puteţi folosi o varietate mai largă de materiale plastice.
Moştenirea lui James Watson Hendry
James Watson Hendry nu s-a oprit cu șurubul reciproc, de fapt, el și-a păstrat impulsul și a devenit în cele din urmă una dintre figurile principale în industria maselor plastice. În anii 1970, el a continuat să dezvolte primul proces de turnare prin injecție asistată cu gaz, care a permis crearea unor părți complexe, goale, cu micșorare minimă și război. Până când a murit la vârsta de 94 de ani, în 2014, a deținut peste 80 de brevete în tehnologiile de procesare a maselor plastice.
Această inovație a evidențiat modul în care evoluția utilajelor permitea conceperea unor produse complet noi. În plus, adoptarea sistemelor de control în buclă închisă în a doua jumătate a secolului 20 a adus procesului o precizie fără precedent. Senzorii puteau monitoriza în timp real presiunea și temperatura și puteau regla fin sistemele hidraulice și încălzitoarele mașinii, pentru a menține o consecvență excelentă pe tot parcursul unei serii de producție.
O altă schimbare majoră a fost dezvoltarea mașinilor de formare prin injecție complet electrice. În timp ce mașinile tradiționale foloseau putere hidraulică, care era puternică, dar predispusă la scurgeri, ineficiență energetică și variații ale temperaturii uleiului, mașinile complet electrice utilizau servomotoare pentru a controla fiecare mișcare. Aceste mașini electrice, devenite viabile comercial în deceniile 1980 și 90, ofereau o precizie mai mare, funcționare mai silențioasă, medii de producție mai curate (fără ulei hidraulic) și economii semnificative de energie — consumând adesea cu până la 60% mai puțină energie. Acest lucru le-a făcut ideale pentru industrii de înaltă precizie, precum fabricarea dispozitivelor medicale.
Viitorul injecției de plastic
Astăzi, frontiera de mașini de turnare injecție se află în integrarea principiilor industriei 4.0. Masinile moderne sunt echipate cu sisteme sofisticate de monitorizare care colectează cantități mari de date pe fiecare lovitură. Aceste date pot fi utilizate pentru întreținerea predictivă, asigurarea calității, și optimizarea eficienței producției. Punctele viitoare spre „fabrici inteligente” pe deplin conectate, în cazul în care mașinile de injecție de modelare reglează autonom parametrii lor pentru a compensa pentru variații materiale sau schimbări de mediu, asigurând calitatea perfectă a piesei cu intervenție umană minimă.
Întrebări frecvente
Puteți descrie diferitele tipuri de tehnici de injecție de plastic?
Există mai multe tipuri principale de formare prin injecție. Formarea tradițională prin injecție este metoda cea mai răspândită și folosește o formă cu o singură cavitate pentru a produce piese identice.
Supraturnarea combină două sau mai multe materiale în timpul procesului de formare. Această metodă este utilă pentru realizarea produselor cu mânere moi sau cu mai multe straturi.
Formarea cu inserție presupune introducerea unor componente metalice sau a altor componente în formă înainte de injectarea plasticului în jurul lor. Procesul este folosit frecvent la fabricarea componentelor electronice și a inserțiilor filetate.
Micro injectare modelare face componente foarte mici, precise, de multe ori pentru electronice sau dispozitive medicale. Spuma structurală modelare foloseste un agent de suflare pentru a crea piese cu o coajă solidă și miez de spumă.
Care sunt câteva dintre inovaţiile cheie care au modelat industria modernă a mulajelor de injecţii?
Proiectarea asistată de calculator (CAD) și fabricația asistată de calculator (CAM) au sporit precizia fabricării formelor. Acum puteți realiza forme mai repede și cu mai puține erori.
În multe fabrici, sistemele cu canal cald au înlocuit canalele reci. Această schimbare reduce deșeurile, menținând plasticul topit și pregătit pentru următoarea piesă.
Mașini electrice de injecție mulaj au înlocuit unele mașini hidraulice tradiționale. Aceste mașini electrice folosesc mai puțină energie și oferă mai mult control asupra procesului de turnare.
Senzorii îmbunătăţiţi şi tehnologia de monitorizare a proceselor vă permit să controlaţi mai îndeaproape presiunea şi temperatura. Aceasta ajută la creşterea calităţii şi scade rata defectelor.
