Ruiskuvalu on valmistusprosessi, jota käytetään laajalti esineiden valmistamiseen leluista ja muovisista koruista autojen koripaneeleihin, vesipulloihin ja matkapuhelinlaukkuihin. Nestemäinen muovi pakotetaan muottiin ja kovettuu - se kuulostaa yksinkertaiselta, mutta on monimutkainen prosessi. Käytettävät nesteet vaihtelevat kuumasta lasista useisiin muoveihin - lämpökovettuva ja kestomuovi.
Historia
Ensimmäinen ruiskuvalukone patentoitiin vuonna 1872, ja selluloidia käytettiin yksinkertaisten arjen esineiden, kuten hiuskamman, valmistukseen.
Juuri toisen maailmansodan jälkeen kehitettiin huomattavasti parannettu ruiskuvaluprosessi - ruuvin ruiskutus, ja se on nykyään eniten käytetty tekniikka. Sen keksijä James Watson Hendry kehitti myöhemmin ”puhallusmuovauksen”, jota käytetään esimerkiksi nykyaikaisten muovipullojen valmistukseen.
Muovityypit
Ruiskuvaluun käytettävät muovit ovat polymeerejä - kemikaaleja - joko lämpökovettuvia tai kestomuovia. Lämpökovettuvat muovit asetetaan lämmöllä tai katalyyttisen reaktion avulla. Kovettumisen jälkeen niitä ei voida sulattaa uudelleen ja käyttää uudelleen - kovetusprosessi on kemiallinen ja peruuttamaton. Termoplastiset muovit voidaan kuitenkin lämmittää, sulattaa ja käyttää uudelleen.
Lämpökovettuviin muoveihin kuuluu epoksi, polyesteri- ja fenolihartsit, kun taas kestomuoveihin sisältyy nylon ja polyeteeni. Ruiskupuristamiseen on saatavana lähes kaksikymmentä tuhatta muoviyhdistettä, mikä tarkoittaa, että on olemassa täydellinen ratkaisu melkein mihin tahansa muovausvaatimuksiin.
Lasi ei ole polymeeri, joten se ei sovi hyväksyttyyn kestomuovin määritelmään - vaikka se voidaan sulattaa ja kierrättää.
Muotti
Muotien valmistus on historiallisesti ollut erittäin ammattitaitoista käsityötä ('die-making'). Muotti on yleensä kahdessa pääkokoonpanossa, jotka on puristettu puristimeen. Muotin tekeminen vaatii usein monimutkaista suunnittelua, useita konetoimintoja ja korkeaa taitoa.
Työkalu on yleensä terästä tai beryllium kuparia, jota muottien valmistukseen tarvitaan lämpökäsittelyä sen kovettamiseksi. Alumiini on halvempi ja helpompi koneistaa, ja sitä voidaan käyttää lyhyemmässä ajassa tuotantoon. Nykyään tietokoneohjatut jyrsintä- ja kipinöroositekniikat ('EDM') ovat mahdollistaneet muotinvalmistusprosessin korkean automatisoinnin.
Jotkut muotit on suunniteltu tuottamaan useita toisiinsa liittyviä osia - esimerkiksi lentokoneen mallisarja - ja näitä kutsutaan perhemuotiksi. Muilla muotimalleilla voi olla useita kopioita ('jäljennöksiä') samasta tuotteesta, joka tuotetaan yhdellä 'laukauksella' - toisin sanoen yhdellä muovisuihkulla muottiin.
Kuinka ruiskupuristus toimii
Ruiskupuristuskoneita on kolme pääyksikköä - syöttösuppilo, lämmittimen tynnyri ja paino. Täyttösuppilossa oleva muovi on rakeisessa tai jauhemuodossa, vaikka jotkut materiaalit, kuten silikonikumi, voivat olla nesteitä, eivätkä ne välttämättä tarvitse kuumentaa.
Kuumassa nestemuodossa paine ('ruuvi') pakottaa nesteen tiukasti kiinni muottiin ja neste kovettuu. Viskoosisemmat sula muovit vaativat korkeampia paineita (ja suurempia puristuskuormituksia) pakottaaksesi muovin jokaiselle rakoon ja nurkkaan. Muovi jäähtyy, kun metalli muotti johtaa lämmön pois ja sitten puristinta kierrätetään muovin poistamiseksi.
Lämpökovettuvat muovit kuitenkin muotti kuumennetaan muovin asettamiseksi.
Ruiskuvalun edut
Ruiskupuristus mahdollistaa monimutkaisten muotojen valmistamisen, joista jotakin saattaa olla lähes mahdotonta tuottaa taloudellisesti millään muulla tavalla.
Laaja materiaalivalikoima mahdollistaa artikkelin edellyttämien fysikaalisten ominaisuuksien melkein täsmällisen vastaavuuden monikerroksinen muovaus mahdollistaa mekaanisten ominaisuuksien ja houkuttelevan visuaalisen ulkonäön räätälöinnin - jopa hammasharja
Määrällisesti se on edullinen prosessi, väitetysti minimaalisilla ympäristövaikutuksilla. Tässä prosessissa syntyy vähän romua, ja tuotetaan romua, joka jauhetaan ja käytetään uudelleen.
Ruiskuvalun haitat
Investointi työkaluihin - muotin valmistukseen - vaatii tyypillisesti suuren määrän tuotantoa sijoituksen takaisinsaamiseksi, tosin tämä riippuu kyseisestä tuotteesta.
Työkalujen valmistaminen vie kehitysaikaa, ja jotkut osat eivät helposti soveltu käytännölliseen muotisuunnitteluun.
Ruiskuvalun taloustiede
Korkealaatuinen muotti, vaikkakin suhteellisen kalliita, kykenee tuottamaan satoja tuhansia "vaikutelmia".
Muovi itsessään on melko edullinen ja huolimatta muovin lämmittämiseen ja kierrättämiseen tarvittavasta energiasta paina (poistaaksesi jokaisen vaikutelman), prosessi voi olla taloudellinen jopa alkeellisimmille esineille, kuten pullolle korkit.
Halpa ruiskuvalu on viime kädessä johtanut käytettävyys - esimerkiksi partakoneet ja kuulakärkikynät.
Kun vuosittain kehitetään useita satoja uusia muoviyhdisteitä ja nykyaikaisia muotinvalmistustekniikoita, ruiskuvaletun käytön jatkaminen varmasti jatkuu seuraavan viidenkymmenen vuoden aikana. Vaikka lämpökovettuvia muoveja ei voida kierrättää, myös niiden käytön, etenkin erittäin tarkkojen komponenttien kohdalla, on määrä kasvaa.