Lo stampaggio a iniezione è un processo di produzione ampiamente utilizzato per la produzione di articoli da giocattoli e bigiotteria di plastica a pannelli di carrozzeria, bottiglie d'acqua e custodie per telefoni cellulari. Una plastica liquida viene forzata in uno stampo e cura: sembra semplice, ma è un processo complesso. I liquidi utilizzati variano dal vetro caldo a una varietà di materie plastiche - termoindurente e termoplastico.
Storia
La prima macchina per lo stampaggio a iniezione è stata brevettata nel 1872 e la celluloide è stata utilizzata per produrre oggetti semplici di tutti i giorni come i pettini per capelli.
Subito dopo la seconda guerra mondiale, è stato sviluppato un processo di stampaggio ad iniezione molto migliorato: lo "stampaggio a vite" è oggi la tecnica più utilizzata. Il suo inventore, James Watson Hendry, sviluppò in seguito "soffiaggio" che viene utilizzato ad esempio per produrre moderne bottiglie di plastica.
Tipi di plastica
Le materie plastiche utilizzate nello stampaggio ad iniezione sono polimeri - prodotti chimici - termoindurenti o termoplastici. Le materie plastiche termoindurenti vengono fissate mediante l'applicazione di calore o attraverso una reazione catalitica. Una volta induriti, non possono essere rifusi e riutilizzati: il processo di indurimento è chimico e irreversibile. I materiali termoplastici, tuttavia, possono essere riscaldati, fusi e riutilizzati.
La plastica termoindurente include epossidico, resine poliestere e fenoliche, mentre i materiali termoplastici includono nylon e polietilene. Ci sono quasi ventimila composti di plastica disponibili per lo stampaggio ad iniezione, il che significa che esiste una soluzione perfetta per quasi ogni esigenza di stampaggio.
Il vetro non è un polimero e quindi non si adatta alla definizione accettata di termoplastico, sebbene possa essere fuso e riciclato.
La muffa
La fabbricazione di stampi è stata storicamente un'arte altamente qualificata ("fustellatura"). Uno stampo è di solito in due gruppi principali serrati insieme in una pressa. La realizzazione di uno stampo richiede spesso una progettazione complessa, più operazioni della macchina e un alto grado di competenza.
Lo strumento è di solito acciaio o rame al berillio che viene utilizzato per la fabbricazione di stampi richiede un trattamento termico per indurirlo. Alluminio è più economico e più facile da lavorare e può essere utilizzato per produzioni di breve durata. Al giorno d'oggi, le tecniche di fresatura computerizzata ed erosione a scintilla ("EDM") hanno consentito un elevato grado di automazione del processo di fabbricazione degli stampi.
Alcuni stampi sono progettati per produrre diverse parti correlate, ad esempio un kit aereo modello, e sono noti come stampi per famiglie. Altri progetti di stampi possono avere diverse copie ("impressioni") dello stesso articolo prodotto in un "colpo", ovvero un'iniezione di plastica nello stampo.
Come funziona lo stampaggio ad iniezione
Ci sono tre unità principali che compongono una macchina per lo stampaggio ad iniezione: la tramoggia di alimentazione, la canna del riscaldatore e il pistone. La plastica nella tramoggia è in forma granulare o in polvere, sebbene alcuni materiali come la gomma siliconica possano essere liquidi e non richiedere riscaldamento.
Una volta in forma di liquido caldo, il pistone ('vite') forza il liquido nello stampo strettamente bloccato e il liquido si fissa. Plastiche più viscose fuse richiedono pressioni più elevate (e carichi di stampa più elevati) per forzare la plastica in ogni fessura e angolo. La plastica si raffredda mentre lo stampo metallico allontana il calore e quindi la pressa viene ciclata per rimuovere lo stampaggio.
Tuttavia, per le materie plastiche termoindurenti, lo stampo verrà riscaldato per impostare la plastica.
Vantaggi dello stampaggio ad iniezione
Lo stampaggio a iniezione consente di produrre forme complesse, alcune delle quali potrebbero essere quasi impossibili da produrre economicamente con qualsiasi altro mezzo.
L'ampia gamma di materiali consente una corrispondenza quasi esatta delle proprietà fisiche richieste dall'articolo e lo stampaggio multistrato consente di personalizzare le proprietà meccaniche e l'aspetto estetico accattivante, anche in a spazzolino
In termini di volume, è un processo a basso costo, probabilmente con un impatto ambientale minimo. Ci sono pochi scarti creati in questo processo e scarti che vengono prodotti, riutilizzati e riutilizzati.
Svantaggi dello stampaggio ad iniezione
L'investimento nella lavorazione degli utensili - la realizzazione dello stampo - richiede in genere una produzione di grandi volumi per recuperare l'investimento, sebbene ciò dipenda dal particolare articolo.
La produzione degli utensili richiede tempo di sviluppo e alcune parti non si prestano facilmente a un pratico design di stampo.
L'economia dello stampaggio ad iniezione
Uno stampo di alta qualità, sebbene di costo relativamente elevato, sarà in grado di produrre centinaia di migliaia di "impressioni".
La plastica stessa è abbastanza economica e nonostante l'energia richiesta per riscaldare la plastica e farla scorrere premere (per rimuovere ogni impressione), il processo può essere economico anche per gli articoli più basilari come la bottiglia caps.
Lo stampaggio a iniezione economico ha portato alla fine a disponibilità - per esempio di rasoi e penne a sfera.
Con diverse centinaia di nuovi composti plastici sviluppati ogni anno e moderne tecniche di fabbricazione di stampi, lo stampaggio a iniezione continuerà sicuramente ad aumentare nell'uso nei prossimi cinquant'anni. Sebbene la plastica termoindurente non possa essere riciclata, anche il loro uso, in particolare per componenti di alta precisione, è destinato a crescere.