Műanyagok feldolgozása, additív technológiák

Napjainkban a műanyag-feldolgozó gépek anyagellátása teljesen automatizált, központi irányítással működik. Egy modern rendszer tartalmazza a tárolótartályokat, a szárítókat, a navigátort és az anyagleválasztást. Ezen felül valamennyi paramétert rögzítenek: anyagváltások szárítási hőmérséklet stb. A rendszer minden anyagtételt követ a fröccsgépig.

A hőformázók 2019-ben az USA-ban, Milwaukee-ben tartott konferenciájukon, Európában a K 2019-es düsseldorfi vásáron mutathatták be újdonságaikat. A kiemelkedő termékeket az USA-ban iparáganként díjazták is. Az európai vásáron inkább a gépgyártók jelentek meg egyre többet tudó gyártóeszközeikkel. A Stuttgarti Egyetem Műanyag-technológiai Intézetében inline vastagságelosztást mérő eljárás és ezt automatikusan szabályozó vezérlés megoldásán dolgoznak.

A kis átmérőjű csövek koextrúziójánál a jó minőség biztosításához fontos a különböző hőmérsékletű rétegek termikus elszeparálása a szerszámon belül, illetve az egyes csőrétegeket felépítő polimerömledék hegedési varratok nélküli egyesítése. A kompaundálásra már 60 éve óta sikeresen alkalmazott kétcsigás extruderek egyre hatékonyabbá válnak a folyamatos fejlesztések és a digitalizáció következtében. A gépgyártók egyre újabb megoldásokkal javítják extrudereik teljesítményét.

A 3D nyomtatás töretlenül fejlődik, de még mindig elsősorban a gyors prototípus gyártásra és a kis szériás termelés egy részére korlátozódik. Folyamatos az új anyagok és technológiák kifejlesztése. Egyre nő a partnerkapcsolatokban megvalósított fejlesztések aránya.

Az FLM technológiával végzett 3D nyomtatásnál fontos a tárgyasztal és az első polimer réteg jó tapadása. Ezt a tárgyasztal és a polimer anyagának típusán túl elsősorban a tárgyasztal hőmérséklete befolyásolja. Az alapanyagok fejlesztésénél két irányzat észlelhető, az egyik a csak a saját nyomtató típuscsaláddal feldolgozható anyagokat fejleszti, a másik pedig arra törekszik, hogy az alapanyagot minél több nyomtató típussal fel lehessen dolgozni. A 3D nyomtatás fejlődését a nyílt hozzáférési anyagok tudják igazán felgyorsítani.

A fúvóka és a szerszám érintkezésénél elég gyakori probléma az ömledék szivárgása. Ennek általában a fröccsegység helytelen pozícionálása az okozója. Ezt egy egyszerű eljárással korrigálhatjuk. A hosszú folyásutak sok problémát okoznak a fröccsöntésnél. Német kutatók azt találták, hogy a fröccsöntő szerszám felületének speciális textúrája akár 18%-kal is megnöveli a folyási utat.

A műanyag-feldolgozás egyik fontos, de néha háttérbe szoruló lépése a gép szellőztetése, gáztalanítása. Ennek a lépésnek az a célja, hogy a polimerömledékből eltávolítsuk a nem kívánatos illékony szennyeződéseket, pl. a reagálatlan monomert, oldószereket, vizet, oldott gázokat. Az alábbiakban az extruderek gáztalanítását tárgyaljuk.

Az ipar digitalizációs átalakítása részeként az új, 3D nyomtatáson alapuló gyártástechnológia megkezdte behatolását az építőiparba is. Ennek eredményeképpen nő az iparág termelékenysége és csökken környezeti károsító hatása is. A 3D nyomtatással készült gépalkatrészek, autóipari, illetve gyógyászati termékek méretpontossága elmarad a hagyományos technológiákkal készültekétől. Német kutatók a méretpontosság javítására végeztek sikeres kísérleteket.

A szálerősítésű műanyagok mátrixa között hőre lágyuló és hőre keményedő műanyagokat egyaránt megtalálunk. Ezeknek a kompozitoknak rendkívül jó tulajdonságaik mellett a súlycsökkentés is előnyeik közé tartozik. Az alábbiakban ismertetett példák is ezt támasztják alá. Szálerősítésű műanyag tárgyak 3D nyomtatását is megoldották.

Ha extrudáláskor nem minden adalékot tartalmazó kompaundot dolgoznak fel, hanem – akár adalékanyagokat visznek be az ömledékbe, akár az alapanyag és az adalékok granulátum-keverékét (szárazkeveréket) töltik be az etetőtölcsérbe – az extrudernek a betáplált anyag(ok) megömlesztésén és szerszámhoz szállításán kívül a különböző komponensek egyenletes keverékét is elő kell állítania. Nem kellően homogén ömledékből nem lehet jó terméket előállítani. A gépgyártók ezért a keverés hatásfokát javító csigaelemeket kínálnak a feldolgozók számára. Az ömledék homogenitásának minősítése azonban nem könnyű feladat. Ezt legtöbbször szemrevételezéssel végzik, ami szubjektív és nem reprodukálható tevékenység. Néha szúrópróba alapján vett minták kémiai analízisével vizsgálják a homogenitást, ami nagyon idő- és munkaigényes eljárás. Egy német kutatóintézetben az extrudátumokból vékony metszeteket készítenek, és korábban készített referenciaképekkel összehasonlítva ezek fotója alapján 9 osztályba sorolják a homogenitást. A szabad szemmel végzett összehasonlítás helyett a közelmúltban kifejlesztettek egy digitális képelemzési eljárást, amellyel jól reprodukálható, objektív adatokat kapnak, és általa lehetővé vált az extruderek különböző paraméterek melletti keverőhatásának tanulmányozása is.

A forrócsatornás technológiát több mint 50 éve vezették be a műanyagiparba. Forradalmasította a fröccsöntést, javítva a termékek minőségét, az eljárás hatékonyságát, csökkentve a hulladékot és növelve a gazdaságosságot. Diadalútja jelenleg is tart, a K’2019 düsseldorfi kiállításon számos újdonságot mutattak be, amelyek különösen a fejlett vezérlő rendszerekkel párosítva tűnnek ígéretesnek.

A fröccsöntésnél a gyártás közbeni két leggyakoribb hiba a hiányos és a sorjás darabok megjelenése. Ha nem állapítjuk meg a jelenség okát, a tüneti kezelést jelentő felületes intézkedések gyakran a másik hibafajta irányába tolják el a gyártást.

A granulálás a műanyag-feldolgozás fontos lépése. A hőre lágyuló műanyagok többnyire granulátum formájában érkeznek a feldolgozó üzemekbe, ezért sok szakembernek nincs gyakorlati tapasztalata erről az eljárásról. Az alábbiakban a granuláló berendezések legújabb fejlesztéseit, típusválasztékát tekintjük át.

Az additív gyártástechnológiának is nevezett 3D nyomtatás térnyerése töretlenül folytatódik, egyre újabb iparágak alkalmazzák gyors prototípus-készítéshez és kis szériás gyártáshoz. E tekintetben a műanyagipar élenjár, de a fémek feldolgozása is jelentős. Megindult a 3D nyomtatási és a CAD/CAM rendszerek integrációja, tovább egyszerűsítve és felgyorsítva a termékfejlesztési folyamatot. A nagyobb automatizáció, a nyomtatás felgyorsítása és az új alapanyagok révén egyre több termék gyártását lehet 3D nyomtatással megvalósítani a jövőben.

Vállalatok és kormányok világszerte keményen küzdenek a koronavírus okozta fertőzés megelőzésével és az akadozó vagy összeomló szállítási láncok gazdasági életre gyakorolt hatásával. A 3D nyomtatással (additív gyártással) foglalkozó szakemberek úgy gondolják, hogy az általuk felkínált technológiával egyszerre lehetne az embereket megóvni a fertőzéstől, másrészt a felhasználás helyén gyártott termékekkel ki lehetne zárni a szállítás bizonytalanságait.

Az orvosi csövek precíziós, nagyon korszerű termékek. Mind az anyagválasztás, mind az extrudálási technológia nagy szakértelmet követel. Az alábbiakban a katéterekről, a szilikon csövekről és a TPU csövek vágásáról olvashatnak.

Az anyagátállásoknál sok időt és anyagot megtakaríthatunk, ha a feldolgozandó anyagok sor-rendjét helyesen választjuk meg. Általános szabály, hogy a nagyobb viszkozitású anyagok és a részben kristályos anyagoknál a magasabb olvadáspontúak sokkal könnyebben tisztítják a kisebb viszkozitású/olvadáspontú anyagokat, mint fordítva. Az optimális anyagátállások megtervezéséhez szükséges ismernünk az alapanyagok nyírási sebesség/viszkozitás görbéit.

A szerszámtervezőnek és a fröccsöntő szakembernek szorosan együtt kell működnie a kezdetektől a szerszámpróbák sikeres lezárásáig. A szerző ehhez az összetett feladatsorhoz ad tanácsokat egy proaktív ellenőrző listával.

A műanyag ablakprofilok immár évtizedek óta méltó versenytársai a más anyagú termékeknek. A legújabb fejlesztések és az elhasznált profilok újrahasznosítása erősítik ezt a tendenciát.

Német kutatók egy új technológiát dolgoztak ki erősítőszálas extrudált termékek előállítására. Az erősítő szálak hosszának növelésével kívánták javítani a termék mechanikai tulajdonságait. Egy másik fejlesztésben a többrétegű csöveket speciális, ún. cirkuláris szerszámmal állították elő. Ezzel a kialakítással az ömledék-hőmérsékletükben nagyon eltérő polimerek is feldolgozhatók.