Daugiakomponentinis įpurškimas ir 2K technologija - 2025 metų vadovas

Įvadas į daugiakomponentį įpurškimą

Daugiakomponentis įpurškimas ir 2K technologija revoliucionizuoja plastikų perdirbimo pramonę, leisdami gaminti pažangius gaminius, kurie viename įpurškimo cikle sujungia skirtingus medžiagų tipus ar spalvas. Nuo ergonomiškų rankenų su minkštais soft-touch elementais iki daugiaspalvių elektronikos komponentų, dvikomponentės įpurškimo mašinos atveria naujas dizaino ir gamybos galimybes.

Šiame išsamiame vadove pristatysime visus daugiakomponentio formavimo aspektus - nuo veikimo principų ir formų tipų, per medžiagų parinkimą, iki praktinių procesų iššūkių. Nesvarbu, ar planuojate diegti 2K technologiją savo gamyboje, ar ieškote optimizacijos esamiems procesams, šis straipsnis suteiks jums būtinų techninių žinių.

Kas yra 2K įpurškimas?

2K įpurškimas (angl. two-component injection molding, two-shot molding) yra pažangi įpurškimo technologija, kurios metu viename automatizuotame procese formuojamas gaminys iš dviejų skirtingų medžiagų ar spalvų. Skirtingai nuo tradicinio vienamedžiagio įpurškimo, dvimedis įpurškimas leidžia kurti daugiafunkcius komponentus be papildomų surinkimo operacijų.

Technologija daugiakomponentio formavimo naudoja specialias įpurškimo mašinas, aprūpintas dviem ar daugiau įpurškimo vienetų, kurie sekvencingai arba lygiagrečiai tiekia skirtingas plastikų mases į formą. Pirmasis komponentas (substratas) yra įpurškiamas ir dalinai arba visiškai sukietinamas, po to seka antrojo komponento (overmold) įpurškimas, kuris cheminiais arba mechaniniais būdais susijungia su pirmuoju. Rezultatas yra monolitinė išspauda su įvairiomis savybėmis skirtingose zonose.

2K technologijos raidos istorija

Istorija daugiakomponentio įpurškimo siekia XX a. 7-ąjį dešimtmetį ir atspindė pramoninių poreikių evoliuciją bei technologinę pažangą plastikų perdirbimo srityje. Žemiau pateikiame pagrindinius raidos etapus:

• XX a. 7-asis dešimtmetis - pirmieji eksperimentai su dviejų skirtingų spalvų plastikų įpurškimu, daugiausia žaislų ir buities prekių pramonėje
• XX a. 8-asis dešimtmetis - pirmųjų komercinių besisukančių formų sistemų, skirtų daugiaspalvei gamybai, sukūrimas
• XX a. 9-asis dešimtmetis - kietųjų ir minkštųjų medžiagų jungimo technologijos raida, pirmieji pritaikymai automobilių pramonėje
• XX a. 10-asis dešimtmetis - pažangių termoplastinių elastomerų (TPE), suderinamų su techniniais polimerais, įvedimas
• 2000-ieji metai - formų su indekseriu paplitimas, padidėjęs tikslumas ir proceso kartojamumas dėl servovariklių
• 2010-ieji metai - integracija su Industry 4.0 sistemomis, proceso stebėjimas realiu laiku, algoritminė optimizacija
• Šiuo metu - 3K ir 4K technologijos, mikrodaugiakomponentis įpurškimas, pažangios CAE simuliacijos, pilna automatizacija su robotika

Formų tipai 2K įpurškimui

Teisingas formos tipas 2K įpurškimui yra kritiškas projekto sėkmei. Kiekviena sistema turi savo charakteringų bruožų, privalumų ir apribojimų. Formos tipas nulemia proceso našumą, išspaudos kokybę ir investicijų kaštus.

Besisukančios formos (rotary)

Besisukančios formos yra populiariausia sistema daugiakomponentiame įpurškime . Jos naudoja sukimosi mechanizmą (dažniausiai 180 s90 laipsnių) pirmajam komponentui pernešti iš pirmosios medžiagos įpurškimo pusės į antrosios medžiagos įpurškimo pusę.

Besisukančių formų privalumai:

• Aukštas našumas - pirmojo ir antrojo komponento įpurškimas vyksta lygiagrečiai skirtinguose lizduose
• Kompaktiška konstrukcija - visas procesas vienoje formoje, sumontuotoje standartinėje 2K įpurškimo mašinoje
• Trumpas ciklo laikas - pasukimas ir pozicionavimas užima tik 2-4 ssekundes
• Kartojamumas - tikslus pozicionavimas dėl servovariklių
• Projektinis lankstumas - galimybė įvairiems lizdų išdėstymams

Besisukančių formų trūkumai:

• Aukštesnė formos kaina - sukamasis mechanizmas padidina kainą 30-50%
• Reikalingas simetriškas išdėstymas - lizdai turi būti išdėstyti ašiškai
• Geometriniai apribojimai - išspaudos dydis ribojamas sukimosi spinduliu
• Mechanizmo priežiūra - papildomi judantys elementai reikalauja tepimo

Stumdomos formos (perkėlimo formos)

Stumdomos formos (transfer molds) naudoja linijinį formos pusės arba įdėklų judėjimą pirmajam komponentui pernešti. Ši sistema yra alternatyva besisukančioms formoms, ypač kai išspaudos geometrija neleidžia rotacijos.

Stumdomų formų privalumai:

• Jokių simetrijos apribojimų - galimybė įpurkšti asimetrinius komponentus
• Paprasčiausias mechanizmas - linijinis judėjimas yra lengviau įgyvendinamas nei sukamasis
• Galimybė įvairių dydžių lizdams - pirmasis ir antrasis komponentai gali turėti skirtingus tūrius
• Žemesnė pradinė kaina - palyginti su serijinėmis besisukančiomis formomis

Stumdomų formų trūkumai:

• Ilgas ciklo laikas - pastūma ir pozicionavimas užima daugiau laiko
• Didesni formos matmenys - reikalinga papildoma erdvė linijiniam judėjimui
• Ribota automatizacija - sudėtingesnė integracija su robotais
• Vedančiųjų detalių nusidėvėjimas - slydimas sukelia trintį

Formos su indekseriu (index plate)

Formos su indekseriu yra pažangiausia sistema daugiakomponentiam formavimui , ypač 3K ir 4K technologijoms. Jos naudoja indeksuojamą plokštę, montuojamą ant judamo įpurškimo stalo, kuri pasisuka tikslų kampą (90, 120 larba180 s180°).

Formų su indekseriu privalumai:

• Didžiausias našumas - galimybė vienu metu įpurkšti visus komponentus daugelyje pozicijų
• Skalabilumas - lengvas išplėtimas iš 2K į 3K ar 4K
• Pozicionavimo tikslumas - tikslumas ±0,01mm dėl serijinių pavarų
• Ciklo laiko optimizavimas - lygiagretus įpurškimas ir aušinimas
• Integracija su automatika - idealu robotizuotoms linijoms

Formų su indekseriu trūkumai:

• Didžiausios investicijos - forma ir indeksuojamasis stalas kainuoja 2-3 kartus daugiau
• Reikalinga speciali įpurškimo mašina - įrenginys su indekserio arba serijinio stalo opcija
• Projekto sudėtingumas - reikalingas patyręs formų projektuotojas
• Ilgas paleidimo laikas - daugiau parametrų optimizavimui

Medžiagų suderinamumas

Sėkmė dvimedio įpurškimo didžia dalimi priklauso nuo teisingo medžiagų porų parinkimo. Ne visos medžiagos yra tarpusavyje suderinamos, o jungties kokybė nulemia išspaudos patvarumą ir funkcionalumą.

Populiariausios kietos-minkštos medžiagų kombinacijos:

• PP + TPE-S (SEBS) - dažniausiai naudojama pora, puikus cheminis sukibimas, žema kaina, platus TPE kietumo diapazonas (30-90 Shore A)
• ABS + TPE-S - ABS stiprumo ir TPE lankstumo derinys, populiaru elektronikoje ir buitinėje technikoje
• PA (poliamidas) + TPE-A - aukštas atsparumas cheminiam ir terminiam poveikiui, automobilių pritaikymai
• PC + TPE-U - kombinacija reikliems produktams, atsparumas smūgiams ir aukštoms temperatūroms
• PBT + TPE-E - matmenų stabilumas ir lankstumas, elektriniai jungtukai

Veiksniai, įtakojantys adheziją:

• Cheminis suderinamumas - panaši polimerinė struktūra užtikrina geresnį molekulinį ryšį
• Purškimo temperatūra - per žema antrosios medžiagos temperatūra sukelia prastą adheziją
• Laikas tarp purškimų - substratas neturėtų būti per šaltas ar per karštas
• Jungties geometrija - mechaniniai įdubimai padidina atsparumą
• Paviršiaus paruošimas - tekstūruotas substratas pagerina sukibimą

Daugiaspalvės kombinacijos (ta pati medžiaga):

• PP + PP (skirtingos spalvos) - vienodos savybės, skirtinga estetika
• ABS + ABS - daugiaspalviai elektronikos elementai
• PC + PC - skaidrūs lęšiai ir korpusai su spalvotais akcentais

Pagrindiniai techniniai parametrai

Renkantis ir konfigūruojant sistemą 2K purškimui reikia atsižvelgti į specifinius techninius parametrus, kurie jį skiria nuo vienamedžio purškimo.

1. Uždarymo jėga (kN)

Daugiakomponentiniame purškime uždarymo jėga turi būti pritaikyta prie abiejų komponentų projekcinio ploto sumos. Paprastai reikalinga 20-40% didesnė jėga, palyginti su vienamedžiu to paties gaminio purškimu. Diapazonas: 500 kN iki 30 000 kN daugumai 2K pritaikymų.

2. Purškimo vienetų tūris (cm3)

Kiekvienas purškimo vienetas turi būti tinkamai parinktas pagal konkretaus komponento tūrį. Pirmasis vienetas (substratas): 50-80% panaudojimo. Antrasis vienetas (overmold): 30-60% panaudojimo. Nepriklausomas kiekvieno vieneto valdymas yra labai svarbus.

3. Purškimo vienetų išdėstymas

Vienetų konfigūracija: L (šoninė), V (kampu), piggyback (vienas virš kito). Pasirinkimas priklauso nuo formos geometrijos ir turimos erdvės. Tederic NEO mašinos siūlo visas konfigūracijas.

4. Bendras ciklo laikas (s)

Bendras laikas apima: formos uždarymą (1-2s), pirmosios medžiagos purškimą (2-5s), aušinimą/perdavimą (5-15s), antrosios medžiagos purškimą (2-5s), galutinį aušinimą (10-30s), atidarymą ir išmetimą (2-4s). Tipinis ciklas: 25-60 s sekundės vidutinio dydžio gaminiams.

5. Formos pozicionavimo tikslumas

Sukimosi arba pastūmos tikslumas: ±0,02mm minimalus. Servo pavara užtikrina pakartojamumą ±0,01mm. Labai svarbu užtikrinti teisingą medžiagų sluoksniavimąsi.

6. Perdirbimo temperatūros

Kiekviena medžiaga reikalauja optimalios temperatūros: PP (200-250°C), ABS (220-260°C), TPE (180-230°C), PA (250-290°C). Nepriklausoma kiekvieno vieneto šildymo zonų kontrolė.

7. Antspaudžio slėgis (MPa)

Antrosios medžiagos spaudimas: 50-150 MPa, priklausomai nuo adhezijos reikalavimų. Antspaudžio profilis programuojamas optimaliam jungties sukibimui.

2K purškimo pritaikymai

Dvikomponentės įpurškimo mašinos plačiai naudojamos daugelyje pramonės šakų, kur reikalinga funkcionalumas, neįmanomas tradiciniais metodais.

Automobilių pramonė

Automobilių pramonėje 2K įpurškimas yra standartas transporto priemonių interjero komponentams. Minkšto paviršiaus rankenėlės ir rutuliukai sujungia kietą branduolį (PP arba ABS) su minkšta TPE danga, užtikrinančia komfortą ir sukibimą. Durų paneliai su integruotomis sandarinimo tarpinėmis pašalina montavimo operacijas. Centrinės konsolės elementai su spalvotais akcentais be dažymo. Reikalavimai: atsparumas temperatūroms nuo -40 iki +85°C, UV atsparumas, OEM sertifikavimas.

Buitinė technika ir vartotojiškoji elektronika

Daugiakomponentis formavimas buitinėje technikoje apima ergonomiškus įrankių (gręžtuvų, dulkių siurblių) rankenų su neslystančiomis TPE zonomis. Elektronikos korpusai su IP67 sandarumu viename procese. Mygtukai ir sukamieji elementai su minkštu paviršiumi ir kietu pagrindu. Privalumai: montavimo kaštų sumažinimas 40-60%, estetikos ir funkcionalumo pagerinimas.

Medicinos ir laboratoriniai gaminiai

Medicinos sektorius naudoja dvimedes įpurškimas švirkštų su ergonomiška rankena ir kietu cilindru gamybai. Chirurginiai įrankiai su neslystančiomis rankenomis. Diagnostikos įrenginių korpusai su sandarinimais. Specialūs reikalavimai: ISO 13485 sertifikavimas, biokompatiškos medžiagos (USP Class VI), gamyba švariose patalpose.

Kosmetikos ir premium pakuotės

Kosmetikos pramonė taiko 2K technologiją spalvotoms dangteliams be dažymo. Aplikatoriai su minkštais galais ir kietais korpusais. Premium pakuotės su vizualiniais efektais (skaidrus + spalva). Privalumai: pašalinimas antrosios dekoracijos, padidinta suvokiama produkto vertė.

Sporto ir laisvalaikio prekės

Sporto įrangos rankenos (golfo lazdos, raketės) su optimaliomis kietumo zonomis. Šalmų ir apsaugos elementai, jungiantys energijos absorbciją su komfortu. Vandens įranga su sandarinimais. Inovacija: kietumo gradientiniai perėjimai vienoje presuotoje detalėje.

Kaip pasirinkti 2K įpurškimo mašiną?

Tinkamos dvikomponentės įpurškimo mašinos pasirinkimas reikalauja daugelio techninių ir ekonominių veiksnių analizės. Žemiau pateikiame pagrindinius sprendimų kriterijus:

1. Produkto ir medžiagų analizė

• Presuoto geometrija: dydis, sudėtingumas, tolerancijų reikalavimai
• Komponentų tūris: pirmosios ir antrosios medžiagos proporcijos
• Adhezijos reikalavimai: mechaninis vs cheminis
• Galinių savybių reikalavimai: stiprumas, lankstumas, estetika

2. Įpurškimo vienetų konfigūracija

• L išdėstymas (šoninis): standartinis, geras prieinamumas prie vienetų
• V išdėstymas (kampinis): kompaktiškas, mažesnė užimama plotas
• Piggyback: maksimali taupoma vieta, aukštesnė kaina
• Horizontali lygiagreti: formoms su vertikaliu skylimu

3. Pavara ir tikslumas

• Elektrinė (servo) : aukščiausias tikslumas ±0,01mm, energijos taupymas 50-70%, idealu medical ir mikro-2K
• Hibridinė : kompromisas tarp tikslumo ir kainos, populiari automotive
• Hidraulinė : mažesnė pradinė kaina, didesnės uždarymo jėgos, prastesnė švarioms patalpoms

4. Formos sistema ir automatizacija

• Besisukanti forma: standartas daugumai 2K aplikacijų
• Indekseris: 3K/4K arba maksimaliam našumui
• Perkėlimas: specifinės geometrijos, neleidžiančios rotacijai
• Integracija su robotais: paėmimas, kokybės kontrolė, pakavimas

5. Techninis palaikymas ir aptarnavimas

• Tiekėjo patirtis 2K technologijoje
• Mokymų prieinamumas operatoriams ir technologams
• Palaikymas paleidžiant pirmuosius projektus
• Aptarnavimas ir atsarginės dalys specifiniams 2K komponentams

Tederic NEO įpurškimo mašinos siūlo pilną 2K sprendimų spektrą su L, V ir piggyback konfigūracijomis. NEO Multi serija yra aprūpinta pažangia valdymo sistema su dedikuotais algoritmais daugiakomponentiniam įpurškimui , užtikrinant tikslų vienetų sinchronizavimą ir ciklų laikų optimizavimą.

Proceso iššūkiai ir problemų sprendimas

2K technologija susijusi su specifiniais technologiniais iššūkiais, reikalaujančiais patirties ir sistemingo požiūrio į problemų sprendimą.

1 problema: Prasta medžiagų adhezija

• Priežastys : nesuderinamos medžiagos, per žema substrato temperatūra, per ilgas laikas tarp įpurškimų
• Sprendimai : cheminio suderinamumo patikrinimas, formos temperatūros padidinimas 10-20°C, perdavimo laiko sutrumpinimas, mechaninių įpjovų pridėjimas

2 problema: Sluoksnių poslinkis (mismatch)

• Priežastys : netikslus sukimosi mechanizmas, kreipiančiųjų nusidėvėjimas, pozicionavimo klaidos
• Sprendimai : servo pavara kalibravimas, susidėvėjusių kreipiančiųjų elementų keitimas, mechanizmo laisvųjų eilučių kontrolė

3 problema: Ištekėjimai medžiagų atskirties linijoje

• Priežastys : per didelis antros medžiagos įpurškimo slėgis, formos krašto nusidėvėjimas, nepakankama uždarymo jėga
• Sprendimai : slėgio profilio optimizavimas, atskirties krašto atstatymas, uždarymo jėgos padidinimas

4 problema: Nelygus aušinimas

• Priežastys : skirtingas medžiagų šilumos laidumas, neoptimalūs aušinimo kanalai
• Sprendimai : terminė Moldflow simuliacija, nepriklausomi aušinimo ciklai, conformal cooling

5 problema: TPE degradacija esant ilgoms prastovoms

• Priežastys : elastomero perkaitimas cilindre, medžiagos oksidavimasis
• Sprendimai : cilindro temperatūros mažinimas prastovų metu, automatinis valymas kas 15-20 mmin., terminių stabilizatorių naudojimas

Priežiūra ir techninis aptarnavimas

Teisinga daugiakomponentio įpurškimo sistemos priežiūra yra labai svarbi dėl padidėjusios mechaninės sudėtingumo ir didesnio kritinių komponentų skaičiaus.

Kasdienės procedūros:

• Vizualinė sukamojo ar stumdomojo mechanizmo patikra
• Abiejų įpurškimo vienetų alyvos lygių patikra
• Kiekvieno vieneto šildymo zonų temperatūros patikra
• Purkštukų valymas nuo medžiagos likučių
• Sauso ciklo testas (be medžiagos)

Savaitinės:

• Kreipiančiųjų ir 2K mechanizmo elementų tepimas (taškai: minimum 8-12)
• Sukamojo sankabos nusidėvėjimo patikra
• Pozicionavimo tikslumo patikra (±0,02mm)
• Abiejų vienetų hidraulinių sistemų filtrų valymas
• 2K specifinių aliarmų ir saugos blokavimų testas

Mėnesinės:

• Alyvos keitimas sukamajame mechanizme (jei hidraulinis)
• Abiejų vienetų sraigtų ir cilindrų nusidėvėjimo patikra
• Padėties ir slėgio jutiklių kalibravimas
• Valdiklių elektros jungčių būklės patikra
• Pilno ciklo testas su laikų ir temperatūrų matavimais
• Valdymo programinės įrangos atnaujinimas (jei prieinama)

Metinė (pagrindinė patikra):

• Pilna hidraulinių alyvų keitimas (abiejose sistemose)
• Sukimosi mechanizmo guolių patikra ir keitimas
• Sraigčių regeneravimas arba keitimas esant nusidėvėjimui>0,1mm
• Visų servo variklių perkalibravimas
• Saugumo sistemos patikra sertifikuoto personalo
• Energetinis auditas ir parametrų optimizavimas
• Sandariklių ir 2K mechanizmo dėvėjimosi dalių keitimas

2K specifinės eksploatacinės dalys:

• Sukimosi mechanizmo guoliai - kas 500 000 - 1 000 000 ciklų
• Sankabos sandarikliai - kas 12-18 mmėnesių
• Linijinės kreipiančiosios - kas 2-3 letus esant intensyviam naudojimui
• Padėties enkoderiai - kas 3-5 letus arba esant pirmiesiems padėties klaidoms

Apibendrinimas

Daugiakomponentis įpurškimas ir 2K technologija yra pagrindinis įrankis modernioje plastikų perdirbimo pramonėje, leidžiantis gaminti pažangius gaminius, kuriuose sujungiami įvairūs materialai ir funkcijos viename automatizuotame procese. Nuo paprastų daugiaspalvių kombinacijų iki sudėtingų kietų-minkštų struktūrų, dvikomponentės įpurškimo mašinos atveria naujas projektavimo galimybes kartu mažinant montavimo kaštus.

Pagrindinės gairių išvados:

• 2K formų tipai - besisukančios, stumdomos ir indeksavimo - kiekviena sistema turi optimalų pritaikymą priklausomai nuo geometrijos ir našumo
• Medžiagų suderinamumas - PP-TPE, ABS-TPE, PA-TPE poros užtikrina geriausią adheziją dėl cheminio artimumo
• Montavimo eliminavimas - 2K technologija mažina gamybos kaštus 40-60% pašalindama antrines operacijas
• Proceso tikslumas - servo varikliai ir pažangi valdymo sistema užtikrina kartojamumą±0,01mm
• Įpurškimo mašinos pasirinkimas - produkto, medžiagų ir kokybės reikalavimų analizė nulemia optimalią konfigūraciją
• Problemų sprendimas - sistemingas požiūris į adheziją, padėtį ir proceso parametrus užtikrina gamybos stabilumą
• Specializuota priežiūra - 2K mechanizmai reikalauja specialaus patikrų ir atsarginių dalių grafiko

Daugiakomponentinio formavimodiegimas reikalauja kompleksinio požiūrio, apimančio tinkamos mašinos parinkimą, formos projektavimą, medžiagų optimizavimą ir personalo mokymą. Investicija į 2K technologiją atsiperka padidėjusiu produktų funkcionalumu, montavimo kaštų mažinimu ir didesne pridėtine verte galutiniams klientams.

Jei planuojate diegti 2K įpurškimą ar modernizuoti esamą mašinų parką, susisiekite su TEDESolutions ekspertais. Kaip oficialus Tederic partneris, siūlome išsamias technines konsultacijas renkantis daugiakomponentes įpurškimo mašinas NEO Multi serijos, 2K procesų projektavimą bei pilną aptarnavimo ir mokymų palaikymą.

Taip pat žiūrėkite mūsų straipsnius apie įpurškimo mašinas, įpurškimo formas ir Industry 4.0 automatizaciją.