Vairāku komponentu iesmidzināšana un 2K tehnoloģija — pilnīgs ceļvedis 2025

Ievads vairāku komponentu iesmidzināšanā

Vairāku komponentu iesmidzināšana un 2K tehnoloģija revolucionizē plastmasas apstrādes nozari, ļaujot vienā iesmidzināšanas ciklā ražot progresīvas detaļas, kas apvieno dažādus materiālus vai krāsas. No ergonomiskiem rokturiem ar soft-touch elementiem līdz daudzkrāsu elektronikas komponentiem, divkomponentu iesmidzināšanas mašīnas paver jaunas dizaina un ražošanas iespējas.

Šajā visaptverošajā ceļvedī aplūkosim visus vairāku komponentu formēšanas aspektus — no darbības principiem un veidņu veidiem līdz materiālu izvēlei un praktiskajiem procesa izaicinājumiem. Neatkarīgi no tā, vai plānojat ieviest 2K tehnoloģiju savā ražotnē vai optimizēt esošos procesus, šis raksts sniegs būtiskās tehniskās zināšanas.

Kas ir 2K iesmidzināšana?

2K iesmidzināšana (divkomponentu iesmidzināšana, two-shot molding) ir progresīva iesmidzināšanas tehnoloģija, kas vienā automatizētā procesā ražo detaļas no diviem dažādiem materiāliem vai krāsām. Atšķirībā no tradicionālās vienmateriāla iesmidzināšanas, divmateriālu iesmidzināšana ļauj izveidot multifunkcionālus komponentus bez papildu montāžas operācijām.

Vairāku komponentu formēšanas tehnoloģija izmanto specializētas iesmidzināšanas mašīnas ar divām vai vairāk iesmidzināšanas vienībām, kas secīgi vai vienlaikus iesmidzina dažādas plastmasas veidnē. Pirmais komponents (substrāts) tiek iesmidzināts un daļēji vai pilnībā sacietē, pēc tam seko otrā materiāla iesmidzināšana (overmold), kas ķīmiski vai mehāniski saistās ar pirmo. Rezultāts ir monolīta detaļa ar atšķirīgām īpašībām dažādās zonās.

2K tehnoloģijas attīstības vēsture

Vairāku komponentu iesmidzināšanas vēsture sākas 1960. gados un atspoguļo industrijas vajadzību evolūciju un tehnoloģisko progresu plastmasas apstrādē. Zemāk ir galvenie attīstības posmi:

• 1960. gadi - pirmie eksperimenti ar divu dažādu plastmasu krāsu iesmidzināšanu, galvenokārt rotaļlietu un sadzīves preču nozarē
• 1970. gadi - pirmo komerciālo rotācijas veidņu sistēmu izstrāde daudzkrāsu ražošanai
• 1980. gadi - cietā-mīkstā materiālu saistīšanas tehnoloģijas attīstība, autoindustrijas pielietojumu sākums
• 1990. gadi - uzlabotu termoplastisko elastomēru (TPE) ieviešana, kas saderīgi ar inženierpolimēriem
• 2000. gadi - indeksa veidņu plaša ieviešana, procesa precizitātes un atkārtojamības uzlabojumi, pateicoties servopiedziņām
• 2010. gadi - integrācija ar Industry 4.0 sistēmām, reāllaika procesa monitorings, algoritmiskā optimizācija
• Šodien - 3K un 4K tehnoloģijas, mikro daudzkomponentu iesmidzināšana, progresīvas CAE simulācijas, pilna automatizācija ar robotiku

Veidņu veidi 2K iesmidzināšanai

Pareiza veidnes tipa izvēle 2K iesmidzināšanai ir kritiska projekta panākumiem. Katrai sistēmai ir savas īpašības, priekšrocības un ierobežojumi. Veidnes tips nosaka procesa efektivitāti, detaļas kvalitāti un investīciju izmaksas.

Rotācijas veidnes

Rotācijas veidnes ir populārākā sistēma vairāku komponentu iesmidzināšanā. Tās izmanto rotācijas mehānismu (parasti 180°), lai pārvietotu pirmo komponentu no pirmā materiāla iesmidzināšanas puses uz otrā materiāla iesmidzināšanas pusi.

Rotācijas veidņu priekšrocības:

• Augsta produktivitāte - vienlaicīga pirmā un otrā komponenta iesmidzināšana dažādās ligzdās
• Kompakts dizains - viss process vienā veidnē uz standarta 2K mašīnas
• Īss cikla laiks - rotācija un pozicionēšana aizņem 2-4 sekundes
• Atkārtojamība - precīza pozicionēšana ar servopiedziņām
• Konstrukcijas elastība - iespējami dažādi ligzdu izkārtojumi

Rotācijas veidņu trūkumi:

• Augstākas veidņu izmaksas - rotācijas mehānisms palielina izmaksas par 30-50%
• Nepieciešams simetrisks izkārtojums - ligzdām jābūt aksiāli izvietotām
• Ģeometriski ierobežojumi - detaļas izmēru ierobežo rotācijas rādiuss
• Mehānisma apkope - papildu kustīgās daļas jāsmērē

Pārbīdāmās veidnes (transfer)

Pārbīdāmās veidnes (transfer, sliding) izmanto lineāru veidnes puses vai ieliktņu kustību, lai pārvietotu pirmo komponentu. Šī sistēma ir alternatīva rotācijas veidnēm, īpaši, ja detaļas ģeometrija neļauj rotāciju.

Pārbīdāmo veidņu priekšrocības:

• Bez simetrijas ierobežojumiem - iespējami asimetriski komponenti
• Vienkāršāks mehānisms - lineāra kustība ir vienkāršāka par rotāciju
• Atšķirīgi ligzdu izmēri - pirmajam un otrajam komponentam var būt dažādi apjomi
• Zemākas sākotnējās izmaksas - salīdzinot ar servo rotācijas veidnēm

Pārbīdāmo veidņu trūkumi:

• Garāks cikla laiks - pārvietošana un pozicionēšana aizņem vairāk laika
• Lielāki veidņu izmēri - nepieciešama papildu vieta lineārai kustībai
• Ierobežota automatizācija - sarežģītāka integrācija ar robotiem
• Vadotņu nolietojums - slīdošā kustība rada berzi

Indeksa plākšņu veidnes

Indeksa plākšņu veidnes ir visprogresīvākā sistēma vairāku komponentu formēšanai, īpaši 3K un 4K tehnoloģijām. Tās izmanto indeksācijas plāksni, kas uzstādīta uz iesmidzināšanas mašīnas kustīgās plātnes un precīzi pagriežas noteiktā leņķī (90, 120 vai 180°).

Indeksa veidņu priekšrocības:

• Augstākā produktivitāte - vienlaicīga visu komponentu iesmidzināšana vairākās stacijās
• Mērogojamība - vienkārša pāreja no 2K uz 3K vai 4K
• Pozicionēšanas precizitāte - ±0.01 mm, pateicoties servopiedziņām
• Cikla laika optimizācija - paralēla iesmidzināšana un dzesēšana
• Automatizācijas integrācija - ideāli robotizētām līnijām

Indeksa veidņu trūkumi:

• Augstākās investīciju izmaksas - veidne + indeksa plātne 2-3x dārgāk
• Nepieciešama īpaša mašīna - mašīna ar indeksatora opciju vai servo plātni
• Konstrukcijas sarežģītība - nepieciešams pieredzējis veidņu projektētājs
• Garāks ieviešanas laiks - vairāk parametru optimizācijai

Materiālu saderība

Panākumi divmateriālu iesmidzināšanā lielā mērā ir atkarīgi no pareiza materiālu pāra izvēles. Ne visas plastmasas ir saderīgas, un saķeres kvalitāte nosaka detaļas izturību un funkcionalitāti.

Populārākās cietā-mīkstā materiālu kombinācijas:

• PP + TPE-S (SEBS) - visizplatītākais pāris, lieliska ķīmiskā adhēzija, zemas izmaksas, plašs cietības diapazons (30-90 Shore A)
• ABS + TPE-S - apvieno ABS izturību ar TPE elastību, populārs elektronikā un sadzīves tehnikā
• PA (poliamīds) + TPE-A - augsta ķīmiskā un termiskā izturība, autoindustrijas pielietojumi
• PC + TPE-U - kombinācija prasīgiem pielietojumiem, triecienizturība un temperatūras noturība
• PBT + TPE-E - izmēru stabilitāte un elastība, elektriskie savienotāji

Faktori, kas ietekmē adhēziju:

• Ķīmiskā saderība - līdzīga polimēru struktūra nodrošina labāku molekulāro saiti
• Iesmidzināšanas temperatūra - pārāk zema otrā materiāla temperatūra izraisa sliktu adhēziju
• Laiks starp iesmidzināšanām - substrāts nedrīkst būt pārāk auksts vai pārāk karsts
• Savienojuma ģeometrija - mehāniskie undercuts palielina izturību
• Virsmas sagatavošana - substrāta teksturēšana uzlabo saķeri

Daudzkrāsu kombinācijas (tas pats materiāls):

• PP + PP (dažādas krāsas) - vienādas īpašības, atšķirīga estētika
• ABS + ABS - daudzkrāsu elektronikas komponenti
• PC + PC - caurspīdīgas lēcas un korpusi ar krāsu akcentiem

Galvenie tehniskie parametri

Izvēloties un konfigurējot 2K iesmidzināšanas sistēmu, ņemiet vērā specifiskos tehniskos parametrus, kas to atšķir no vienmateriāla iesmidzināšanas.

1. Saspiešanas spēks (kN)

Vairāku komponentu iesmidzināšanā saspiešanas spēks jāpielāgo abu komponentu kopējam projekcijas laukumam. Parasti nepieciešams par 20-40% lielāks spēks nekā vienmateriāla iesmidzināšanai tajā pašā detaļā. Diapazons: 500 kN līdz 30 000 kN lielākajai daļai 2K pielietojumu.

2. Iesmidzināšanas vienību tilpums (cm3)

Katrai iesmidzināšanas vienībai jābūt piemērotai sava komponenta apjomam. Pirmā vienība (substrāts): 50-80% noslodze. Otrā vienība (overmold): 30-60% noslodze. Neatkarīga katras vienības kontrole ir kritiska.

3. Iesmidzināšanas vienību konfigurācija

Konfigurācijas: L (blakus), V (leņķī), piggyback (viena virs otras). Izvēle atkarīga no veidnes ģeometrijas un pieejamās vietas. Tederic NEO mašīnas piedāvā visas konfigurācijas.

4. Kopējais cikla laiks (s)

Kopējais laiks ietver: veidnes aizvēršana (1-2 s), pirmā materiāla iesmidzināšana (2-5 s), dzesēšana/pārvietošana (5-15 s), otrā materiāla iesmidzināšana (2-5 s), gala dzesēšana (10-30 s), atvēršana/izstumšana (2-4 s). Tipisks cikls: 25-60 s vidēja izmēra detaļām.

5. Veidnes pozicionēšanas precizitāte

Rotācijas vai pārbīdes precizitāte: vismaz ±0.02 mm. Servopiedziņas nodrošina atkārtojamību ±0.01 mm. Kritiski pareizam materiālu pārklājumam.

6. Apstrādes temperatūras

Katram materiālam nepieciešama optimāla temperatūra: PP (200-250°C), ABS (220-260°C), TPE (180-230°C), PA (250-290°C). Neatkarīga zonu kontrole katrai vienībai.

7. Turēšanas spiediens (MPa)

Otrā materiāla turēšanas spiediens: 50-150 MPa atkarībā no adhēzijas prasībām. Programmējams turēšanas profils optimizē saķeri.

2K iesmidzināšanas pielietojumi

Divkomponentu iesmidzināšanas mašīnas plaši izmanto daudzās nozarēs, kur nepieciešama funkcionalitāte, kas nav iespējama ar tradicionālām metodēm.

Automobiļu nozare

Autoindustrijā 2K iesmidzināšana ir standarts salona komponentiem. Soft-touch rokturi un pogas apvieno cietu kodolu (PP vai ABS) ar mīkstu TPE pārklājumu komfortam un satvērienam. Durvju paneļi ar integrētiem blīvējumiem novērš montāžas soļus. Centrālās konsoles elementi ar daudzkrāsu akcentiem bez krāsošanas. Prasības: temperatūras noturība -40 līdz +85°C, UV noturība, OEM sertifikācija.

Sadzīves tehnika un patērētāju elektronika

Vairāku komponentu formēšana sadzīves tehnikā ietver ergonomiskus instrumentu rokturus (urbji, putekļsūcēji) ar neslīdošām TPE zonām. Elektronikas korpusi ar IP67 blīvējumu vienā procesā. Pogas un slēdži ar soft touch un cietu pamatni. Ieguvumi: 40-60% montāžas izmaksu samazinājums, uzlabota estētika un funkcionalitāte.

Medicīniskie un laboratorijas produkti

Medicīnas sektorā divmateriālu iesmidzināšana tiek izmantota šļircēm ar ergonomiskiem rokturiem un cietiem cilindriem. Ķirurģiskie instrumenti ar neslīdošiem rokturiem. Diagnostikas ierīču korpusi ar blīvējumiem. Īpašas prasības: ISO 13485 sertifikācija, biosaderīgi materiāli (USP Class VI), ražošana tīrtelpās.

Kosmētikas un premium iepakojums

Kosmētikas industrija izmanto 2K tehnoloģiju daudzkrāsu aizdarēm bez krāsošanas. Aplikatori ar mīkstiem uzgaļiem un cietiem korpusiem. Premium iepakojums ar vizuāliem efektiem (caurspīdīgs + krāsa). Ieguvumi: sekundārās dekorēšanas izslēgšana, augstāka uztvertā produkta vērtība.

Sporta un atpūtas produkti

Sporta inventāra rokturi (golfa nūjas, raketes) ar optimālām cietības zonām. Ķiveru un aizsargu elementi apvieno triecienu absorbciju ar komfortu. Ūdens sporta aprīkojums ar blīvējumiem. Inovācija: cietības gradienti vienā formētā detaļā.

Kā izvēlēties 2K iesmidzināšanas mašīnu?

Pareizas divkomponentu iesmidzināšanas mašīnas izvēle prasa daudzu tehnisku un ekonomisku faktoru analīzi. Zemāk ir galvenie izvēles kritēriji:

1. Produkta un materiāla analīze

• Detaļas ģeometrija: izmērs, sarežģītība, pielaižu prasības
• Komponentu apjomi: pirmā un otrā materiāla proporcijas
• Adhēzijas prasības: mehāniskas vai ķīmiskas
• Gala īpašības: izturība, elastība, estētika

2. Iesmidzināšanas vienību konfigurācija

• L izkārtojums (blakus): standarts, laba piekļuve vienībām
• V izkārtojums (leņķī): kompakts, mazāks footprint
• Piggyback: maksimāls vietas ietaupījums, augstākas izmaksas
• Horizontāls paralēlais: veidnēm ar vertikālu sadalījumu

3. Piedziņas tips un precizitāte

• Elektriska (servo): augstākā precizitāte ±0.01 mm, 50-70% enerģijas ietaupījums, ideāli medicīnai un mikro-2K
• Hibrīda: precizitātes un izmaksu līdzsvars, populārs autoindustrijā
• Hidrauliska: zemākas sākotnējās izmaksas, lielāki saspiešanas spēki, mazāk piemērota tīrtelpām

4. Veidnes sistēma un automatizācija

• Rotācijas veidne: standarts lielākajai daļai 2K pielietojumu
• Indekseris: 3K/4K vai maksimālai produktivitātei
• Pārbīdāmā veidne: īpašām ģeometrijām, kur rotācija nav iespējama
• Robotu integrācija: detaļu izņemšana, kvalitātes kontrole, iepakošana

5. Tehniskais atbalsts un serviss

• Piegādātāja pieredze 2K tehnoloģijā
• Operatoru un inženieru apmācību pieejamība
• Atbalsts pirmo projektu palaišanai
• Serviss un rezerves daļas 2K specifiskiem komponentiem

Tederic NEO iesmidzināšanas mašīnas piedāvā pilnu 2K risinājumu klāstu ar L, V un piggyback konfigurācijām. NEO Multi sērija nodrošina progresīvu vadību ar algoritmiem vairāku komponentu iesmidzināšanai, garantējot precīzu vienību sinhronizāciju un cikla laika optimizāciju.

Procesa izaicinājumi un problēmu novēršana

2K iesmidzināšana ietver specifiskus tehnoloģiskus izaicinājumus, kas prasa pieredzi un sistemātisku problēmu novēršanas pieeju.

1. problēma: Slikta adhēzija starp materiāliem

• Cēloņi: nesaderīgi materiāli, pārāk zema substrāta temperatūra, pārāk ilgs pārvietošanas laiks
• Risinājumi: pārbaudīt ķīmisko saderību, palielināt veidnes temperatūru par 10-20°C, saīsināt pārvietošanas laiku, pievienot mehāniskos undercuts

2. problēma: Slāņu nobīde (mismatch)

• Cēloņi: rotācijas mehānisma neprecizitāte, vadotņu nolietojums, pozicionēšanas kļūdas
• Risinājumi: servopiedziņas kalibrēšana, nolietoto vadotņu komponentu nomaiņa, mehānisma brīvkustības pārbaude

3. problēma: Atkabes materiālu sadales līnijā

• Cēloņi: pārāk augsts otrā materiāla spiediens, veidnes malu nodilums, nepietiekams saspiešanas spēks
• Risinājumi: spiediena profila optimizācija, sadales līnijas atjaunošana, saspiešanas spēka palielināšana

4. problēma: Nevienmērīga dzesēšana

• Cēloņi: atšķirīga materiālu siltumvadītspēja, neoptimāli dzesēšanas kanāli
• Risinājumi: Moldflow termiskā simulācija, neatkarīgi dzesēšanas kontūri, konformālā dzesēšana

5. problēma: TPE degradācija ilgās dīkstāvēs

• Cēloņi: elastomēra pārkaršana cilindrā, materiāla oksidēšanās
• Risinājumi: cilindru temperatūras samazināšana dīkstāvēs, automātiska tīrīšana ik pēc 15-20 minūtēm, termiskie stabilizatori

Apkope un uzturēšana

Atbilstoša vairāku komponentu iesmidzināšanas sistēmas apkope ir kritiska tās palielinātās mehāniskās sarežģītības un lielāka kritisko komponentu skaita dēļ.

Ikdienas uzdevumi:

• Rotācijas vai pārbīdīšanas mehānisma vizuāla pārbaude
• Eļļas līmeņa pārbaude abās iesmidzināšanas vienībās
• Katrai vienībai sildīšanas zonu temperatūras pārbaude
• Iesmidzināšanas sprauslu tīrīšana no materiāla atlikumiem
• Sausais rotācijas cikla tests (bez materiāla)

Iknedēļas:

• Vadotņu un 2K mehānisma komponentu eļļošana (vismaz 8-12 punkti)
• Rotācijas sajūga nolietojuma pārbaude
• Pozicionēšanas precizitātes pārbaude (±0.02 mm)
• Hidrauliskās sistēmas filtru tīrīšana abās vienībās
• 2K specifisko trauksmju un drošības bloķētāju tests

Ikmēneša:

• Eļļas maiņa rotācijas mehānismā (ja hidraulisks)
• Gliemeža un cilindra nolietojuma pārbaude abās vienībās
• Pozīcijas un spiediena sensoru kalibrēšana
• Kontroliera elektrisko savienojumu pārbaude
• Pilna cikla tests ar laika un temperatūras mērījumiem
• Programmatūras atjauninājums (ja pieejams)

Ikgadējā apkope (lielā pārbaude):

• Pilnīga hidrauliskās eļļas nomaiņa (abās sistēmās)
• Rotācijas mehānisma gultņu pārbaude un nomaiņa
• Gliemežu reģenerācija vai nomaiņa, ja nolietojums pārsniedz >0.1 mm
• Visu servopiedziņu pārkalibrēšana
• Drošības sistēmu audits sertificēta personāla uzraudzībā
• Enerģijas audits un parametru optimizācija
• Blīvējumu un nolietojamo detaļu nomaiņa 2K mehānismā

2K specifiskās nolietojamās detaļas:

• Rotācijas mehānisma gultņi - ik pēc 500 000 - 1 000 000 ciklu
• Sajūga blīvējumi - ik pēc 12-18 mēnešiem
• Lineārās vadotnes - ik pēc 2-3 gadiem intensīvā darbā
• Pozīcijas enkoderi - ik pēc 3-5 gadiem vai pie pirmajām pozicionēšanas kļūdām

Kopsavilkums

Vairāku komponentu iesmidzināšana un 2K tehnoloģija ir būtiski instrumenti mūsdienu plastmasas apstrādē, ļaujot vienā automatizētā procesā ražot progresīvas detaļas ar dažādiem materiāliem un funkcijām. No vienkāršām daudzkrāsu kombinācijām līdz sarežģītām cietā-mīkstā struktūrām, divkomponentu iesmidzināšanas mašīnas atver jaunas dizaina iespējas, vienlaikus samazinot montāžas izmaksas.

Galvenie secinājumi no ceļveža:

• 2K veidņu tipi - rotācijas, pārbīdāmās un indeksa veidnes - katram ir optimāls pielietojums atkarībā no ģeometrijas un ražīguma
• Materiālu saderība - PP-TPE, ABS-TPE, PA-TPE pāri nodrošina labāko adhēziju ķīmiskās saderības dēļ
• Montāžas izslēgšana - 2K tehnoloģija samazina izmaksas par 40-60%, izslēdzot sekundārās operācijas
• Procesa precizitāte - servopiedziņas un progresīva vadība nodrošina atkārtojamību ±0.01 mm
• Mašīnas izvēle - analizējiet produktu, materiālus un kvalitātes prasības optimālai konfigurācijai
• Problēmu novēršana - sistemātiska pieeja adhēzijai, pozicionēšanai un procesa parametriem nodrošina stabilu ražošanu
• Specializēta apkope - 2K mehānismi prasa īpašu pārbaudes grafiku un rezerves daļas

Vairāku komponentu formēšanas ieviešana prasa visaptverošu pieeju, kas ietver mašīnas izvēli, veidnes dizainu, materiālu optimizāciju un operatoru apmācību. Investīcija 2K tehnoloģijā atmaksājas ar uzlabotu funkcionalitāti, samazinātām montāžas izmaksām un augstāku pievienoto vērtību gala klientiem.

Ja plānojat ieviest 2K iesmidzināšanu vai modernizēt mašīnu parku, sazinieties ar TEDESolutions ekspertiem. Kā autorizēts Tederic partneris mēs piedāvājam visaptverošas tehniskās konsultācijas par NEO Multi sērijas daudzkomponentu iesmidzināšanas mašīnu izvēli, 2K procesu projektēšanu un pilnu servisa un apmācību atbalstu.

Skatiet arī mūsu rakstus par iesmidzināšanas mašīnām, iesmidzināšanas veidnēm un Industry 4.0 automatizāciju.