موضوع مقاله: قالب‌گیری چرخشی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # قالب‌گیری چرخشی | مقدمه: رقابت‌هایی بین این دو روش و روش‌های قالب‌گیری دمشی، گرماشکل‌دهی و قالب‌گیری تزریقی وجود دارد. | ## بخش 1: قالب‌گیری چرخشی | البته قالب‌گیری چرخشی مزایای ویژه‌ای از جمله میزان کم‌تنش‌های پس ماند و قالب‌های نسبتاً ارزان را دارا است. علاوه بر این از نظر تولید قطعات یک تکه، توخالی و بزرگ (بزرگ‌تر از ۲ متر مکعب) رقبای کمی در برابر این روش وجود دارد. این روش بیشتر برای تولید مخازن شناخته شده‌است اما می‌تواند برای تولید محصولات پزشکی پیچیده، اسباب بازی‌ها و دیگر وسایل بکار رود. در سال ۱۹۹۵، بازار آمریکای شمالی حدود ۳۶۴ هزار تن با ارزش ۱۲۵۰ میلیون دلار و در اروپا ۱۰۱ هزارتن بوده‌است که در سال ۱۹۹۷ در اروپا این مقدار به ۱۷۳ هزار تن رسیده‌است. در دهه‌های اخیر با پیشرفت ماشین آلات و قالب‌ها توجه زیادی به این صنعت شده‌است و سرمایه‌گذاری‌های زیادی بر روی آن صورت گرفته‌است. تاریخچه در سال 1855، پتنتی که توسط R.Peters در بریتانیا به ثبت رسید، اولین استفاده از مکانیزم چرخشی را ثبت کرد که "دو حرکت گریز از مرکز در زوایای قائم به یکدیگر" را با استفاده از چرخ دنده های اریب و گرما ایجاد می کند. از این فرآیند قالب گیری چرخشی برای ایجاد گلوله های توپخانه و سایر شناورهای توخالی استفاده شد که هدف اصلی آن ایجاد ثبات در ضخامت و تراکم دیواره بود. Voelke روشی را شامل پلیمر برای تولید محصولات با استفاده از موم پارافین توصیف کرد. زمانی که R.J.Powell از نسبت رایج 4:1 بین محورهای اصلی و فرعی چرخش در سرعت‌های چرخش آهسته اشاره کرد، قالب‌گیری چرخشی توسعه بیشتری پیدا کرد. حق اختراع او این فرآیند را برای قالب گیری اشیاء توخالی از گچ پاریس در دهه 1920 پوشش داد. این روش‌های اولیه با استفاده از مواد مختلف، پیشرفت‌هایی را در روش قالب‌گیری چرخشی که امروزه با پلاستیک استفاده می‌شود، هدایت کرد. ماشین آلات از یک دستگاه اجاق باکس E Blue ساخته شده بود که با الهام از یک محور عقب موتورهای عمومی، توسط یک موتور الکتریکی خارجی نیرو می گیرد و توسط مشعل های گازی روی زمین گرم می شود. قالب از نیکل-مس الکتروشکل شده ساخته شده بود و پلاستیک پلی وینیل کلرید مایع (PVC) پلاستیزول بود. با افزایش تقاضا و محبوبیت این فرآیند، از آن برای تولید محصولات دیگری مانند مخروط های جاده، شناورهای دریایی و دسته های دستی خودرو استفاده شد. یک سیستم گرمایش جدید نیز ایجاد شد که از جت های گاز مستقیم اولیه به سیستم هوای با سرعت بالا غیر مستقیم فعلی می رسد. روش خنک‌سازی شامل خاموش کردن مشعل‌ها و اجازه دادن به پلاستیک در حالی که هنوز در قالب تکان می‌خورد سخت شود. چرخش قالب در حین مرحله سرمایش نیز ادامه پیدا می‌کند تا پلاستیک شکل مطلوبش را بگیرد و جامد شود. هنگامی‌که پلاستیک به اندازه کافی سخت شد، سرمایش و چرخش متوقف شده تا قطعه پلاستیکی را از قالب خارج کنند. این روش با قالب‌گیری گریزانشی به خاطر سرعت‌های پایین چرخش (۴ تا ۲۰ دور در دقیقه) متفاوت است. تقریباً همه محصولات تجاری که با این روش تولید می‌شوند جزو خانوادهٔ پلاستیک‌های گرمانرم هستند. در میان پلاستیک‌های گرمانرم، بیشتر از بسپارهای نیمه بلورین و مخصوصاً پلی الفین‌ها استفاده می‌شود. مواد مورد استفاده در حال حاضر، پلی‌اتیلن در بسیاری از انواع آن، حدود ۸۵ تا ۹۰ درصد بسپارهای مورد استفاده در قالب‌گیری چرخشی را شامل می‌شود. محصولات با کارایی بالا مثل نایلون تقویت شده با الیاف و بدنه‌های هواپیما از جنس PEEK نیز پتانسیل تولید با این فناوری را دارند اما در حال حاضر جز بسیار کوچکی از صنعت را در بر می‌گیرند. تلاش‌هایی برای استفاده از الیاف در قطعات قالب‌گیری چرخشی صورت گرفته‌است اما گزارش‌های کمی از تجاری شدن این محصولات وجود دارد. فرایند جدید قالب‌گیری چرخشی شامل فرایند با فشار اتمسفری است که از پودر ریز استفاده می‌کند و قطعات تقریباً بدون تنشی را نتیجه می‌دهد. در مورد بسپار مورد استفاده نیز ضروریست که بتواند دماهای بالا را برای مدت طولانی تحمل کند. | ## بخش 2: قالب‌گیری چرخشی | به دلیل عدم وجود فشار، قالب‌ها معمولاً دیواره‌های نازک دارند و به همین دلیل هزینه تولید آن‌ها نسبتاً پایین است. دستگاه‌های جدید با چند بازو، امکان تولید با استفاده از قالب‌های مختلف با شکل‌ها و اندازه‌های مختلف را به‌طور هم‌زمان می‌دهند. با طراحی مناسب قالب می‌توان قطعات پیچیده‌ای را که تولید آن با روش‌های دیگر مشکل یا غیرممکن است مانند جعبه‌های دو جداره با پنج وجه را تولید کرد. با کنترل فرایند صحیح و طراحی قالب مناسب، ضخامت دیواره قطعات بدست آمده با روش‌های قالب‌گیری چرخشی بر خلاف قالب‌گیری دمشی یا گرما شکل‌دهی دو صفحه‌ای، کاملاً یکنواخت خواهد بود. علاوه بر آن محصولات تولیدی عاری از نقطه و خط و جوش خواهد بود و نیازی به عملیات تکمیلی ندارد. این روش دارای معایبی به شرح زیر است: زمان تولید بالا، امکان انتخاب محدود مواد مورد استفاده، هزینه بالای مواد به دلیل استفاده از افزودنی‌های خاص، همچنین استفاده از مادهٔ پودر شده و مشکل بودن قالب‌گیری بعضی از شکل‌ها. ماشین‌های قالب‌گیری چرخشی روش‌های زیادی برای دستیابی به اهداف ضروری مثل چرخش قالب، حرارت دادن و سرمایش وجود دارد. طبق تخمین‌های زده شده، تقریباً ۴۰ درصد ماشین‌های قالب‌گیری چرخشی در آمریکا دست‌ساز هستند. از آنجایی که قطعات قالب‌گیری دمشی محدوده حجمی از ۰٫۰۵ تا ۱۰۰۰۰ لیتر را در بر می‌گیرند، لذا دسته‌بندی کلی ماشین‌ها دشوار است. اگر از مایع واکنشگری مثل اپوکسی یا رزین پلی استر غیر اشباع دارای مادهٔ پخت استفاده شود، تشکیل ساختار تک لایه بدون حرارت دهی خارجی انجام می‌شود. هر بازو قالب را ۳۶۰ درجه در یک جهت می‌چرخاند یا می‌غلتاند و در همان زمان قالب را ۴۵ درجه بالا یا پایین از افقی می‌کند. بدلیل حجم کوچک‌تر اتاق‌های گرمایشی، در مقایسه با ماشین‌های دومحوره، در هزینه‌های گرمایش صرفه‌جویی می‌شود. این در مقیاس های کوچکتر برای مدارس علاقه مند به نمونه سازی و برای مدل های با کیفیت بالا موجود است. دستگاه دورانی عمودی یا بالا و پایین منطقه بارگذاری و تخلیه در جلوی دستگاه بین منطقه گرمایش و خنک‌کننده قرار دارد. دستگاه‌های دورانی عمودی به دلیل جمع و جوری اتاق‌های گرمایش و خنک‌کننده خود، بهینه‌ساز انرژی هستند. این دستگاه‌ها قابلیت‌های همانند یا مشابه دستگاه‌های چند‌بازوی افقی کاروسل دارند، اما فضای کمتری را اشغال می‌کنند. دستگاه شاتل بیشتر دستگاه‌های شاتل دارای دو بازو هستند که قالب‌ها را بین اتاق گرمایش و ایستگاه خنک‌کننده به‌طور رفت‌وبرگشت حرکت می‌دهند. این دستگاه قالب را به سمت خطی به داخل و خارج از اتاق‌های گرمایش و خنک‌کننده حرکت می‌دهد. هزینه این دستگاه نسبت به اندازه محصول تولیدی کم است و اندازه فوت‌پرینت آن نسبت به انواع دیگری از دستگاه‌ها حداقل است. همچنین این دستگاه به مقیاس کوچکتری برای مدارس و پروتوتایپ‌سازی نیز در دسترس است. دستگاه بازوی چرخشی دستگاه بازوی چرخشی می‌تواند تا چهار بازو داشته باشد، با حرکت دوجهته. در برخی از دستگاه‌های بازوی چرخشی، یک جفت بازو بر روی همان گوشه نصب شده است، به طوری که دستگاه چهار بازو دارای دو نقطه محوری است. این دستگاه‌ها برای شرکت‌هایی کاربردی هستند که دوره‌های خنک‌شدن طولانی دارند یا نیاز به زمان زیادی برای جداسازی قطعات دارند نسبت به زمان پخت. برنامه‌ریزی کارهای نگهداری یا تلاش برای اجرای یک قالب جدید بدون متوقف کردن تولید در سایر بازوهای دستگاه از این دستگاه‌ها بسیار آسان‌تر است. این ماشین می‌تواند دارای تا چهار بازو و شش ایستگاه باشد و انواع مختلفی از ابعاد داشته باشد. یک ماشین کاروسل با بازوهای ثابت از سه بازوی ثابت تشکیل شده است که باید همزمان حرکت کنند. | ## بخش 3: قالب‌گیری چرخشی | یک بازو در محفظه گرمایش و دیگری در محفظه خنک کننده و سومی در ناحیه بارگیری/بارگیری مجدد قرار دارد. ماشین کاروسل با بازوهای ثابت خوب عمل می‌کند زمانی که زمان چرخه‌ی یکسان برای هر بازو استفاده می‌شود. این امکان را برای قالب‌های اندازه‌های مختلف، با زمان‌های چرخه و نیازهای ضخامت متفاوت فراهم می‌کند. پیشرفت‌های اخیر در زمینهٔ قالب‌گیری چرخشی دانشگاه کوئینز (Queen s) در Belfast در ایرلند شمالی، سال‌های متمادی پیشرو در توسعه سیستم‌های کنترلی و مدلسازی فرایند قالب‌گیری چرخشی بوده‌است. این محصولات امکان کنترل زیادی را به فرایند کار می‌دهد اما صنعت هنوز این فناوری‌های جدید را به اندازهٔ کافی مورد استفاده قرار نداده است. گروه دانشگاه کوئینز همچنین روش کاری برای بهبود داخلی و سطح سوراخ دار با افزایش فشار داخل قالب و مقاومت آن حل کردن گازها در پلاستیک ارائه داده است که پیش تر این مشکل به عنوان یک مشکل غیرقابل اجتناب در نظر گرفته می‌شد. پیشرفت‌های اخیر در زمینهٔ فناوری قالب‌گیری چرخشی منجر به فرآیندهایی با کاهش هزینه‌هایی انرژی تا ۷۰ درصد و چرخه‌های زمانی نصف حالت متداول شده‌است. از جمله این پیشرفت‌ها می‌توان به حرارت دهی با امواج مایکرو ویو و سردکردن داخلی با پاشش آب به درون قطعه اشاره کرد. یکی از همکاران فعال با این مرکز دانشگاهی، Rototek است که طراحی و ساخت ماشین آلات مربوط به خود را انجام می‌دهد که یک سیستم کنترل فرایند برای این ماشین آلات و همچنین برای دیگر سازندگان و دستگاه‌های قالب‌گیری چرخشی ارائه می‌دهد. ماشین کاملاً خودکار Leoard از Persica در برگامو ایتالیا، با سیستم حرارت دهی روغن و خنک‌کنندگی آب شاید بتوان یکی از پیچیده‌ترین و در عین حال کاراترین ماشین‌های قالب‌گیری چرخشی از نظر حرارت دهی در بازار داشت. محصولات خلاقانه قالب‌گیری چرخشی یکی از محصولات خلاقانه برای جلوگیری و ممانعت از جاری شدن سیل بکار می‌رود. این محصول همانند سدی در برابر سیل عمل کرده و دارای وزن سبک و راحتی حمل و نقل است که قابل استفاده به صورت دایمی و موفق و جایگزینی برای کیسه‌های شن متداول می‌باشد. تعداد کمی از این محصول قبل از طوفانی کاترینا در می‌سی‌سی‌پی مورد استفاده قرار گرفتند که این نمونه‌ها بعد از طوفان هم هنوز وجود دارند؛ و وظیفهٔ خود را به خوبی انجام می‌دهند. از یک روش دارای ثبت اختراع برای قالب‌گیری درونه‌ایی ۱۲ برای تهویهٔ کباب پز بکار می‌رود؛ که با این کار دیگر نیاز به سرهم کردن قطعات بعد از تولید نیست. نمونه‌های قدیمی این پوشش‌های پشت بام توسط قالب‌گیری تزریقی ارائه می‌شدند که روش جدید برای تهیه آن‌ها به صرفه تر و محصول نهایی محکم تر است. ایتالیا پیشرو در این مسیر ماشین سازان ایتالیایی فعالیت زیادی در این‌گونه ماشین‌ها دارند. هم‌چنین این محصول تولید قطعات چندلایه با استفاده از مواد مختلف را در صورت نیاز میسر ساخته است. همچنین این قابلیت را ایجاد کرده‌است تا اندازهٔ مشعل‌ها را بر روی ماشین ها تغییر دهد. علاوه بر آن، سامانه‌ای برای سرمایش با دمش هوا را توسعه داده است و می‌توان زمان‌های سرد شدن را تا ۲۰ درصد کاهش دهد. شرکت Polivini نیز اخیراً یک سیستم ثبت شده‌ای را ارائه کرده‌است؛ که داده‌های واقعی را بر روی دماهای هوا و مواد در طول تمام چرخهٔ تولید (حرارت دهی و سرمایش) فراهم می‌کند. ماشین به‌طور خودکار خودش را با هرگونه تغییری در شرایط کاری شامل دمای محیط مواد مورد استفاده هماهنگ می‌کند. مواد بیش از 80٪ از تمام مواد استفاده شده از خانواده پلی اتیلن هستند: پلی اتیلن متقاطع (PEX)، پلی اتیلن با چگالی پایین (LDPE)، پلی اتیلن با چگالی پایین خطی (LLDPE)، پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) و مواد بازیافتی. ترکیبات دیگر شامل پلاستیسول‌های پلی وینیل کلرید (PVC)، نایلون و پلی پروپیلن هستند. ترتیب موادی که بیشترین استفاده را توسط صنعت دارند: پلی اتیلن پلی پروپیلن پلی وینیل کلرید نایلون پلی کربنات این مواد گاهی اوقات استفاده می‌شوند (به ترتیب استفاده بیشتر): آلومینیوم آکریلونیتریل بوتادیین استایرن (ABS) استال آکریلیک اپوکسی فلوئوروکربن ایونومر پلی بوتیلن پلی استر پلی استایرن پلی اورتان سیلیکون مواد غذایی مختلف (به ویژه شکلات) مواد طبیعی اخیرا امکان استفاده از مواد طبیعی در فرآیند ریخته‌گری ممکن شده است. | ## جمع‌بندی | از طریق استفاده از شن و سنگ واقعی، می‌توان کامپوزیت سنگی ساخت که 80٪ از مواد طبیعی غیر فراوری شده تشکیل شده است.