فرمینگ یا شکل دهی همواره از پرمصرف ترین روش‌های تولید قطعات و اجسام مختلف بوده است. روش‌های فرمینگ از گذشته تا به امروز دچار تغییرات اساسی و پایه‌ای شده است که با پیشرفت تکنولوژی، روش‌های نوین فرمینگ در بسیاری از صنایع جایگزین روش‌های قدیمی شده است. روش‌های نوین فرمینگ سبب افزایش کاربری و بازده در صنایع شده و همچنین با افزایش سرعت فرایند فرمینگ و کاهش نیاز مستقیم حضور نیروی کار، سبب کاهش هزینه‌ها شده است. در صنایع مختلف با در نظر گرفتن عواملی نظیر گستردگی کاری که انجام می‌گیرد، روش تولید بهینه و به صرفه و محدودیت‌های استفاده از متریال مختلف، از اتوماسیون‌های نیمه و تمام اتوماتیک استفاده میشود.
وکیوم فرمینگ چیست؟
به شکل دهی ورق‌های پلاستیکی توسط ایجاد شرایط خلاء، وکیوم فرمینگ گویند. عامل اصلی شکل دهی در این فرایند و در فرایند ترمو فرمینگ، هوا است که در این فرایند به هنگام قالب گیری، هوای محفظه‌ی قالب توسط پمپ خلاء به بیرون کشیده میشود و اختلاف فشار ایجاد شده بین هوای بیرون محفظه و هوای داخل محفظه قالب سبب میشود تا ورق پلاستیکی حرارت دیده شده، شکل قالب را به خود بگیرد. همچنین در فرایند ترمو فرمینگ دمیدن هوا سبب فرم داده شدن ورق پلاستیکی میشود.
تاریخچه
در سال 1855 میلادی فردی به نام الکساندر پارکس در بیرمنگام انگلیس بود که از بخار برای گرم کردن و فرم دادن به سلولوئید استفاده کرد. وقتی سلولوئید خنک شد پارکس متوجه شد که شکل خود را حفظ کرده‌است.
وکیوم فرمینگ بعد‌ها هنگامی که با تکنولوژی ریخته گری و قالب ریزی در دهه ۱۹۴۰ و ۵۰ میلادی ساخته شد، به عنوان یک ابزار نمایش و بازاریابی تصور شد. اولین دستگاه ساخت مواد، که قابلیت ساخت موادی مانند روکش‌های صفحه نمایش از جنس پلاستیک نازک، در سال ۱۹۵۰ ثبت اختراع شد و به دنبال آن مجموعه‌ای از ماشین‌های قالب گیری وکیوم ایجاد شد تا اینکه در سال ۱۹۶۴ سرانجام «دستگاه وکیوم فرمینگ ورق پلاستیک» تکمیل و ثبت اختراع شد.
دستگاه وکیوم فرمینگ
دستگاه‌های وکیوم فرمینگ در ابعاد متفاوتی ساخته می‌شوند اما نحوه‌ی کار و اجزای تشکیل دهنده‌ی همه‌ی آن‌ها یکسان است.
به طور کلی این دستگاه‌ها از چهار جزء اصلی تشکیل شده است که عبارتند از:
1. میز کار
میز کار در دستگاه‌های وکیوم فرمینگ در ابعاد مختلف وجود دارد و قالب نیز روی میز کار سفت و محکم میشود.
2. هیتر یا گرم کن
در این فرایند برای اینکه ورق پلاستیکی به کمک اختلاف فشار هوا به طور کامل فرم قالب را به خود بگیرد، نیاز است که ورق پلاستیکی مورد استفاده به حدی گرم شود تا کاملا منعطف گردد.
3. کمپرسور خلاء
این کمپرسور وظیفه دارد با مکش هوای ما بین ورق گرما دیده و قالب در زمانی که با یکدیگر در تماس هستند، ورق پلاستیکی را به طور کامل به روی سطح قالب بچسباند تا ورق به طور دقیق فرم قالب را به خود بگیرد.
4. ورق گیر
ورق گیر چارچوبی فلزی است که روی ورق پلاستیکی بسته میشود تا ورق پلاستیکی را ثابت و محکم نگه دارد.
نحوه‌ی کار دستگاه وکیوم فرمینگ
اگر بخواهیم روند کار دستگاه‌های وکیوم فرمینگ را کاملا مفید و مختصر و همچنین قابل فهم بیان کنیم، این گونه می‌توان گفت که این فرایند به دو بخش گرما دهی و شکل دهی تقسیم میشود. در توضیح و بسط مرحله به مرحلهی این فرایند ساده می‌توان گفت که در ابتدا قالب شکل مورد نظر روی میز کار بسته و محکم میشود. سپس به کمک اهرمی میز کار به پایین منتقل میشود. در مرحلهی بعد فک‌های ورق گیر را از هم باز می‌کنند و ورق پلاستیکی را در میان آن قرار می‌دهند و با بستن دو فک ورق گیر به یکدیگر، ورق پلاستیکی کاملا ثابت و محکم میشود. سپس هیتر را روی سطح ورق پلاستیکی می‌آورند و تا مدتی معلوم صبر به ورق پلاستیکی حرارت می‌دهند.
پس از گذشت زمان لازمه برای حرارت دادن به ورق پلاستیکی، هیتر به مکان اولیه‌ی خودش منتقل میشود و میز کار توسط اهرم مربوطه خیلی سریع به طرف ورق پلاستیکی رو به بالا حرکت می‌کند و در محل نهایی تعیین شده، قفل میشود و در همین حین سطح قالب به طور کامل با ورق تماس پیدا می‌کند.
در مرحلهی بعد که تقریبا همزمان با مرحلهی بالا انجام میشود، کمپرسور با شروع به کار کردن، هوای ما بین قالب و ورق را تخلیه می‌کند و به دلیل ایجاد اختلاف فشار بین هوای بیرون بالای ورق و هوای زیر ورق، ورق پلاستیکی که به دلیل گرما دیدن کاملا انعطاف پذیر شده است، به طور کامل و دقیق به سطح قالب می‌چسبد و به طور دقیق شکل قالب را به خود می‌گیرد. در آخرین مرحله نیز میز کار توسط اهرم دوباره به پایین منتقل میشود و با باز کردن ورق گیر می‌توان به ورق قالب گرفته شده‌ی نهایی، دسترسی داشت.
مزایای استفاده از وکیوم فرمینگ
در صنعت روش‌های متفاوتی برای رسیدن هدف و محصول نهایی وجود دارد و هنگامی که یک روش در میان ده‌ها روش دیگر انتخاب میشود، قطعا از مزایای خوبی برخوردار بوده است. در ذکر کردن مزایای استفاده از روش وکیوم فرمینگ می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• صرفه جویی در زمان
• طراحی دقیق محصول تولیدی
• انعطاف پذیری محصول تولیدی
• توان تولید با حجم بالا
• جنبه‌ی مثبت اقتصادی
• سادگی کار با این روش
• قابلیت استفاده از مواد بهداشتی در این فرایند
کاربردهای وکیوم فرمینگ
وکیوم فرمینگ با توجه به ویژگی‌هایی که برای آن ذکر شد، در صنعت بسیار پر‌کاربرد است. برای مثال می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• صنایع بسته بندی
در این صنایع از این فرایند برای بسته بندی محصولاتی نظیر اسباب بازی، ابزار آلات، لوازم بهداشتی و آرایشی، مواد غذایی و... استفاده میشود.
• تولید ظروف یک بار مصرف
عمده‌ترین استفاده از این فرایند در صنایع تولید ظروف یک بار مصرف است.
• صنایع کشاورزی
در صنعت کشاورزی از این فرایند برای تولید سینی‌های کاشت و گلدان‌های کوچک استفاده میشود.
• صنایع پزشکی
در این صنعت از فرایند وکیوم فرمینگ برای بسته بندی دارو‌ها، تولید ظروف یک بار مصرف اتاق عمل و... استفاده میشود.
قالب وکیوم فرمینگ
قالب مورد استفاده در این فرایند اصولا از جنس آلومینیوم یا چوب است که به توضیح هر یک می‌پردازیم.
قالب آلومینیومی
به طور معمول جنس قالب‌های وکیوم فرمینگ آلومینیوم است، زیرا در تولید بالا مقاومت زیادی دارند و به سرعت گرما را دفع می‌کنند.
قالب چوبی
برای تولید نمونه‌ی اولیه‌ی قطعه‌ی وکیومی از قالب‌های چوبی استفاده میشود. با تولید نمونه می‌توان قطعه را از نظر بصری بررسی کرد و ایرادات آن را گرفت. این قالب‌ها برای تولید با تعداد بالا مناسب نیستند و مقاومت آنچنانی ندارند.
جنس ورق پلاستیکی
ورق پلاستیکی مورد استفاده در این فرایند دارای ویژگی‌های ساختاری و ظاهری خاصی است. برخی از جنس‌های پر‌کاربرد در این حوزه عبارتند از:
• پی وی سی
پی وی سی یک ترمو پلاستیک شفاف و مقاوم در برابر ضربه و حریق است و در ضخامت‌های مختلف با قیمت نسبتا کم موجود است. این ماده به صورت فیلم پی وی سی در بازار موجود است.
• پت
پت یک ترمو پلاستیک آمورف است که به دلیل شکل گیری خوب بسیار محبوب است.
• اچ پی
اچ پی از پر‌کاربرد‌ترین ترمو پلاستیک‌های آمورف است که شکل گیری خوبی دارد و به دلیل مقاومت ضعیف در برابر اشعه‌ی ماوراء بنفش، برای کاربردهای خارجی مناسب نیست.
• ای بی اس
ای بی اس نیز یک ترمو پلاستیک آمورف است که کمی سفت و محکم‌تر از بقیه است. این ماده مقاومت خوبی در برابر ضربه و حتی تغییرات آب و هوایی دارد و در ضخامت‌ها و بافت‌های متفاوتی وجود دارد.
