Şişirmeli kalıplama

Şişirmeli kalıplama içi boş plastik parçaların yapımı ve birleştirilmesi için kullanılan bir üretim sürecidir. Cam şişeler veya diğer içi boş şekiller yapmak için de bu işlem kullanılır.

Şişirmeli kalıplama işlemi

Üç tip şişirmeli kalıplama vardır: ekstrüzyon şişirme, enjeksiyon şişirme ve enjeksiyonlu gerdirerek şişirme.

Şişirerek kalıplama, plastiğin eritilip ham (parison) ürün yapımı veya enjeksiyon ve enjeksiyonlu gerdirip şişirerek kalıplayarak (ISB) bir preform yapılmasıyla başlar. Parison bir ucunda basınçlı havanın geçebileceği bir delik olan tüp gibi plastik bir parçadır.

Daha sonra parison (hamur) kalıba sıkıştırılır ve içine basınçlı hava basılır. Hava basıncı daha sonra plastiği kalıba uyacak şekilde dışarı doğru iter. Plastik soğuduktan ve sertleştikten sonra kalıp açılır ve parça çıkarılır.

Soğutmaya hızlandırıp parça imal süresini azaltmak için kalıba soğuk su kanalları delinir.

Tarihçe

Proses ilkesi cam üfleme fikrinden gelir. Enoch Ferngren ve William Kopitke bir şişirme makinesi yaptı ve 1938'de Hartford Empire Company'ye sattı. Bu ticari şişirme işleminin başlangıcıydı.

1940'larda ürün çeşitliliği ve sayısı hala çok sınırlıydı ve bu nedenle şişirmeli kalıplama daha sonraya kadar kalkmadı. Çeşitlilik ve üretim oranları arttığında kısa süre sonra oluşturulan ürünlerin sayısı da arttı.

Üfleme tekniğini kullanarak içi boş gövdeli iş parçaları üretmek için gerekli mekanizmalar çok erken zamanlarda vardı.

Cam çok kırılgan olduğundan plastiğin kullanılmaya başlanmasından sonra bazı durumlarda camın yerine plastik kullanıldı.

İlk seri üretim plastik şişe 1939'da Amerika'da yapıldı.

Almanya bu teknolojiyi biraz sonra kullanmaya başladı ancak halen önde gelen şişirmeli kalıplama makine üreticilerinden biridir.

Amerika Birleşik Devletleri meşrubat endüstrisinde plastik kap sayısı 1977'de sıfırdan 1999'da on milyara çıktı. Bugün daha da çok sayıda ürün şişiriliyor ve sayı artmaktadır.

Dökme metal camlar olarak da bilinen amorf metaller için üflemeli kalıplama plastik şişirme ile karşılaştırılabilir basınçlar ve sıcaklıklar altında son zamanlarda gösterilmiştir.

Tipolojiler

Ekstrüzyon şişirme

Ekstrüzyonlu şişirme

Ekstrüzyon Şişirmeli Kalıplamada (EBM) plastik eritilir ve içi boş bir tüp (parison) içine fışkırtılır. Bu hamur daha sonra soğutulan metal kalıp kapatılarak yakalanır.

Sonra parisonun (hamurun) içine üflenerek içi boş şişe veya parça şişirilir. Plastik parça yeterince soğuduktan sonra kalıp açılır ve parça kalıptan dışarı atılır.

EBM işlemiyle yapılan parça örnekleri: çoğu polietilen içi boş ürün, süt, şampuan vb şişeleri, otomotiv kanalları, sulama kutuları ve variller gibi içi boş endüstriyel parçalar.

Avantajlar

• Düşük takım ve kalıp maliyeti
• Hızlı üretim oranları
• Karmaşık parçaları kalıplama yeteneği
• Kulplar tasarıma dahil edilebilir

Dezavantajları

• İçi boş parçalarla sınırlıdır
• Düşük güç
• Parisonlar, bariyer özelliklerini artırmak için genellikle karışık (çok katmanlı) malzemelerden yapılır ve bu nedenle geri dönüştürülemez
• Geniş ağızlı kavanoz yapmak için döndürerek kırpma gereklidir.

Düz EBM

Düz EBM enjeksiyon kalıplamaya benzer şekilde malzemeyi ileriye doğru itmenin bir yoludur bu sayede bir Arşimet vidası dönüp ardından durur ve eriyiği dışarı iter.

Bir Akümülatör ile

Akümülatör yöntemiyle bir toplayıcı erimiş plastiği toplar ve önceki kalıp soğuduğunda ve yeterli plastik biriktiğinde bir çubuk erimiş plastiği iter ve hamuru oluşturur. Bu durumda vida sürekli veya aralıklı olarak dönebilir. Sürekli ekstrüzyon ile parissonun ağırlığı parisonu çeker ve duvar kalınlığının kalibre edilmesini zorlaştırır. Akümülatör kafası veya pistonlu vida yöntemleri ağırlığın etkisini hızlı bir şekilde azaltmak ve kalıp boşluğunu bir parison programlama cihazı ile ayarlayarak duvar kalınlığı üzerinde hassas kontrol sağlamak için hamurun dışarı itilmesi için hidrolik sistemler kullanır. Aynı zamanda bir Akümülatöre dönüşmenin bir yoludur.

Sürekli ekstrüzyon şişirme

Sürekli ekstrüzyon şişirmeli kalıplama, ekstrüzyon şişirmeli kalıplamanın bir çeşididir. Sürekli ekstrüzyon üflemeli kalıplamada hamur sürekli fışkırtılıp tek tek parçalar bir bıçakla kesilir.

Sürekli ekstrüzyon ekipmanı

• döner tekerlek şişirme sistemleri
• mekik makineleri

Aralıklı ekstrüzyon şişirme

Aralıklı Ekstrüzyon Şişirme kalıplama, Ekstrüzyon Şişirme Kalıplamanın bir çeşididir.

Aralıklı ekstrüzyon makineleri

• pistonlu vida makineleri
• akümülatör kafalı makineler

Spin kırpma

Kavanoz gibi kaplar kalıplama nedeniyle genellikle artık malzeme üretir. Bu artık, malzemeyi ayıran kabın etrafındaki bir bıçağının döndürülmesiyle kesilir. Artık plastik daha sonra yeni şişeler yapmak için geri dönüştürülür.

Döndürerek kırpıcılar PVC, HDPE ve PE+LDPE gibi birçok malzemede kullanılır. Farklı malzeme türlerinin kırpmayı etkileyen kendi fiziksel özellikleri vardır. Örneğin amorf malzemeden yapılan şişelerin kristalli malzemelerden yapılan şişelere göre kesilmesi daha zordur.

Bıçak ömrünü 30 kata kadar çıkarmak için genellikle standart çelik bıçak yerine Titanyum nitrür (TiN) kaplı bıçak kullanılır.

Enjeksiyonlu şişirme

Plastik şişenin enjeksiyonlu şişirmeyle üretimi

Enjeksiyonlu şişirme işlemi (IBM: Injection Blow Moulding) çok miktarda içi boş cam ve plastik nesnelerin üretimi için kullanılır.

IBM sürecinde plastik göbek pimi üzerine enjeksiyonla kalıplanır; daha sonra göbek pimi şişirilir ve soğutulacak şişirmeli kalıplama istasyonuna döndürülür.

Bu üç şişirmeli kalıplamanın en az kullanılanıdır ve genellikle küçük tıbbi ve tek kullanımlık şişe yapmada kullanılır.

İşlem üç aşamalıdır: enjeksiyon, şişirme ve fırlatma.

Enjeksiyonlu şişirme makinesi polimeri eriten bir ekstrüder ocağı ve helezon vida tertibatına dayanır. Erimiş plastik, memeden ısıtılmış dişi kalıba ve çekirdek pimine püskürten sıcak yolluk manifolduna beslenir. Dişi kalıp parçanın dış şeklini oluşturur ve ön kalıbın iç şeklini oluşturan bir çekirdek çubuğun etrafına kenetlenir.

Preform görünüşte dişli boyunlu bir test tüpüne benzeyen ve gövdeyi oluşturacak kalın polimer tüp şişe/ kavanoz boynundan oluşur.

Preform kalıbı açılır, göbek çubuğu döndürülür ve içi boş, soğutulmuş üfleme kalıbına sıkıştırılır. Çekirdek çubuğun ucu açılır ve sıkıştırılmış havanın preforma girmesine izin verir bu da onu bitmiş ürün şeklinde şişirir.

Soğuma süresinden sonra üfleme kalıbı açılır ve göbek çubuğu çıkartma konumuna döndürülür. Bitmiş ürün göbek çubuğundan sıyrılır ve ayrıca paketlemeden önce sızıntı testi yapılabilir.

Preform ve üfleme kalıbı eşya boyutuna ve gerekli çıktıya bağlı olarak genellikle üç ila on altı olmak üzere birçok boşluğa sahip olabilir. Eşzamanlı preform enjeksiyonuna şişirmeli kalıplamaya ve fırlatmaya izin veren üç set çekirdek çubuk vardır.

Avantajlar

• Doğruluk için enjeksiyonla kalıplanmış bir boyun üretir.

Dezavantajları

• Üfleme sırasında taban merkezini kontrol etmek zor olduğundan sadece küçük kapasiteli şişelere uygundur.
• Malzeme çift eksenli olarak gerilmediğinden bariyer gücünde artış olmaz.
• Kollar dahil edilemez.

Enjeksiyon gerdirmeli şişirme

Enjeksiyon Gerdirmeli Şişirme Kalıplama tek aşamalı ve çift aşamalı olmak üzere iki ana farklı yönteme sahiptir. Tek aşamalı süreç daha sonra tekrar 3 istasyonlu ve 4 istasyonlu makinelere bölünür.

Tek aşamalı

Tek aşamalı işlemde hem preform imalatı hem de şişe şişirme aynı makinede yapılır. Eski 4 istasyonlu enjeksiyon yeniden ısıtma, gerdirme üfleme ve enjeksiyon yöntemi yeniden ısıtma aşamasını ortadan kaldıran ve ön kalıpta gizli ısı kullanan 3 istasyonlu makineden daha maliyetlidir böylece yeniden ısıtma için enerji maliyetlerinden ve aletlerde % 25 azalma sağlar. Süreç şöyle açıklanır: Moleküllerin küçük yuvarlak toplar olduğunu hayal edin, birlikte büyük hava boşlukları ve küçük yüzey temasları varken, önce molekülleri dikey olarak gerdikten sonra yatay olarak esnetmek için üfleyerek iki eksenli gerilme molekülleri çapraz bir şekil haline getirdi. Bu "çaprazlar" daha fazla yüzey alanı temas ettikçe çok az boşluk bırakarak birbirine uyar ve böylece malzemeyi daha az gözenekli hale getirir ve nüfuz etmeye karşı bariyer gücünü arttırır. Bu işlem aynı zamanda gazlı içeceklerle doldurmak için ideal olma gücünü de arttırır.

Avantajlar

Düşük hacimler ve kısa süreli işler için son derece uygundur. Ön kalıp tüm işlem sırasında serbest bırakılmadığından, ön kalıp duvar kalınlığı, dikdörtgen ve yuvarlak olmayan şekiller üflenirken eşit duvar kalınlığına izin verecek şekilde şekillendirilebilir.

Dezavantajları

Şişe tasarımına ilişkin kısıtlamalar- gazlı şişeler için yalnızca şampanya tabanı yapılabilir.

İki aşamalı

İki aşamalı enjeksiyon gerdirmeli üflemeli kalıplama işleminde, plastik ilk olarak enjeksiyon kalıplama işlemi kullanılarak bir "ön kalıp" halinde kalıplanır. Bu preformlar, bir ucunda iplikler ("bitiş") dahil olmak üzere şişelerin boyunlarıyla üretilir. Bu preformlar paketlenir ve daha sonra (soğuduktan sonra) bir yeniden ısıtmalı gerdirmeli şişirme kalıplama makinesine beslenir. ISBM işleminde, preformlar cam geçiş sıcaklıklarının üzerinde ısıtılır (tipik olarak kızılötesi ısıtıcılar kullanılarak), daha sonra metal üfleme kalıpları kullanılarak yüksek basınçlı hava kullanılarak şişelere üflenir. Ön kalıp, sürecin bir parçası olarak her zaman bir çekirdek çubukla gerilir.

Avantajlar

Çok yüksek hacimler üretilir. Şişe tasarımında küçük kısıtlamalar vardır.

Preformlar, üçüncü bir şahsın şişirmesi için tamamlanmış bir ürün olarak da satılabilir.

Silindirik, dikdörtgen veya oval şişeler için uygundur.

Dezavantajları

Büyük sermaye maliyetidir.

Küçük sistemler olmasına rağmen gerekli zemin alanı genellikle büyüktür.

Ayrıca bakınız

• Şişir-doldur-mühürle (Blow fill seal)
• Gravimetrik blender
• Kalıp-A-Rama
• Kalıplama
• Plastik şekillendirme makinesi

Başvuru kaynakları

Kaynakça

• Plastic Blow Molding Handbook, Van Nostrand Reinhold, 1990, ISBN 978-0-442-20752-6 Plastic Blow Molding Handbook, Van Nostrand Reinhold, 1990, ISBN 978-0-442-20752-6  Plastic Blow Molding Handbook, Van Nostrand Reinhold, 1990, ISBN 978-0-442-20752-6 
• Practical Guide to Blow Moulding, Smithers Rapra Technology, 2006, ISBN 978-1-85957-513-0 Practical Guide to Blow Moulding, Smithers Rapra Technology, 2006, ISBN 978-1-85957-513-0  Practical Guide to Blow Moulding, Smithers Rapra Technology, 2006, ISBN 978-1-85957-513-0 
• Blow Molding Design Guide, 2nd, Hanser-Gardner Publications, 2008, ISBN 978-1-56990-426-8 Blow Molding Design Guide, 2nd, Hanser-Gardner Publications, 2008, ISBN 978-1-56990-426-8  Blow Molding Design Guide, 2nd, Hanser-Gardner Publications, 2008, ISBN 978-1-56990-426-8 
• Ekstrüzyon Şişirme, Hanser-Gardner Yayınları,1-56990-334-4
• Ottmar Brandau, Streç Şişirme Kalıplama, PETplanet Publisher GmbH,3-9807497-2-X
• Yam, KL, "Ambalaj Teknolojisi Ansiklopedisi", John Wiley & Sons, 2009,978-0-470-08704-6