Spuitgieten is een productieproces dat veel wordt gebruikt voor het produceren van artikelen van speelgoed en plastic snuisterijen tot carrosseriepanelen voor auto's, waterflessen en hoesjes voor mobiele telefoons. Een vloeibaar plastic wordt in een mal geperst en hardt uit - het klinkt eenvoudig, maar is een complex proces. De gebruikte vloeistoffen variëren van heet glas tot een verscheidenheid aan kunststoffen - thermohardend en thermoplastisch.
Geschiedenis
De eerste spuitgietmachine werd gepatenteerd in 1872 en celluloid werd gebruikt om eenvoudige alledaagse voorwerpen zoals kammen te produceren.
Net na de Tweede Wereldoorlog werd een sterk verbeterd spuitgietproces ontwikkeld: 'schroefinjectie', dat tegenwoordig de meest gebruikte techniek is. De uitvinder, James Watson Hendry, ontwikkelde later 'blaasgieten' die bijvoorbeeld wordt gebruikt om moderne plastic flessen te produceren.
Soorten plastic
De kunststoffen die bij het spuitgieten worden gebruikt, zijn polymeren - chemicaliën - thermohardend of thermoplastisch. Thermohardende kunststoffen worden hard gemaakt door middel van warmte of door een katalytische reactie. Eenmaal uitgehard, kunnen ze niet opnieuw worden gesmolten en opnieuw worden gebruikt - het uithardingsproces is chemisch en onomkeerbaar. Thermoplasten kunnen echter worden verwarmd, gesmolten en hergebruikt.
Thermohardende kunststoffen omvatten epoxy, polyester- en fenolharsen, terwijl thermoplasten nylon en polyethyleen omvatten. Er zijn bijna twintigduizend plastic verbindingen beschikbaar voor spuitgieten, wat betekent dat er voor bijna elke vormbehoefte een perfecte oplossing is.
Glas is geen polymeer en daarom past het niet in de geaccepteerde definitie van thermoplast, hoewel het kan worden gesmolten en gerecycled.
De schimmel
Het maken van matrijzen is van oudsher een hoogstaand vakmanschap ('die-making'). Een mal wordt meestal in twee hoofdassemblages samengeklemd in een pers. Het maken van een mal vereist vaak een complex ontwerp, meerdere machinebewerkingen en een hoge mate van vaardigheid.
Het gereedschap is meestal staal of berylliumkoper, dat wordt gebruikt voor het maken van matrijzen en vereist een warmtebehandeling om het te harden. Aluminium is goedkoper en gemakkelijker te bewerken en kan worden gebruikt voor kleinere oplagen. Tegenwoordig hebben computergestuurde frees- en vonkerosie ('EDM') -technieken een hoge mate van automatisering van het proces van matrijsproductie mogelijk gemaakt.
Sommige mallen zijn ontworpen om verschillende gerelateerde onderdelen te produceren - bijvoorbeeld een modelvliegtuigkit - en deze staan bekend als familievormen. Bij andere malontwerpen kunnen meerdere exemplaren ('impressies') van hetzelfde artikel in één 'shot' worden geproduceerd, dat wil zeggen één injectie van plastic in de mal.
Hoe spuitgieten werkt
Er zijn drie hoofdeenheden waaruit een spuitgietmachine bestaat: de invoertrechter, het verwarmingsvat en de ram. Het plastic in de trechter is in korrel- of poedervorm, hoewel sommige materialen zoals siliconenrubber een vloeistof kunnen zijn en mogelijk niet hoeven te worden verwarmd.
Eenmaal in hete vloeibare vorm, duwt de ram ('schroef') de vloeistof in de strak geklemde mal en de vloeistof zet in. Voor viskeuzere gesmolten kunststoffen is een hogere druk (en hogere persbelastingen) nodig om het plastic in elke spleet en hoek te dringen. Het plastic koelt af terwijl de metalen mal warmte afvoert en vervolgens wordt de pers gefietst om het vormstuk te verwijderen.
Voor thermohardende kunststoffen wordt de mal echter verwarmd om de kunststof uit te harden.
Voordelen van spuitgieten
Door spuitgieten kunnen complexe vormen worden vervaardigd, waarvan sommige bijna onmogelijk op een andere manier economisch kunnen worden geproduceerd.
Het brede scala aan materialen maakt een bijna exacte afstemming van de fysieke eigenschappen vereist door het artikel mogelijk, en meerlaagse vormgeving maakt aanpassing van mechanische eigenschappen en een aantrekkelijk uiterlijk mogelijk - zelfs in een tandenborstel
In volume is het een goedkoop proces, aantoonbaar met een minimale impact op het milieu. Er wordt in dit proces weinig schroot gemaakt, en schroot dat wordt geproduceerd, wordt opnieuw gemalen en opnieuw gebruikt.
Nadelen van spuitgieten
De investering in gereedschap - het maken van de mal - vereist doorgaans een grote productie om de investering terug te verdienen, hoewel dit afhankelijk is van het specifieke artikel.
Het vervaardigen van de tooling kost ontwikkelingstijd en sommige onderdelen lenen zich niet gemakkelijk voor een praktisch matrijsontwerp.
De economie van spuitgieten
Een mal van hoge kwaliteit, hoewel relatief duur, zal honderdduizenden 'impressies' kunnen opleveren.
Het plastic zelf is vrij goedkoop en ondanks de energie die nodig is om het plastic te verwarmen en te fietsen druk op (om elke afdruk te verwijderen), het proces kan zelfs voor de meest elementaire items zoals een fles economisch zijn petten.
Uiteindelijk heeft goedkoop spuitgieten geleid wegwerpbaarheid - bijvoorbeeld van scheermessen en balpennen.
Met de ontwikkeling van enkele honderden nieuwe plastic verbindingen per jaar en moderne matrijstechnieken, zal het spuitgieten de komende vijftig jaar zeker in gebruik blijven toenemen. Hoewel thermohardende kunststoffen niet kunnen worden gerecycled, zal hun gebruik, met name voor componenten met hoge precisie, ook toenemen.