ماشین الات و دستگاه‌های تولید محصولات پلاستیکی و دستگاه‌های قالب گیری، با روش‌های مختلفی کار می‌کنند که یکی از معروف‌ترین آن‌ها روش ترموفرمینگ است. این روش از جهات مختلفی نسبت به سایر شیوه‌ها برتری دارد و کار با آن بسیار راحت است. دستگاه‌های ترموفرمینگ واکنش شیمیایی خاصی انجام نمی‌شود و تنها بر مبنای تغییر فیزیکی مواد اولیه کار می‌کند. شاید این موضوع برای شما جالب باشد که محصولات به این روش چگونه تولید می‌شوند. برای آشنایی بیشتر با روش ترموفرمینگ و نحوه استفاده از آن برای شکل دهی مواد مختلف، روش ترموفرمینگ را بطور کامل  در این مقاله معرفی می‌کنیم.

ترموفرمینگ (Thermoforming)

روش ترموفرمینگ (Thermoforming) یا شکل‌دهی حرارتی یک فرایند چند مرحله‌ای است. واژه فرمینگ (Forming) به معنی شکل دهی اجسام مختلف است که با کمک نیروهای مختلفی مانند فشار، خلأ و حرارت انجام می‌گیرد. بخش ترمو (Thermo) به معنی استفاده از انرژی حرارتی برای نرم کردن مواد اولیه و آماده سازی آن برای شکل دهی است. روش ترموفرمینگ یک روش شکل‌دهی است نه یک فرآیند قالب گیری. زمانی که این دو واژه در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند و تحت عنوان روش ترموفرمینگ شناخته می‌شوند، یعنی دستگاه ابتدا با کمک حرارت مواد اولیه را نرم کرده و سپس به کمک فرایندهایی مانند فشار و خلأ، امکان شکل دهی و شکل پذیری مواد اولیه را فراهم می‌کند. روش ترموفرمینگ از این جهت در صنعت اهمیت ویژه‌ای دارد که مواد اضافی چندانی در آن استفاده نمی‌شود و فرایند شکل دهی با دقت بسیار بالا و با بهترین کیفیت ممکن انجام می‌شود.

فرایند شکل دهی به روش ترموفرمینگ

درفرآیند شکل دهی حرارتی ماده اولیه پلیمری باید به صورت شیت یا ورق رولی شکل حرارت ببیند تا به دمای نقطه نرمی (Softening Point) برای تغییر شکل برسد، دمای این نقطه از نقطه ذوب ماده پلیمری کمتر است. سپس با اعمال فشار مثبت و یا منفی هوا، پلیمر به سمت دیواره قالب هدایت می‌شود. پس از شکل گیری، قطعه از قالب خارج شده و برای جدا کردن ضایعات آن، عملیات دور بری (Trimming) بر روی آن انجام می‌گیرد.
از آنجا که انجام این فرآیند با بهترین کیفیت و دقت و همچنین استفاده نکردن از مواد اضافی در حین انجام فرآیند صورت می‌پذیرد، استفاده از روش شکل دهی گرمایی نسبت به سایر روش‌های شکل دهی به صرفه‌تر است. در واقع روش ترموفرمینگ مثل روش قالب گیری تزریقی برای تولید انبوه، هزینه‌های تولید بسیارکمتری نسبت به سایر روش‌های تولید مواد پلیمری دارد. یکی از مهم‌ترین مزایای روش ترموفرمینگ هزینه کمتر خرید تجهیزات و ماشین آلات تولیدی آن است.

مراحل فرآیند ترموفرمینگ

فرایند ترموفرمینگ از دو مرحله اصلی تشکیل شده است:

1- گرمادهی

در این مرحله ورق پلاستیکی گرمانرم (ترمو پلاست) تا جایی حرارت می‌بیند که نرم و انعطاف پذیر شود. عمل گرمادهی معمولا با استفاده از المنت‌های حرارتی که یک یا هر دو طرف ورق پلاستیکی و با فاصله‌ای معین از آن قرار می‌گیرند، انجام می‌شود. با توجه به جنس پلیمر و ضخامت ورق میزان گرمادهی می‌بایست مشخص و تنظیم شده باشد .

2- شکل دهی

روش‌های انجام مرحله ی شکل دهی در فرآیند ترموفرمینگ به سه دسته تقسیم می‌شود:

• • • • شکل دهی بافشار هوا

در ترموفرمینگ با فشار هوا از فشار مثبت هوا برای اعمال نیرو بر ورق گرم شده جهت قالب گیری استفاده می‌شود. یکی از مزیت‌های این روش نسبت به وکیوم فرمینگ، که از فشار خلا استفاده می‌کند، این است که در اینجا با محدودیت حداکثر فشار تئوری (حداکثر ۱ اتمسفر) که در وکیوم فرمینگ وجود دارد، رو به رو نیستیم. مراحل فرآیند مشابه وکیوم فرمینگ است با این تفاوت که در این حالت ورق با فشار هوا از سمت بالا، به حفره ی قالب می‌چسبد. البته لازم به ذکر است که برای خروج هوای به دام افتاده میان ورق و قالب، منافذی در قالب تعبیه شده است .

• • • • شکل ‌دهی با خلا

ورق پلاستیکی اکسترود شده، که حرارت دیده و نرم و انعطاف پذیر است روی قالب حفره دار قرار می‌گیرد.خلا ایجاد شده و این خلا ورق را درون قالب می‌کشد و پلاستیک در تماس با سطح قالب که سرد است، سخت می‌شود .

• • • • شکل ‌دهی مکانیکی

در این حالت، ورق پلاستیکی گرمانرم به صورت مکانیکی و با نیروی تماس مستقیم شکل داده می‌شود.در این روش، قسمت مثبت قالب ورق را به سمت حفره قالب یا همان قسمت منفی هل داده و به شکل مطلوب در می‌آورد .

در نوع ترموفرمینگ مکانیکی خالص، از فشار هوا یا خلا استفاده نمی‌شود . مهم‌ترین مزیت این روش ، دقت ابعادی بهتر محصول و دقیق تر بودن جزئیات هندسی ان در هر دو روی قطعه، نسبت به دو روش پیشین است. عیب اصلی ترموفرمینگ مکانیکی این است که در این روش هر دو قسمت مثبت و منفی قالب مورد نیاز است و بنابراین هزینه‌ی تولید آن از دو روش دیگر بیشتر است .

کاربرد روش ترموفرمینگ

حال می‌خواهیم بدانیم این روش در چه حوزه‌ای کاربرد دارد و چگونه می‌توان به کمک آن کسب درآمد نمود. هرکدام از این کاربردها دارای قالب‌های مختص به خود هستند برای انکه محصول نهایی ویژگی‌ها و قابلیت‌های مناسبی داشته باشد:

تولید ظروف یکبار مصرف

یکی از پرکاربردترین و پرمصرف‌ترین محصولاتی که روش ترموفرمینگ ساخته میشود، ظروف یکبار مصرف هستند که با مواد پلاستیکی و با فوم ساخته می‌شوند. ظروف یکبار مصرف انواع مختلفی دارند که برخی از آن‌ها به صورت لیوان و ظرف‌های در باز بوده و برخی نیز به صورت ظرف‌های دربسته و برای حمل بلند مدت مناسب هستند. روش به کار رفته برای تولید هر کدام از این ظروف یکبار مصرف متفاوت است.

بسته بندی مواد غذایی

بروز‌ترین ظروف بسته بندی مواد غذایی از جنس پلاستیک هستند و باید از قالب‌های پیش ساخته برای آماده سازی آن‌ها استفاده کرد. نوع بسته بندی‌ها و اندازه آن‌ها با یکدیگر متفاوت است لذا قالب به کار رفته در میز دستگاه ترموفرمینگ با توجه به نوع محصول تغییر می‌کند.

بسته بندی مواد دارویی

بسته بندی مواد دارویی در قالب‌های پلاستیکی هم یکی از کاربردهای روش ترموفرمینگ است که سبک استفاده شده در آن با سبک‌های قبلی متفاوت است. به عنوان مثال برای آماده سازی بسته قرص‌ها، لازم است که قالب آن‌ها به صورت حباب دار طراحی شود که این باعث تغییر قالب استفاده شده در میز دستگاه می‌شود.

ساخت استخرهای بزرگ

استخرهای بزرگ پلاستیکی که به عنوان استخر آب گرم استفاده می‌شوند یا از آن‌ها برای آب تنی بچه‌ها کمک گرفته می‌شود با کمک دستگاه ترموفرمینگ طراحی و ساخته می‌شوند. تمامی مراحل آن‌ها با همین روش اجرا می‌شود. اگرچه نوع و اندازه دستگاه استفاده شده برای این استخرها متفاوت است، اما به طور کلی روش به کار رفته در آن‌ها یکسان است.

تولید لاینر یخچال و فریزر

لاینر یخچال و فریزر ابزار بسیار مهمی برای مرتب کردن فضای داخلی آن‌ها است و به نوعی جاهای مختلف آن را با توجه به نیاز کاربران تقسیم می‌کند. یخچال‌ها به صورت بدنه‌های فلزی هستند که بخش داخلی آنها به کمک مواد عایق پوشش داده شده و سپس یک لاینر پلاستیکی یکپارچه بر روی آن قرار می‌گیرد. این لاینر های پلاستیکی به کمک دستگاه‌ها و روش ترموفرمینگ ساخته می‌شوند.

استفاده به عنوان قالب سه بعدی

آخرین موردی که به کمک دستگاه‌های ترموفرمینگ ساخته می‌شود، قالب‌های سه بعدی پلاستیکی هستند که در طرح‌ها و رنگ‌های مختلفی ساخته شده نقش‌های مختلفی به آن‌ها واگذار می‌شود. این قالب‌ها ممکن است برای یک دستگاه پیچیده یا به عنوان یک ابزار اسباب بازی معمولی استفاده شوند.

مواد اولیه به کار رفته فرآیند ترموفرمینگ

مواد اولیه گرما نرم یا ترموپلاستیک در این فرآیند قابل استفاده هستند. اگر بخواهید از روش ترموفرمینگ در صنایع مواد غذایی استفاده کنید باید ، مواد ترموپلاستیک دارای ویژگی نگهداری از مواد غذایی باشد و از آلودگی مواد غذایی جلوگیری کند. مواد اولیه ترموپلاست عبارتند از :

• • •  پلی اتیلن
    • پلی آمید
    • پلی اتیلن ترفتلات
    •  پلی پروپیلن
    •  پلی استایرن
    •  پلی وینیل کلراید

مزایا فرآیند ترموفرمینگ

قیمت مناسب تجهیزات جانبی
قیمت مناسب قالب دستگاه
استفاده در تولید انواع مختلف قالب پلاستیک
قطعات چند لایه
بازه زمانی (Time Line) از طراحی تا نمونه اولیه کم
مقرون به صرفه برای تولید در حجم کم

معایب فرآیند ترموفرمینگ

• • •  هزینه بر بودن ورقه ها
    • برش زدن بخش زائد قطعه (Trimming)
    • هزینه بر بودن مواد زائد
    • محدود بودن شکل ظاهری قطعه
    • محدوده دمای مفید