تُعدّ عملية تصنيع البلاستيك باستخدام الحاسوب (CNC) عملية تصنيع عالية الدقة تُستخدم لإنتاج أجزاء معقدة من مواد بوليمرية متنوعة. ستجد هذه الطريقة ضرورية عندما تحتاج إلى دقة عالية في القياسات وخصائص ميكانيكية لا يمكن توفيرها باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد.
تُسدّ عمليات تشكيل البلاستيك الفجوة بين مرحلة النماذج الأولية والإنتاج الكمي. فهي تُمكّن من إنتاج قطع بلاستيكية مُشكّلة باستخدام آلات CNC بدقة عالية دون تكاليف الأدوات الباهظة اللازمة للقولبة بالحقن. وتُعدّ هذه العمليات خيارًا مُفيدًا للهندسة التكرارية.
يستكشف هذا الدليل المواد والعمليات والرؤى الهندسية اللازمة لإتقان تشغيل البلاستيك باستخدام آلات CNC للتطبيقات الاحترافية.
اقرأ أيضاً: خدمات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي بكميات صغيرة | دليل الإنتاج بكميات صغيرة
فهم البلاستيك القابل للتشكيل باستخدام الحاسوب
يجب أن تدرك أن أنواع البلاستيك لا تتصرف جميعها بنفس الطريقة عند استخدام أدوات القطع. فعلى عكس المعادن، تتفاعل أنواع البلاستيك الهندسي بشدة مع الحرارة والإجهاد الداخلي.
ما الذي يجعل البلاستيك مناسبًا للتصنيع باستخدام الحاسوب (CNC)؟
في عمليات تشكيل البلاستيك باستخدام آلات CNC، يُعدّ البلاستيك مناسبًا إذا كان قادرًا على تحمّل القوة الميكانيكية للشفرة الدوّارة دون أن ينصهر أو يتكسّر. يُفضّل استخدام مواد تُنتج رقائق نظيفة بدلًا من رقائق طويلة ومتشابكة. غالبًا ما تُقدّم البوليمرات عالية الأداء أفضل النتائج لأنها تحافظ على شكلها حتى مع احتكاك الأداة.
خصائص المواد المهمة لنجاح عمليات التشغيل الآلي
في مجال تصنيع البلاستيك باستخدام الحاسوب، تحتاج إلى تقييم البيانات الفنية لموادك البلاستيكية للتأكد من قدرتها على تحمل الأحمال الميكانيكية لعملية التصنيع باستخدام الحاسوب.
خصائص الميكانيكية
يجب تحليل معامل الانحناء وقوة الشد. تقاوم المواد البلاستيكية ذات معامل المرونة العالي، مثل PEEK أو G-10 Garolite، الانحناء أثناء القطع. في المقابل، تنحرف المواد ذات معامل المرونة المنخفض بعيدًا عن الأداة، مما يؤدي إلى أجزاء أصغر من الحجم المطلوب.
الاستقرار الأبعاد
هذا مقياس مفيد يجب معرفته لأنه يجمع بين معامل التمدد الحراري ومعدل امتصاص الرطوبة. تصنيع النايلون باستخدام الحاسب الآلي يُعدّ ذلك صعباً لأنّ النايلون 6/6 يتمدد بنسبة تصل إلى 8% في الرطوبة العالية. لذا، عليك اختيار بولي كربونات CNC أو ديلرين إذا كان يجب أن يحافظ الجزء الخاص بك على حجمه في حدود ±0.02 مم في بيئات متغيرة.
صلابة الشاطئ
ينبغي عموماً تجنب المواد البلاستيكية ذات الصلابة الأقل من صلابة الشاطئ D 50 في عمليات الطحن الدقيقة، تتميز البوليمرات اللينة بمرونة عالية، مما يعني أنها تنضغط تحت أداة القطع بدلاً من أن تنكسر. وهذا يُسبب نتوءات كبيرة وتشطيبات سطحية رديئة. اللدائن الهندسية تقع عادةً بين مستوى شور دي 70 ومستوى شور دي 90.
الخصائص الحرارية
نظراً لانخفاض الموصلية الحرارية ودرجة انصهار البلاستيك، تبقى الحرارة محصورة عند سطح التلامس مع الأداة. لذا، يجب مراقبة درجة حرارة التحول الزجاجي (Tg). إذا تجاوزت درجة الحرارة الموضعية درجة حرارة التحول الزجاجي، يصبح البلاستيك مطاطياً، مما يؤدي إلى التكتل، حيث يلتصق البلاستيك بالأخاديد ويتسبب في كسر الأداة.
أنواع البلاستيك المستخدمة في تصنيع البلاستيك باستخدام الحاسوب
في السابق، كانت الخيارات محدودة، أما الآن فلديك خيارات عديدة. تُعدّ المواد البلاستيكية الصلبة (شور D 50+) الخيار الأمثل لتحقيق دقة عالية. أما المواد البلاستيكية المرنة (شور A 70+) فهي ممكنة، ولكن تثبيتها صعب. اللدائن الهندسية توفر مواد مثل PEEK قوة فائقة، بينما تعتبر المواد البلاستيكية الشائعة مثل PVC أفضل للهياكل منخفضة التكلفة.
متى تختار التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) للأجزاء البلاستيكية
غالباً ما يواجه المرء خياراً بين التصنيع الآلي، والقولبة، والطباعة. ويُسهم التصنيع الآلي للبلاستيك باستخدام الحاسوب في سدّ فجوة محددة في دورة الإنتاج.
التصنيع باستخدام الحاسب الآلي مقابل القولبة بالحقن
عند تقييم عملية تشكيل البلاستيك باستخدام الحاسوب (CNC) مقابل قولبة الحقن، فإن أول عامل يجب مقارنته هو حجم الإنتاج. تتطلب عملية القولبة قالبًا معدنيًا قد تصل تكلفته إلى آلاف الدولارات. أما خدمات تشكيل البلاستيك باستخدام الحاسوب فهي أرخص بكثير للكميات التي تقل عن 500 وحدة. علاوة على ذلك، يمكنك الحصول على جدران أكثر سمكًا باستخدام التشكيل مقارنةً بالقولبة، حيث تتسبب الأجزاء السميكة في ظهور علامات انكماش.
التصنيع باستخدام الحاسب الآلي مقابل الطباعة ثلاثية الأبعاد
على الرغم من أن الطباعة ثلاثية الأبعاد سريعة، قطع بلاستيكية مخصصة تتميز الأجزاء المصنعة باستخدام تقنية CNC بقوة أكبر بكثير. فالأجزاء المطبوعة تتكون من طبقات قابلة للانفصال. أما الأجزاء المصنعة آليًا، فتُنحت من كتلة صلبة متجانسة الخواص، مما يجعلها أكثر متانة. أقوى أنواع البلاستيك أجزاء للاستخدام الهيكلي.
المواد البلاستيكية الشائعة القابلة للتشكيل باستخدام الحاسوب
أفضل طريقة للقيام بذلك هي مطابقة المادة مع بيئة الجزء.
ABS التصنيع باستخدام الحاسب الآلي
في مجال تصنيع البلاستيك باستخدام الحاسوب (CNC)، يُعدّ تصنيع مادة ABS شائعًا نظرًا لرخص ثمنها وسهولة تشكيلها. تتميز هذه المادة بمقاومتها الجيدة للصدمات، كما يسهل لصقها أو طلاؤها. غالبًا ما تُستخدم مادة ABS في صناعة أغلفة الأجهزة الإلكترونية وأجزاء لوحات القيادة.
نايلون التصنيع باستخدام الحاسب الآلي
تُعدّ معالجة النايلون باستخدام آلات CNC حلاً فعالاً للأجزاء المتحركة، إذ توفر هذه التقنية مقاومةً ممتازةً للتآكل ومتانةً فائقة. وهذا ما يجعل النايلون خياراً شائعاً في معالجة البلاستيك باستخدام آلات CNC للمكونات المتحركة. تجدر الإشارة إلى أن النايلون يمتص الرطوبة، مما قد يُغيّر حجمه بمرور الوقت. كما تتوفر أنواع مُدعّمة بالألياف الزجاجية لمن يحتاجون إلى صلابة أعلى.
إذا كنت تقارن بين النايلون و ABS لتطبيق معين، فراجع دليلنا حول النايلون مقابل ABS.
تصنيع الأكريليك باستخدام الحاسب الآلي
تصنيع الأكريليك باستخدام الحاسب الآلي يُعدّ هذا الخيار الأمثل للشفافية، فهو يتمتع بوضوح بصري أفضل من الزجاج، كما أنه أخف وزنًا بكثير. بعد عملية التصنيع، يُمكن استخدام التلميع بالبخار لإعادة القطعة إلى حالتها الشفافة تمامًا.
ديلرين / بوم التصنيع باستخدام الحاسب الآلي
يُعدّ تشكيل مادة الديلرين خيارًا مفضلًا لدى المهندسين، فهي تتميز بانخفاض الاحتكاك ودقة الأبعاد العالية، كما أنها لا تمتص الرطوبة، لذا ستبقى القطع التي تصنعها اليوم بنفس الحجم حتى الشهر القادم.
كثيراً ما يقارن المهندسون بين مادة الديلرين والنايلون عند اختيار المواد البلاستيكية المستخدمة في التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC)، نظراً لما تتمتع به كلتا المادتين من سهولة تشكيل ممتازة وثبات في الأبعاد. تعرّف على المزيد في دليل المقارنة بين الديلرين والنايلون.
التصنيع باستخدام الحاسب الآلي من البولي كربونات
البولي كربونات المُصنّع باستخدام الحاسوب (CNC) يكاد يكون غير قابل للكسر. وهو شفاف كالأكريليك ولكنه أكثر صلابة بكثير. يُفضّل استخدامه في دروع الحماية، والشاشات المقاومة للظروف القاسية، والحواجز الصناعية.
نظرة خاطفة التصنيع باستخدام الحاسب الآلي
مادة PEEK هي بلاستيك عالي الأداء يتحمل درجات الحرارة العالية والمواد الكيميائية القاسية. وكثيراً ما تُستخدم لاستبدال الأجزاء المعدنية في صناعة الطيران والفضاء والزرعات الطبية.
تصنيع الآلات باستخدام الحاسب الآلي PEI
تُتيح عملية التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) لمادة PEI إنتاج قطع ذات مقاومة حرارية فائقة، إذ تحافظ على قوتها في درجات حرارة تذوب فيها أنواع البلاستيك الأخرى. وهي مادة مثالية للأدوات الطبية التي تتطلب التعقيم بالبخار.
تشكيل التفلون
تُعدّ عملية تشكيل التفلون صعبةً نظراً لكونه مادةً شديدة الانزلاق. وهو مشهور بمقاومته الكيميائية، ويُستخدم غالباً في صناعة موانع التسرب والحشيات في أنظمة السوائل.
تتطلب بعض المشاريع مواد عالية الأداء ودقة متناهية. لذا، تقدم شركة فاست بريسي خدمات متخصصة في تصنيع البلاستيك باستخدام تقنية CNC. وتدعم الشركة جميع مراحل الإنتاج، بدءًا من النماذج الأولية وصولًا إلى الإنتاج بكميات صغيرة.
عمليات تشكيل البلاستيك باستخدام الحاسوب
في مجال تصنيع البلاستيك باستخدام الحاسوب، تتطلب أشكال الأجزاء المختلفة إعدادات ميكانيكية مختلفة لضمان الاستقرار والدقة.
الطحن باستخدام الحاسوب (CNC) للبلاستيك
هذه هي الطريقة الأساسية لتصنيع القطع البلاستيكية حسب الطلب . يتحرك المغزل في 3 أو 4 أو 5 محاور بينما تُثبّت قطعة العمل في ملزمة أو طاولة شفط. وهي مثالية للقطع المسطحة ذات التجاويف والثقوب والشقوق.
الخراطة والتشكيل باستخدام الحاسوب (CNC)
بالنسبة للأجزاء البلاستيكية الأسطوانية المصنعة باستخدام آلات CNC ، تُعد المخرطة الخيار الأمثل. فبفضل دوران الجزء، يُمكن تحقيق دقة عالية في مركزية البطانات والأعمدة. يُنصح باستخدام رؤوس قطع خاصة ذات رؤوس ماسية أو كربيد مصقول لمنع البلاستيك من الانزلاق فوق أداة القطع.
التصنيع باستخدام الحاسوب السويسري للبلاستيك
ستحتاج إلى هذه التقنية للأجزاء الصغيرة جدًا ذات النسبة العالية بين الطول والعرض. يقوم رأس متحرك بتمرير البلاستيك عبر جلبة توجيه. ولأن القطع يتم على بُعد ملليمترات من الدعامة، فإن ذلك يمنع المادة من التذبذب أو الاهتزاز. تُعد هذه التقنية مفيدة لدبابيس الأجهزة الطبية وأغلفة الموصلات الكهربائية.
تطبيقات الأجزاء البلاستيكية المُشكَّلة باستخدام الحاسب الآلي
قطع بلاستيكية مخصصة تؤدي أدوارًا مهمة في الصناعات التي يكون فيها المعدن ثقيلًا جدًا أو موصلًا للكهرباء.
الأجهزة الطبية والرعاية الصحية
ستجدون تقنية التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) لمادة PEI تُستخدم في صناعة مقابض جراحية آمنة للاستخدام في أجهزة التعقيم بالبخار. أما مادة PEEK فتُستخدم في صناعة أقفاص العمود الفقري وزراعات تجريبية نظرًا لتشابه معامل مرونتها مع عظام الإنسان. توفر هذه المواد توافقًا حيويًا ومقاومة كيميائية عالية لمواد التنظيف القاسية.
الفضاء والسيارات
تفضل استخدام قطع ألياف الكربون المصممة خصيصًا وتصنيع النايلون باستخدام آلات CNC لتقليل الوزن. تساعد مشعبات السحب خفيفة الوزن والعوازل الكهربائية وموصلات نظام الوقود على تلبية معايير الانبعاثات الصارمة.
الإلكترونيات وشاشات العرض الرقمية
تُنتج عمليات التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) للبلاستيك أجزاءً ذات قوة عزل كهربائي عالية. ويمكن بعد ذلك استخدام مواد مثل FR-4 أو PTFE لإنشاء عوازل عالية التردد وأغلفة لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) التي تحمي من التداخل.
إرشادات تصميم تشغيل البلاستيك باستخدام الحاسوب
للبدء، يجب عليك تعديل نماذج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) الخاصة بك لتناسب السلوك الفريد للبوليمرات.
سمك الجدار
يجب الحفاظ على سماكة جدار لا تقل عن 1.5 مم. إذا كانت الجدران أرق من ذلك، فإن ضغط أداة القطع سيؤدي إلى انثناء المادة، مما ينتج عنه علامات اهتزاز وأخطاء في الأبعاد.
نصف القطر والشرائح الداخلية
يُنصح عمومًا بتجنب الزوايا الداخلية الحادة بزاوية 90 درجة. استخدم نصف قطر أكبر قليلًا من نصف قطر قاطع التفريز. يسمح هذا للأداة بالحفاظ على معدل تغذية ثابت ويقلل من تركيز الإجهاد الذي يتسبب في تشقق البلاستيك.
التسامح
يسعى الجميع لتجنب التفاوتات المفرطة. يصعب على الآلات تحقيق دقة عالية في القياسات، إذ يتمدد البلاستيك أو ينكمش تبعًا لدرجة حرارة الغرفة. يُعدّ التفاوت ±0.05 مم معيارًا مفيدًا يُستخدم في العديد من أنواع البلاستيك الهندسي.
التقنيات وأفضل الممارسات
يمكنك تجربة تقنيات مختلفة لتحقيق التوازن بين سرعة الأداة وإخراج الرقائق لمنع الانصهار.
التحكم في توليد الحرارة
أول خطوة هي استخدام معدلات تغذية عالية مع سرعات دوران معتدلة للمغزل. هذا يزيد من كمية الرايش المتولد، مما يعني أن كل رايش ينقل حرارة أكبر بعيدًا عن القطعة. أما إذا استخدمت سرعة دوران عالية مع معدل تغذية منخفض، فستقوم الأداة ببساطة باحتكاك البلاستيك مما يؤدي إلى انصهاره.
اختيار الأدوات
يُستخدم عادةً تصميم القص. توفر قواطع الطحن ذات الشفرة الواحدة أو الشفرتين أكبر مساحة لإزالة الرايش، مما يمنع انسداد الأداة. لذا، يُنصح بتجنب استخدام قواطع الطحن ذات الأربع شفرات المستخدمة في الفولاذ.
العاملين
الخطوة التالية هي تثبيت المادة دون إحكام ربطها بشدة. فالضغط الزائد من الملزمة سيؤدي إلى تشوه البلاستيك. وعند تحرير الملزمة، ستعود القطعة إلى شكلها المشوه. استخدام طاولة شفط أو فكوك ناعمة يُعدّ وسيلة فعّالة لتجنب ذلك.
خيارات ما بعد المعالجة والتشطيب
بعد عملية التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) ، يمكنك تطبيق معالجات ثانوية لتحسين سطح القطعة.
تلميع البخار
تستخدم عملية التلميع بالبخار مذيبًا مثل Weld-On 4 في صورته الغازية. وهي قادرة على جعل أجزاء الأكريليك والبولي كربونات شفافة بصريًا، ولذلك يُعد اختيار المادة أمرًا بالغ الأهمية. راجع مقارنتنا بين الأكريليك والبولي كربونات في مجال النماذج الأولية.
التفجير بالخرز
يزيل هذا الأسلوب آثار أدوات القطع ويخلق سطحًا متجانسًا غير لامع. وهو أفضل طريقة لتطبيق هذه التقنية على الأجزاء التي تتطلب مظهرًا احترافيًا غير عاكس.
الصلب
هذه عملية لتخفيف الإجهاد. يتم تسخين الأجزاء إلى درجة حرارة محددة أقل من درجة انصهارها، ثم تبريدها ببطء. تُعد هذه خطوة مفيدة في تشكيل النايلون أو الديلرين لمنع تشوه الجزء بعد أسابيع من الانتهاء من تصنيعه.
التحديات في تصنيع البلاستيك باستخدام الحاسوب
يجب أن تكون على دراية بالقوى الداخلية التي يمكن أن تدمر قطعة دقيقة.
الإجهاد الداخلي والتشوه
تحتوي العديد من أنواع البلاستيك على إجهادات متأصلة ناتجة عن عملية البثق. عند إزالة المادة من أحد الجانبين، تصبح هذه الإجهادات غير متوازنة، مما يؤدي إلى انحناء القطعة. ولإصلاح ذلك، يجب قلب القطعة بشكل متكرر وإزالة كميات متساوية من المادة من كلا الجانبين.
امتصاص الرطوبة
تتطلب عمليات تصنيع النايلون باستخدام الحاسوب بيئة مضبوطة. إذا قمت بتصنيع قطعة جافة ثم وضعتها في مستودع رطب، فسوف يزداد حجمها. لذا، يجب مراعاة هذا التمدد في تصميمك.
تآكل الأدوات وتراكم المواد اللاصقة
تُعدّ قطع ألياف الكربون المُصنّعة حسب الطلب والبلاستيك المُدعّم بالألياف الزجاجية موادّ كاشطة للغاية، مما يُؤدي إلى تآكل أدوات الكربيد بسرعة. لذا، ستحتاج إلى استخدام طلاءات الكربون الشبيهة بالماس لإطالة عمر الأداة والحفاظ على حدّة حافتها القاطعة.
ملخص
توفر عمليات التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) للبلاستيك الدقة والمتانة اللازمتين للهندسة الحديثة. من خلال فهم المواد البلاستيكية والتحكم في التمدد الحراري، يُمكنك ابتكار قطع بلاستيكية عالية الأداء مصممة خصيصًا . ينبغي عليك إعطاء الأولوية لإرشادات التصميم للتصنيع (DFM) واستخدام الأدوات المناسبة لضمان استيفاء القطع البلاستيكية المصنعة باستخدام الحاسوب (CNC) لجميع المتطلبات الفنية. بالنسبة للمهندسين الذين يسعون إلى دقة قابلة للتكرار، تظل عمليات التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) للبلاستيك الطريقة الأكثر موثوقية لتصنيع البوليمرات.
لتحقيق نتائج متسقة في التطبيقات العملية، يُعدّ التعاون مع شريك ذي خبرة في مجال التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) أمرًا بالغ الأهمية. تُعتبر شركة FastPreci مزودًا موثوقًا لخدمات التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) للبلاستيك في الصين، حيث تدعم جميع مراحل الإنتاج بدءًا من النماذج الأولية وحتى الإنتاج النهائي لمواد مثل النايلون والأكريليك وABS وPC وPEEK.
الأسئلة الشائعة
ما هو أقوى أنواع البلاستيك المستخدمة في عمليات التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC)؟
يُعدّ البولي إيثر إيثر كيتون (PEEK) أقوى أنواع البلاستيك، خاصةً عند تدعيمه بألياف الكربون. فهو يتمتع بقوة شد تزيد عن 90 ميجا باسكال.
هل يمكنك الحصول على سطح أملس كالمرآة على البلاستيك المصنّع باستخدام آلة CNC؟
من خلال التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) للأكريليك والتلميع بالبخار أو الخراطة الماسية، يمكنك الحصول على سطح شفاف بصريًا يشبه المرآة.
لماذا يتغير شكل قطعة الديلرين الخاصة بي بعد عملية التصنيع؟
يعود هذا عادةً إلى تخفيف الإجهاد الداخلي. يُنصح باستخدام مادة ديلرين مُخففة الإجهاد، وإجراء عملية صقل أولية تليها فترة راحة لمدة 24 ساعة قبل عملية القطع النهائية.
هل تعمل تقنية التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) مع المواد البلاستيكية المرنة؟
من الممكن القيام بذلك، لكنه صعب. ستحتاج إلى تجميد المادة أو استخدام تجهيزات شفط متخصصة لمنع البلاستيك من التحرك أثناء القطع.
كيف تتم مقارنة قوة التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) بالطباعة ثلاثية الأبعاد؟
الأجزاء المصنعة آلياً متجانسة الخواص، أي أنها تتمتع بنفس القوة في جميع الاتجاهات. أما الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد فهي أضعف لأن الروابط بين الطبقات فيها أسهل في الكسر.
