Peralatan dasar untukcetakan injeksiadalah mesin cetak injeksi dan cetakan injeksi. Gambar 1-2 menunjukkan proses pencetakan injeksi pada mesin cetak injeksi tipe sekrup.
Prinsip cetakan injeksi
△Alur proses pencetakan injeksi
Prinsipnya adalah plastik butiran atau bubuk ditambahkan ke dalam tong mesin cetak injeksi, dipanaskan dan dicairkan, kemudian sekrup mesin cetak injeksi bertekanan tinggi dan berkecepatan tinggi mendorong plastik cair melalui nosel di ujung depan laras dan dengan cepat menyuntikkannya ke dalam rongga cetakan yang tertutup [Gbr. 1-2(a)]. Lelehan yang mengisi rongga didinginkan dan dipadatkan di bawah tekanan untuk mempertahankan bentuk yang diberikan oleh rongga [Gbr. 1-2(b)]. Kemudian cetakan dibuka dan produk dikeluarkan [Gbr. 1-2(c)].Selama proses pencetakan injeksi, plastik mengalami serangkaian perubahan antara lain pelunakan, peleburan, pengaliran, pembentukan, dan pemadatan.
(Gambar 1-2 Prinsip Cetakan Injeksi pada Mesin Injeksi Tipe Sekrup)
Pelunakan dan Peleburan:
Gambar 1-4 menunjukkan struktur laras dan sekrup dari mesin cetak injeksi. Karena pemanas melingkar dipasang di bagian luar laras, plastik meleleh saat bergerak maju di bawah putaran sekrup, dan akhirnya disuntikkan ke dalam cetakan melalui nosel.
(L1-Bagian pemberian makan; L2-Bagian kompresi; L3-Bagian pengukuran; H1/h2-Rasio kompresi; D-Diameter sekrup)
Plastik mengalami perubahan sebagai berikut selama proses pengisian cetakan:
Sebelum sekrup berputar (L2), suhu dan tekanan batang ulir relatif rendah akibat berkurangnya volume lelehan akibat material masuk ke rongga cetakan (L1). Setelah sekrup berputar (L3), suhu plastik telah mencapai suhu leleh dan menjadi cair. Untuk memastikan kualitas produk, plastik harus dicairkan sepenuhnya sebelum-dicairkan kembali. Pada saat ini, jika plastik telah memasuki tahap kompresi pada tingkat fusi tertentu, efek degassingnya akan sangat terpengaruh.
Sekalipun jumlahnya (L3) tetap sama, karena kedalaman alur ulir h₀ yang berbeda, plastik akan mengalami derajat geser yang berbeda-beda selama proses putaran ulir, sehingga derajat plastisisasi akan berbeda-beda.
Singkatnya, dalam siklus pencetakan yang sama, tingkat dan kualitas peleburan plastik akan dipengaruhi oleh kandungan gas dan kualitas peleburan sekrup:
① Panjang efektif sekrup berbanding lurus (bertambah): L/D=22-25.
② Rasio kompresi sekrup: h₁/h₂=2.0-3.0 (umumnya 2,5).
③ Bagian kompresi sekrup relatif proporsional: L₁/L₂=40%-60%.
Karena nilainya terlalu besar, waktu tinggal material juga akan meningkat, dan putaran sekrup akan terus menerus mendorong plastik cair ke depan. Pada saat ini, plastik akan terus mengalir di rongga cetakan di bawah tekanan, dan kemudian dalam satu siklus pencetakan (tanpa intervensi eksternal sebelum sekrup mulai bergerak maju). Setelah sekrup berputar, sekrup akan bergerak maju di bawah aksi gaya mekanis, secara bertahap memadatkan plastik dan menyuntikkannya ke dalam rongga cetakan. Pada saat sebelumnya, lelehannya akan mengalami kompresi yang cepat (disebut kompresi sesaat), yang dapat dengan mudah menyebabkan kristalisasi dan menyebabkan cacat. Penggunaan injeksi lambat dapat menghindari kristalisasi (kristalisasi sempurna, menjadikannya amorf sempurna karena pendinginan cepat).
Mengalir:
Ketika lelehan disuntikkan ke dalam rongga cetakan di bawah tekanan tinggi dan kecepatan tinggi, dua fenomena akan terjadi selama proses injeksi. Salah satunya adalah plastik yang bersentuhan dengan dinding cetakan dalam keadaan cair akan mengeras dan membentuk lapisan tipis akibat cepatnya pendinginan akibat kontak dengan permukaan rongga cetakan. Lapisan tipis ini disebut lapisan beku (atau disebut lapisan beku sesaat), yang akan menyebabkan suhu lelehan plastik itu sendiri menurun (terutama karena pengaruh hilangnya panas laten kristalisasi). Misalnya, pada polietilen, panas laten kristalisasi yang dilepaskan selama proses pendinginan lelehan melalui dinding cetakan bisa mencapai 50 derajat atau lebih. Oleh karena itu, setelah lelehan mengisi seluruh rongga cetakan dan kembali ke keadaan mendesak, suhu akan menurun. Kedua, sebagian besar plastik cair akan terus mempertahankan arah alirannya dan mengalami aliran balik.
Seperti terlihat pada Gambar 1-5, bila lelehan bersentuhan dengan dinding rongga cetakan akan menghasilkan lapisan beku, dan laju aliran yang lebih cepat akan dihasilkan di bagian tengah yang menjauhi rongga. Plastik akan mengalir secara berlapis pada area antara lapisan beku dan dinding rongga. Setelah plastik melewati keadaan tersebut dan didinginkan serta dibentuk menjadi suatu produk, maka lapisan tersebut akan tetap ada pada produk cetakan dengan arah sejajar dan arah vertikal, sehingga menimbulkan perbedaan kekuatan dan ketangguhan produk, yang akan terjadi pada tahap pelepasan dan pembentukan produk cetakan.
1 - Mesin cetak injeksi; 2 - Cetakan injeksi resin (sebenarnya terdiri dari pelari utama dan gerbang);
3 - Jamur (di dalam rongga); 4 - Bagian dengan laju aliran lebih cepat di bagian tengah;
5 - Bagian dengan laju aliran sangat lambat di sepanjang dinding rongga; 6 - Molekul resin yang berorientasi dan memanjang;
7 - Molekul resin yang terjerat menjadi satu.
Membentuk dan Menyembuhkan:
Ketika plastik cair disuntikkan, ia memasuki cetakan melalui nosel, mengambil bentuk, lalu mendingin dan mengeras menjadi produk jadi. Namun, sebenarnya waktu yang dibutuhkan plastik cair untuk mengisi cetakan adalah beberapa detik, sehingga sangat sulit untuk mengamati proses pengisiannya.
Insinyur Amerika Stevenson menggunakan simulasi komputer untuk menggambarkan proses pengisian pintu mobil polipropilen yang dicetak menggunakan cetakan hot runner dengan dua gerbang, dan menghitung waktu injeksi (yaitu, waktu pengisian), garis las, dan gaya penjepit yang diperlukan. Gambar 1-6 mengilustrasikan model yang diperoleh dari simulasinya. Aliran dan kondisi pengisian lelehan pada Gambar 1-6 tidak berbeda secara signifikan dari apa yang dibayangkan, dan mungkin secara akurat mencerminkan proses pengisian pintu mobil yang sebenarnya.
Ada banyak metode untuk mensimulasikan aliran proses pencetakan injeksi (seperti metode FAN, sistem simulasi CAIM, dan sistem simulasi Moldflow). Metode simulasi ini saat ini digunakan untuk memprediksi proses pengisian plastik cair dalam cetakan, yang bertujuan untuk desain cetakan yang lebih rasional dan pemilihan lokasi atau jenis gerbang.
Setelah plastik cair terbentuk, masuk ke proses pemadatan. Fenomena utama yang terjadi selama pemadatan adalah penyusutan, yang terjadi secara bersamaan akibat pendinginan dan kristalisasi. Gambar 1-7 menunjukkan penyusutan tiga jenis polietilen dengan kristalinitas berbeda seiring penurunan suhu.
(a-PE dengan kepadatan relatif 0,9645; b-PE dengan kepadatan relatif 0,95; c-PE dengan kepadatan relatif 0,918; d-Kurva laju pendinginan: C1, C2, C3-ketiganya memiliki laju pendinginan yang sama.)