فهم الإضافات في قولبة الحقن

تُعدّل الإضافات في المقام الأول خصائص الأجزاء المصبوبة، مثل تعزيز القوة والمرونة والمتانة. ورغم أنها قد تؤثر بشكل غير مباشر على التكاليف أو الوزن أو سرعة التصنيع، إلا أن وظيفتها الرئيسية هي تغيير خصائص المواد لتلبية متطلبات محددة.

تعمل الإضافات على تحسين المتانة من خلال تعزيز مقاومة العوامل البيئية مثل التعرض للأشعة فوق البنفسجية والمواد الكيميائية والإجهاد الميكانيكي. وهي لا تؤثر بشكل مباشر على حيوية اللون أو سرعة ملء القالب، والتي ترتبط بشكل أكبر بالجماليات وكفاءة الإنتاج.

يمكن للمواد المضافة أن تعزز المرونة، مما يجعل المواد أكثر ملاءمة للتطبيقات التي تتطلب الانحناء أو التمدد. وبينما يمكن تعديل الشفافية والوزن ونقطة الانصهار، فإن المرونة غالباً ما تؤثر بشكل مباشر على أداء المادة في تطبيقات محددة.

تُضاف الملدنات لزيادة مرونة البلاستيك وسهولة تشكيله، مما يجعله مثالياً للمنتجات التي تتطلب مرونة. أما المثبتات، فتحمي من التلف، بينما تُضفي الملونات مظهراً جمالياً، وتُعزز المواد المقوية المتانة.

تُستخدم المثبتات في عملية التشكيل بالحقن لحماية البوليمرات من التلف الناتج عن العوامل البيئية كالحرارة والضوء والأكسجين، مما يُسهم في الحفاظ على متانة المنتجات البلاستيكية وإطالة عمرها. أما الملدنات والملونات والمواد المقوية، فلها أدوار مختلفة في تحسين خصائص أخرى.

تُضاف مواد تقوية مثل الألياف الزجاجية أو ألياف الكربون إلى البلاستيك لتحسين خصائصه الميكانيكية كالقوة والصلابة. أما الملونات والملدنات والمثبتات فتؤدي وظائف مختلفة، تشمل الجمال والمرونة والمتانة على التوالي.

تُضاف الملدنات إلى البلاستيك لزيادة مرونته وتقليل هشاشته. ويتحقق ذلك عن طريق خفض درجة حرارة التحول الزجاجي، مما يسمح للمادة بالانحناء والتمدد دون أن تنكسر. وهذا يختلف عن المثبتات، التي تركز على الحفاظ على سلامة المادة عند تعرضها للحرارة والأشعة فوق البنفسجية.

الحشوات هي مواد جسيمية تُضاف إلى البلاستيك لتحسين خصائصه الميكانيكية، وتحديداً صلابته وقوة شدّه. تشمل الحشوات الشائعة مواد مثل كربونات الكالسيوم والألياف الزجاجية. وعلى عكس الملدنات التي تجعل المواد أكثر مرونة، فإن الحشوات تجعلها أكثر ملاءمة للتطبيقات التي تتطلب تحمل إجهاد عالٍ.

تعمل الملدنات بشكل أساسي على زيادة المرونة عن طريق تقليل القوى بين الجزيئات وتعزيز حركة الجزيئات. وهي لا تزيد من قوة المادة، ولا تغير لونها، ولا تؤثر على كثافتها، مما يجعلها ضرورية في التطبيقات التي تتطلب بوليمرات لينة ومرنة.

تُعدّ الأديبات الخيار الأمثل لتغليف المواد الغذائية بالبلاستيك نظرًا لانخفاض تطايرها، مما يضمن الحد الأدنى من انتقال الروائح والنكهات. أما الفثالات، فرغم شيوعها في البولي فينيل كلوريد (PVC)، إلا أنها لا تُستخدم عادةً في هذا السياق. كما أن السترات والنترات لا تنطبق عمومًا على هذا المنتج.

تُفضّل السترات لخصائصها غير السامة، مما يجعلها مثالية للأجهزة الطبية وغيرها من التطبيقات التي تتطلب معايير سلامة عالية. وهي لا تزيد بشكل أساسي من المقاومة الحرارية، أو تعزز حيوية الألوان، أو تخفض تكاليف الإنتاج مقارنةً بالملدنات الأخرى.

تُدمج ألياف الكربون في البوليمرات أساسًا لزيادة مقاومتها للشد، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب تحمل إجهاد عالٍ. أما المزايا الأخرى، مثل حيوية الألوان والحماية من الأشعة فوق البنفسجية، فتُحقق باستخدام إضافات مختلفة.

تُعدّ مُثبّتات الأشعة فوق البنفسجية ضرورية لحماية المواد من التلف الناتج عن التعرّض للأشعة فوق البنفسجية، وهي ذات أهمية خاصة في تطبيقات مثل الأثاث الخارجي. أما الإضافات الأخرى فلها وظائف مختلفة، مثل مضادات الأكسدة التي تمنع الأكسدة.

تعمل مضادات الأكسدة عن طريق منع تفاعلات الأكسدة التي قد تُضعف بنية المواد بمرور الوقت. وتُعد هذه الخاصية بالغة الأهمية لإطالة عمر المواد المعرضة للأكسجين أو الحرارة. بينما تُركز إضافات أخرى على جوانب مختلفة مثل المتانة أو مقاومة الحريق.

بحسب جدول مقارنة الطاقة، تستهلك الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية FDM 5.5 كيلوواط/كيلوغرام، وهي أعلى نسبة استهلاك بين الطرق المذكورة. بينما تستهلك عملية قولبة الحقن والتصنيع باستخدام الحاسوب 2 كيلوواط/كيلوغرام و3.5 كيلوواط/كيلوغرام على التوالي، مما يجعلهما أقل استهلاكاً للطاقة.

يُعدّ انبعاث الجسيمات متناهية الصغر والمركبات العضوية المتطايرة أثناء بعض عمليات التصنيع الإضافي أحد أهمّ المخاوف البيئية، إذ يُمكن أن يُؤثّر سلبًا على جودة الهواء والصحة. وهذا يستلزم توفير تهوية فعّالة واختيار مواد مناسبة للحدّ من هذه المخاطر.

تتمثل الخطوة الأولى في اختيار المادة المضافة المناسبة في فهم المتطلبات المحددة لمشروعك. ويشمل ذلك تحديد ما إذا كنت بحاجة إلى متانة محسّنة، أو مقاومة حرارية، أو خصائص أخرى. تساعد هذه الخطوة الأساسية في تضييق نطاق قائمة المواد المضافة المحتملة.

يُعدّ المُثبِّت الأنسب لتحسين مقاومة الأشعة فوق البنفسجية في التطبيقات الخارجية، حيث يُساعد على حماية المواد من التلف الناتج عن التعرض لأشعة الشمس. أما الإضافات الأخرى، مثل الملدنات والحشوات، فلها أغراض مختلفة ولا تُستخدم أساسًا للحماية من الأشعة فوق البنفسجية.

يمكن أن تؤثر الظروف البيئية، مثل الرطوبة العالية، بشكل كبير على أداء المواد المضافة. في مثل هذه الحالات، يلزم استخدام مواد مضافة مقاومة للرطوبة لضمان أداء المادة على النحو المأمول. يساعد فهم هذه الظروف في اختيار المواد المضافة المناسبة التي تتحمل بيئات محددة.