تتوفر آلاف الأنواع من البلاستيك في السوق لأغراض النماذج الأولية السريعة أو الإنتاج على نطاق صغير، وقد يكون اختيار البلاستيك المناسب لمشروع معين أمرًا محيرًا، خاصةً للمخترعين ورواد الأعمال الطموحين. يمثل كل نوع من البلاستيك حلاً وسطًا من حيث التكلفة والمتانة والمرونة وجودة السطح. لذا، من الضروري مراعاة ليس فقط استخدام القطعة أو المنتج، بل أيضًا البيئة التي سيُستخدم فيها.
بشكل عام، تتميز المواد البلاستيكية الهندسية بخصائص ميكانيكية محسّنة توفر متانة أكبر، ولا تتغير هذه الخصائص أثناء عملية التصنيع. كما يمكن تعديل بعض أنواع البلاستيك لتحسين قوتها، بالإضافة إلى مقاومتها للصدمات والحرارة. دعونا نستعرض المواد البلاستيكية المختلفة التي يجب مراعاتها بناءً على وظيفة الجزء أو المنتج النهائي.
يُعدّ النايلون، المعروف أيضًا باسم البولي أميد (PA)، من أكثر أنواع الراتنجات شيوعًا في صناعة الأجزاء الميكانيكية. عند مزج البولي أميد مع الموليبدينوم، ينتج عنه سطح أملس يسهل الحركة. مع ذلك، لا يُنصح باستخدام تروس مصنوعة من النايلون على النايلون، لأنها، مثل البلاستيك، تميل إلى الالتصاق ببعضها. يتميز البولي أميد بمقاومة عالية للتآكل والخدش، وخصائص ميكانيكية جيدة في درجات الحرارة المرتفعة. يُعدّ النايلون مادة مثالية للطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام البلاستيك، ولكنه يمتص الماء مع مرور الوقت.
يُعدّ البولي أوكسي ميثيلين (POM) خيارًا ممتازًا للأجزاء الميكانيكية. وهو راتنج أسيتال يُستخدم في صناعة مادة ديلرين من شركة دوبونت، وهي مادة بلاستيكية قيّمة تُستخدم في التروس والبراغي والعجلات وغيرها. يتميز البولي أوكسي ميثيلين بقوة انحناء وشد عالية، وصلابة ومتانة. مع ذلك، يتأثر البولي أوكسي ميثيلين سلبًا بالقلويات والكلور والماء الساخن، ويصعب لصق أجزائه.
إذا كان مشروعك عبارة عن نوع من الحاويات، فإن البولي بروبيلين (PP) هو الخيار الأمثل. يُستخدم البولي بروبيلين في حاويات تخزين الطعام لمقاومته للحرارة، وعدم نفاذيته للزيوت والمذيبات، وعدم إطلاقه مواد كيميائية، مما يجعله آمنًا للاستهلاك. كما يتميز البولي بروبيلين بتوازن ممتاز بين الصلابة وقوة التحمل، مما يسهل تشكيله على هيئة حلقات قابلة للثني المتكرر دون أن تنكسر. ويمكن استخدامه أيضًا في صناعة الأنابيب والخراطيم.
خيار آخر هو البولي إيثيلين (PE). يُعد البولي إيثيلين أكثر أنواع البلاستيك شيوعًا في العالم، ولكنه يتميز بانخفاض قوته وصلابته. وهو عادةً بلاستيك أبيض حليبي اللون، يُستخدم في صناعة زجاجات الأدوية وعبوات الحليب والمنظفات. يتميز البولي إيثيلين بمقاومته العالية لمجموعة واسعة من المواد الكيميائية، ولكنه ذو درجة انصهار منخفضة.
مادة أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS) مثالية لأي مشروع يتطلب مقاومة عالية للصدمات والتمزق والكسر. تتميز ABS بخفة وزنها وإمكانية تقويتها بالألياف الزجاجية. ورغم أنها أغلى ثمناً من الستايرين، إلا أنها تدوم لفترة أطول بفضل صلابتها وقوتها. تُستخدم تقنية التشكيل بالصهر في نمذجة ABS ثلاثية الأبعاد لإنتاج نماذج أولية سريعة.
نظرًا لخصائصه، يُعدّ ABS خيارًا ممتازًا للأجهزة القابلة للارتداء. في شركة Star Rapid، صممنا غلاف الساعة الذكية لشركة E3design باستخدام بلاستيك ABS/PC أسود اللون، مصبوب بالحقن ومطلي مسبقًا. هذا الاختيار للمادة يجعل الجهاز خفيف الوزن نسبيًا، مع توفير غلاف يتحمل الصدمات العرضية، مثل اصطدام الساعة بسطح صلب. يُعدّ البوليسترين عالي التأثير (HIPS) خيارًا جيدًا إذا كنت بحاجة إلى مادة متعددة الاستخدامات ومقاومة للصدمات. هذه المادة مناسبة لصنع أغلفة متينة لأدوات الطاقة والأدوات. على الرغم من أن HIPS ميسور التكلفة، إلا أنه لا يُعتبر صديقًا للبيئة.
تتطلب العديد من المشاريع استخدام راتنجات قولبة بالحقن ذات مرونة عالية كالمطاط. يُعد البولي يوريثان الحراري (TPU) خيارًا ممتازًا نظرًا لتوافره في تركيبات خاصة عديدة توفر مرونة عالية، وأداءً ممتازًا في درجات الحرارة المنخفضة، ومتانة فائقة. يُستخدم البولي يوريثان الحراري أيضًا في الأدوات الكهربائية، والبكرات، وعزل الكابلات، والسلع الرياضية. وبفضل مقاومته للمذيبات، يتمتع البولي يوريثان الحراري بمقاومة عالية للتآكل والقص، ما يجعله مناسبًا للاستخدام في العديد من البيئات الصناعية. مع ذلك، يُعرف عنه امتصاصه للرطوبة من الجو، ما يُصعّب عملية تصنيعه. أما في مجال قولبة الحقن، فيُستخدم المطاط الحراري (TPR)، وهو رخيص الثمن وسهل الاستخدام، كما في صناعة مقابض مطاطية ماصة للصدمات.
إذا كان الجزء الذي تصنعه يتطلب عدسات أو نوافذ شفافة، فإن الأكريليك (PMMA) هو الخيار الأمثل. نظرًا لصلابته ومقاومته للتآكل، يُستخدم هذا المادة في صناعة النوافذ المقاومة للكسر مثل زجاج البلكسي. كما يتميز PMMA بسهولة تلميعه، وقوة شد عالية، وتكلفته المنخفضة في الإنتاج بكميات كبيرة. مع ذلك، فهو ليس مقاومًا للصدمات أو المواد الكيميائية مثل البولي كربونات (PC).
إذا كان مشروعك يتطلب مادة أقوى، فإن البولي كربونات (PC) أقوى من البولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA) ويتمتع بخصائص بصرية ممتازة، مما يجعله خيارًا مناسبًا للعدسات والنوافذ المضادة للرصاص. كما يمكن ثني البولي كربونات وتشكيله في درجة حرارة الغرفة دون أن ينكسر، وهذا مفيد في صناعة النماذج الأولية لأنه لا يتطلب قوالب باهظة الثمن. مع ذلك، يُعد البولي كربونات أغلى من الأكريليك، وقد يؤدي تعرضه المطول للماء الساخن إلى انبعاث مواد كيميائية ضارة، لذا فهو لا يفي بمعايير سلامة الأغذية. بفضل مقاومته للصدمات والخدوش، يُعد البولي كربونات مثاليًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات. في شركة ستار رابيد، نستخدم هذه المادة لصنع أغلفة لأجهزة مولر كوميرشال سوليوشنز المحمولة. تم تصنيع القطعة باستخدام آلة CNC من كتلة صلبة من البولي كربونات، ولأنها كانت تتطلب شفافية كاملة، فقد تم صنفرتها يدويًا وتلميعها بالبخار.
هذه مجرد لمحة موجزة عن بعض أنواع البلاستيك الأكثر استخداماً في التصنيع. ويمكن تعديل معظم هذه الأنواع باستخدام ألياف زجاجية مختلفة، ومثبتات للأشعة فوق البنفسجية، ومواد تشحيم، أو راتنجات أخرى لتحقيق مواصفات محددة.
غوردون ستايلز هو مؤسس ورئيس شركة ستار رابيد، المتخصصة في النماذج الأولية السريعة، وتصنيع الأدوات السريعة، والإنتاج بكميات صغيرة. انطلاقًا من خبرته الهندسية، أسس ستايلز شركة ستار رابيد عام ٢٠٠٥، وتحت قيادته نمت الشركة لتضم ٢٥٠ موظفًا. توظف ستار رابيد فريقًا دوليًا من المهندسين والفنيين الذين يجمعون بين أحدث التقنيات، مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد والتصنيع باستخدام الحاسوب متعدد المحاور، وتقنيات التصنيع التقليدية ومعايير الجودة العالية. قبل انضمامه إلى ستار رابيد، كان ستايلز يمتلك ويدير شركة ستايلز آر بي دي، أكبر شركة في المملكة المتحدة في مجال النماذج الأولية السريعة وتصنيع الأدوات، والتي بيعت لشركة آرك يوروب عام ٢٠٠٠.
تاريخ النشر: 19 أبريل 2023