Багатокомпонентне лиття під тиском і технологія 2K – Довідник 2025

Вступ до багатокомпонентного лиття під тиском

Лиття під тиском багатокомпонентне і технологія 2K революціонізують промисловість переробки пластмас, дозволяючи виробляти високотехнологічні вироби, що поєднують різні матеріали чи кольори в одному циклі лиття. Від ергономічних ручок із м’якими елементами soft-touch до багатокольорових компонентів електроніки, термопластавтомати двокомпонентні відкривають нові можливості для проєктування та виробництва.

У цьому всебічному посібнику ми розглянемо всі аспекти багатокомпонентного формування — від принципів роботи та типів прес-форм, через підбір матеріалів, до практичних процесних викликів. Незалежно від того, чи плануєте ви впровадження технології 2K на своєму виробництві, чи шукаєте оптимізації наявних процесів, ця стаття надасть вам необхідних технічних знань.

Що таке лиття під тиском 2K?

Лиття під тиском 2K (англ. two-component injection molding, two-shot molding) — це передова технологія лиття під тиском, що полягає у формуванні виливки з двох різних матеріалів або кольорів в одному автоматизованому процесі. На відміну від традиційного одноматеріального лиття під тиском, лиття під тиском двоматеріальне дозволяє створювати багатофункціональні компоненти без потреби в додаткових операціях складання.

Технологія багатокомпонентного формування використовує спеціальні термопластавтомати, оснащені двома або більше вузлами впорскування, які послідовно чи паралельно подають різні пластмаси до прес-форми. Перший компонент (субстрат) впорскується та частково чи повністю твердне, після чого відбувається впорскування другого матеріалу (overmold), який з’єднується з першим хімічно або механічно. Результатом є монолітна виливка з різноманітними властивостями в різних зонах.

Історія розвитку технології 2K

Історія багатокомпонентного лиття під тиском сягає 60-х років XX століття і відображає еволюцію промислових потреб та технологічний прогрес у галузі переробки пластмас. Нижче наведено ключові етапи розвитку:

• 60-ті роки XX століття — перші експерименти з впорскуванням двох різних кольорів пластмас, переважно в іграшковій промисловості та виробництві товарів побутового призначення
• 70-ті роки XX століття — розробка перших комерційних обертальних систем прес-форм для багатокольорового виробництва
• 80-ті роки XX століття — розвиток технології з’єднання твердих матеріалів із м’якими, початок застосування в автомобільній промисловості
• 90-ті роки XX століття — впровадження просунутих термопластичних еластомерів (TPE), сумісних з технічними полімерами
• 2000-ті роки — поширення прес-форм з індексатором, зростання точності та повторюваності процесів завдяки сервоприводам
• 2010-ті роки — інтеграція з системами Industry 4.0, моніторинг процесу в реальному часі, алгоритмічна оптимізація
• На сьогодні — технологія 3K і 4K, мікробагатокомпонентне лиття під тиском, просунуті CAE-симуляції, повна автоматизація з робототехнікою

Типи прес-форм для лиття під тиском 2K

Вибір відповідного типу прес-форми для лиття під тиском 2K є ключовим для успіху проєкту. Кожен тип має свої характерні особливості, переваги та обмеження. Тип прес-форми визначає продуктивність процесу, якість виливки та інвестиційні витрати.

Обертальні прес-форми (rotary)

Обертальні прес-форми — найпопулярніша система в багатокомпонентному литті під тиском. Вони використовують обертальний механізм (найчастіше на 180°) для перенесення першого компонента з боку впорскування першого матеріалу на бік впорскування другого.

Переваги обертальних прес-форм:

• Висока продуктивність — одночасне впорскування першого та другого компонентів у різних гніздах
• Компактна конструкція — весь процес в одній прес-формі, встановленій на стандартному двокомпонентному термопластавтоматі
• Короткий час циклу — обертання та позиціонування займають лише 2-4 sсекунди
• Повторюваність — точне позиціонування завдяки сервоприводам
• Гнучкість проєктування — можливість різних конфігурацій гнізд

Недоліки обертальних прес-форм:

• Вищий кошт прес-форми — обертальний механізм підвищує вартість на 30-50%
• Вимога симетричного розташування — гнізда мають бути розташовані по осях
• Геометричні обмеження — розмір виливки обмежений радіусом обертання
• Обслуговування механізму — додаткові рухомі елементи потребують змащування

Пересувні прес-форми (transfer)

Пересувні прес-форми (transfer molds) використовують лінійний рух половини прес-форми або вставок для перенесення першого компонента. Ця система є альтернативою обертальним прес-формам, особливо коли геометрія виливки не дозволяє обертання.

Переваги пересувних прес-форм:

• Відсутність обмежень симетрії — можливість впорскування асиметричних компонентів
• Простіший механізм — лінійний рух легше реалізувати, ніж обертальний
• Можливість різних розмірів гнізд — перший і другий компоненти можуть мати різні об’єми
• Нижчий початковий кошт — у порівнянні з обертальними прес-формами з сервоприводом

Недоліки пересувних прес-форм:

• Довший час циклу — переміщення та позиціонування займає більше часу
• Більші габарити прес-форми — потрібно додаткове місце для лінійного руху
• Обмежена автоматизація — складніша інтеграція з роботами
• Зношування напрямних — ковзний рух створює тертя

Прес-форми з індексатором (index plate)

Прес-форми з індексатором — найпросунутіша система для багатокомпонентного формування, особливо для технологій 3K і 4K. Вони використовують індексуючу плиту, встановлену на рухомому столі термопластавтомата, яка обертається на точний кут (90, 120 l180180 s чи 270°).

Переваги прес-форм з індексатором:

• Найвища продуктивність — можливість одночасного впорскування всіх компонентів у кількох позиціях
• Масштабованість — легке розширення з 2K до 3K чи 4K
• Точність позиціонування — точність ±±0,01 мм0,01mm завдяки сервоприводам
• Оптимізація часу циклу — паралельне впорскування та охолодження
• Інтеграція з автоматикою — ідеальна для роботизованих ліній

Недоліки прес-форм з індексатором:

• Найвищий інвестиційний кошт — прес-форма плюс індексуючий стіл коштують у 2-3 рази дорожче
• Вимога спеціального термопластавтомата — машина з опцією індексатора або сервостолом
• Складність проєкту — потрібен досвідчений проєктувальник прес-форм
• Довший час запуску — більше параметрів для оптимізації

Сумісність матеріалів

Успіх лиття під тиском двоматеріального значною мірою залежить від правильного підбору пар матеріалів. Не всі пластмаси сумісні між собою, а якість з’єднання визначає довговічність і функціональність виливки.

Найпопулярніші комбінації твердий-м’який:

• PP + TPE-S (SEBS) — найпоширеніша пара, відмінна хімічна адгезія, низька вартість, широкий діапазон твердості TPE (30-90 Shore A)
• ABS + TPE-S — поєднання міцності ABS з еластичністю TPE, популярне в електроніці та побутовій техніці
• PA (поліамід) + TPE-A — висока хімічна та термостійкість, автомобільні застосування
• PC + TPE-U — комбінація для вимогливих застосувань, ударостійкість і термостійкість
• PBT + TPE-E — розмірна стабільність плюс еластичність, електричні роз’єми

Фактори, що впливають на адгезію:

• Хімічна сумісність - подібна полімерна структура забезпечує краще молекулярне з'єднання
• Температура впорскування - занадто низька температура другого матеріалу спричиняє слабку адгезію
• Час між впорскуваннями - субстрат не повинен бути надто холодним чи надто гарячим
• Геометрія з'єднання - механічні підрізи підвищують міцність
• Підготовка поверхні - текстурування субстрату покращує зчеплення

Багатобарвні комбінації (той самий матеріал):

• PP + PP (різні кольори) - однорідні властивості, різна естетика
• ABS + ABS - багатобарвні електронні елементи
• PC + PC - прозорі лінзи та корпуси з кольоровими акцентами

Ключові технічні параметри

Під час вибору та конфігурації системи для лиття під тиском 2K необхідно враховувати специфічні технічні параметри, що відрізняють його від одноматеріального лиття.

1. Сила змикання (кН)

У багатокомпонентному литті під тиском сила змикання повинна бути адаптована до сумарної площі проекції обох компонентів. Зазвичай потрібна сила на 20-40% вища порівняно з одноматеріальним литтям тієї самої виливки. Діапазон: 500 кН до 30 000 кН для більшості застосувань 2K.

2. Об’єм впорскування агрегатів (см³)

Кожен впорскувальний агрегат повинен бути відповідним чином підібраний до об’єму відповідного компонента. Перший агрегат (субстрат): 50-80% використання. Другий агрегат (овермоудинг): 30-60% використання. Незалежне керування кожним агрегатом є ключовим.

3. Відстань між впорскувальними агрегатами

Конфігурація агрегатів: L (бічна), V (під кутом), piggyback (один над одним). Вибір залежить від геометрії прес-форми та доступного простору. Машини Tederic NEO пропонують усі конфігурації.

4. Загальний час циклу (с)

Загальний час включає: змикання прес-форми (1-2s), впорскування першого матеріалу (2-5s), охолодження/перенос (5-15s), впорскування другого матеріалу (2-5s), кінцеве охолодження (10-30s), розмикання та виштовхування (2-4s). Типовий цикл: 25-60 s секунд для середніх виливок.

5. Точність позиціонування прес-форми

Точність обертання або зміщення: ±0,02mm мінімум. Сервоприводи забезпечують повторюваність ±0,01mm. Критично для забезпечення правильного накладання матеріалів.

6. Температури обробки

Кожен матеріал потребує оптимальної температури: PP (200-250°C), ABS (220-260°C), TPE (180-230°C), PA (250-290°C). Незалежне керування нагрівальними зонами для кожного агрегату.

7. Тиск витримки (МПа)

Витримка другого матеріалу: 50-150 МПа залежно від вимог адгезії. Програмований профіль витримки для оптимізації з'єднання.

Застосування лиття під тиском 2K

Термопластавтомати двокомпонентні знаходять широке застосування в багатьох галузях промисловості, де потрібна функціональність, неможлива отримати традиційними методами.

Автомобільна промисловість

В автомобільній промисловості лиття під тиском 2K є стандартом для компонентів інтер’єру транспортного засобу. Рукоятки та важелі soft-touch поєднують жорстке ядро (PP або ABS) з м’яким покриттям TPE, що забезпечує комфорт і зчеплення. Дверні панелі з інтегрованими ущільнювачами усувають монтажні операції. Елементи центральної консолі з багатобарвними акцентами без фарбування. Вимоги: стійкість до температур від -40 до +85°C, стійкість до UV, сертифікація OEM.

Побутова техніка та споживча електроніка

Багатокомпонентне формування у побутовій техніці охоплює ергономічні рукоятки інструментів (дрилі, пилососи) з антиковзкими зонами TPE. Корпуси електронних пристроїв з ущільненням IP67 в одному процесі. Кнопки та ручки з м’яким дотиком і жорсткою основою. Переваги: скорочення витрат на монтаж на 40-60%, покращення естетики та функціональності.

Медичні та лабораторні вироби

Медичний сектор використовує двоматеріальне лиття під тиском для виробництва шприців з ергономічною рукояткою та жорстким циліндром. Хірургічні інструменти з антиковзкими ручками. Корпуси діагностичних пристроїв з ущільненнями. Особливі вимоги: сертифікація ISO 13485, біосумісні матеріали (USP Class VI), виробництво в чистових приміщеннях.

Косметична та преміум упаковка

Косметична промисловість застосовує технологію 2K для багатобарвних кришок без фарбування. Аплікатори з м’якими наконечниками та жорсткими корпусами. Преміум упаковка з візуальними ефектами (прозорий + колір). Переваги: усунення вторинного декорування, підвищення сприйнятої цінності продукту.

Спортивні та рекреаційні товари

Рукоятки спортивного обладнання (гольфові ключки, ракетки) з оптимальними зонами жорсткості. Елементи шоломів та захистів, що поєднують поглинання енергії з комфортом. Водне обладнання з ущільненнями. Інновація: градієнтні переходи жорсткості в одній виливці.

Як обрати термопластавтомат 2K?

Вибір відповідного двокомпонентного термопластавтомата потребує аналізу багатьох технічних та економічних факторів. Нижче наведено ключові критерії прийняття рішень:

1. Аналіз продукту та матеріалів

• Геометрія виливки: розмір, складність, вимоги до допусків
• Об’єм компонентів: пропорції першого та другого матеріалу
• Вимоги до адгезії: механічна проти хімічної
• Кінцеві властивості: міцність, еластичність, естетика

2. Конфігурація впорскувальних агрегатів

• Схема L (бічна): стандартна, добрий доступ до агрегатів
• Схема V (кутова): компактна, менша займана площа
• Piggyback: максимальна економія місця, вища ціна
• Горизонтальна паралельна: для прес-форм з вертикальним розколом

3. Тип приводу та точність

• Електричні (серво): найвища точність ±0,01mm, економія енергії 50-70%, ідеальні для медичних та мікро-2K
• Гібридні: компроміс між точністю та вартістю, популярні в автомобільній промисловості
• Гідравлічні: нижча початкова вартість, вищі сили змикання, гірші для чистих приміщень

4. Система прес-форми та автоматизація

• Обертова прес-форма: стандарт для більшості застосувань 2K
• Індексер: для 3K/4K або найвищої продуктивності
• Трансфер: для специфічних геометрій, що не дозволяють обертання
• Інтеграція з роботами: прийом, контроль якості, пакування

5. Технічна підтримка та сервіс

• Досвід постачальника в технології 2K
• Доступність навчання для операторів та технологів
• Підтримка при запуску перших проектів
• Сервіс та запасні частини для специфічних компонентів 2K

Термопластавтомати Tederic NEO пропонують повну гаму рішень 2K з конфігураціями L, V та piggyback. Серія NEO Multi оснащена розширеним керуванням з спеціальними алгоритмами для багатокомпонентного лиття під тиском, забезпечуючи точну синхронізацію агрегатів та оптимізацію часу циклу.

Процесні виклики та вирішення проблем

Лиття під тиском 2K пов’язане зі специфічними технологічними викликами, що потребують досвіду та систематичного підходу до вирішення проблем.

Проблема 1: Слабка адгезія між матеріалами

• Причини: несумісні матеріали, занадто низька температура субстрату, надто довгий час між впорскуваннями
• Рішення: перевірка хімічної сумісності, підвищення температури прес-форми на 10-20°C, скорочення часу переносу, додавання механічних підрізів

Проблема 2: Зміщення шарів (невідповідність)

• Причини: неточність обертального механізму, знос напрямних, помилки позиціонування
• Рішення: калібрування сервоприводу, заміна зношених напрямних елементів, контроль люфтів у механізмі

Проблема 3: Облой на лінії роздільної площини матеріалів

• Причини: надто високий тиск впорскування другого матеріалу, знос кромки прес-форми, недостатня сила закривання
• Рішення: оптимізація профілю тиску, відновлення кромки роздільної площини, збільшення сили закривання

Проблема 4: Нерівномірне охолодження

• Причини: різні коефіцієнти теплопровідності матеріалів, неоптимальні охолоджувальні канали
• Рішення: термальна симуляція Moldflow, незалежні контури охолодження, conformal cooling

Проблема 5: Деградація TPE під час тривалих простоїв

• Причини: перегрів еластомеру в циліндрі, окислення матеріалу
• Рішення: зниження температури циліндра під час простоїв, автоматичне очищення кожні 15-20 mхвилин, застосування термічних стабілізаторів

Обслуговування та утримання

Правильне обслуговування системи для лиття під тиском багатокомпонентного типу є ключовим через підвищену механічну складність і більшу кількість критичних компонентів.

Щоденні операції:

• Візуальний контроль обертального або поворотного механізму
• Перевірка рівнів оливи в обох впорскувальних агрегатах
• Верифікація температури нагрівальних зон кожного агрегату
• Очищення впорскувальних сопел від залишків матеріалу
• Тест циклу обертання «на суху» (без матеріалу)

Щотижневі:

• Змащування напрямних і елементів 2K-механізму (точки: мінімум 8-12)
• Контроль зносу обертальної муфти
• Перевірка точності позиціонування (±0,02mm)
• Очищення фільтрів гідравлічних систем обох агрегатів
• Тест аварійних сигналів і блокувань безпеки, специфічних для 2K

Щомісячні:

• Заміна оливи в обертальному механізмі (якщо гідравлічний)
• Контроль зносу шнеків і циліндрів обох агрегатів
• Калібрування датчиків позиції та тиску
• Перевірка стану електричних з’єднань контролерів
• Тест повного циклу з вимірюванням часу та температур
• Оновлення програмного забезпечення керування (якщо доступне)

Річні (основний огляд):

• Повна заміна гідравлічних олив (обидві системи)
• Контроль і заміна підшипників обертального механізму
• Відновлення або заміна шнеків при зносі >0,1mm
• Перекалібрування всіх сервоприводів
• Огляд системи безпеки сертифікованим персоналом
• Енергоаудит і оптимізація параметрів
• Заміна ущільнень і витратних елементів 2K-механізму

Витратні частини, специфічні для 2K:

• Підшипники обертального механізму - кожні 500 000 - 1 000 000 циклів
• Ущільнення муфти - кожні 12-18 mмісяців
• Лінійні напрямні - кожні 2-3 lроки при інтенсивній експлуатації
• Енкодери позиції - кожні 3-5 lроки або при перших помилках позиціонування

Підсумок

Лиття під тиском багатокомпонентного типу та технологія 2K є ключовим інструментом у сучасній переробці пластмас, дозволяючи виробляти складні вироби, що поєднують різні матеріали та функціональність в одному автоматизованому процесі. Від простих багатобарвних комбінацій до складних структур твердий-м’який, двокомпонентні термопластавтомати відкривають нові проектні можливості при одночасному зниженні витрат на монтаж.

Ключові висновки з посібника:

• Типи прес-форм 2K - обертальні, поворотні та індексерні - кожен система має оптимальне застосування залежно від геометрії та продуктивності
• Сумісність матеріалів - пари PP-TPE, ABS-TPE, PA-TPE забезпечують найкращу адгезію завдяки хімічній спорідненості
• Усунення монтажу - технологія 2K знижує витрати виробництва на 40-60% шляхом усунення вторинних операцій
• Точність процесу - сервоприводи та розширене керування забезпечують повторюваність ±0,01mm
• Вибір термопластавтомата - аналіз виробу, матеріалів і вимог до якості визначає оптимальну конфігурацію
• Усунення проблем - систематичний підхід до адгезії, позиціонування та параметрів процесу забезпечує стабільність виробництва
• Спеціалізоване обслуговування - 2K-механізми потребують спеціального графіка оглядів і запасних частин

Впровадження формування багатокомпонентного типу потребує комплексного підходу, що охоплює підбір відповідної машини, проектування прес-форми, оптимізацію матеріалів і навчання персоналу. Інвестиція в технологію 2K окупається завдяки підвищеній функціональності виробів, зниженню витрат на монтаж і вищій доданої вартості для кінцевих клієнтів.

Якщо плануєте впровадження лиття під тиском 2K типу або модернізацію наявного парку обладнання, зверніться до експертів TEDESolutions. Як авторизований партнер Tederic, ми пропонуємо комплексне технічне консультування щодо підбору багатокомпонентних термопластавтоматів серії NEO Multi, проектування процесів 2K, а також повну сервісну та навчальну підтримку.

Дивіться також наші статті про термопластавтомати, прес-форми та автоматизацію Industry 4.0.