Erol Büker
Gazi Üniv. T.E.F. Makine Eğitimi Böl., Kalıpçılık A.B.D.
Mayıs 2005, Teknik Okullar / Ankara

ÖZET

Sıcak biçimlendirme yöntemi, günümüzde çok yaygın olarak kullanılan plastik işleme ve form verme metotlarından biridir. Bilindiği gibi günlük hayatımızda kullanılan bir çok endüstriyel ürün bu yöntem ile elde edilmektedir. Bu yöntemin işleme esası ısıtılmış olan levhanın kalıplanmasıyla istenilen formu oluşturmaya dayanır. Sıcak biçimlendirmede üretilecek olan tasarımın şekline uygun olarak çeşitli teknikler kullanılarak istenilen üretimi de gerçekleştirebiliriz.

Üretilecek olan parçanın ana biçimi, bir tarafı açık, içi boş ve ince cidarlı biçimdedir. Bu yöntemle içi dolu ürünlerin üretimi yapılamaz.

Sıcak Biçimlendirme yöntemiyle kullanılan takım, teçhizat ve kalıpların ergonomikliği sayesinde imal edilen ürünlere her türlü tasarım değişikliği bire bir etki etmektedir.

1. GİRİŞ

Sıcak Biçimlendirme yöntemi, ısıtılmış olan plastik tabaka yada film'in form sıcaklığında kalıp yada kalıplar arasında hava basıncı yada mekanik kuvvet birleşimiyle meydana gelir. Bu birleşme esnasında kalıp soğumaya başlar ve rijit'lik tamamlanmış olur. Bu yöntem sadece termoplastikler de uygulanır (1).

Termoform kalıplama yöntemi ile elde edilen plastik levhalardan, değişik kalıplama metotlarıyla arzu edilen form ve boyutlarda parçalar üretilmektedir.

Biçimlendirme esnasında kullanılan termoplastik levhalar, granüller halinde extruder makinelerine oradan da haddeleme işleminden geçerek tabaka halini almaktadır. Buradan levhalar rulolar halinde sarılarak üretime hazır hale getirilir. Tabii bazı durumlarda levhalar rulo haline getirilmeden doğrudan vakum makinelerinin sürücülerine sunularak üretime geçirilir. Bu gibi durumlar seri üretimi istenen kalıplarda veya rulo haline gelemeyen kırılganlık oranı yüksek olan polistren levhaların kalıplanmasında kullanılır.

Isıtılmış plastik levhaların gerdirilerek biçimlendirilmesi esasına dayalı olan dört çeşit biçimlendirme vardır.

• Vakumla Kalıplama
• Mekanik Kalıplama
• Birbirine Uyan Kalıplarla Kalıplama
• Üflemeli Kalıplama

Oldukça karışık birçok parçalar bu dört işlemin birleşimi yahut biraz değişik olanlarının uygulanması ile yapılabilmektedir.

2. PLASTİKLER

2.1. Plastiklerin Genel Özellikleri

Plastikler hafiflik, esneklik, korozyona karşı dayanıklılık renk saflığı, şeffaflık, işleme kolaylığı vb. avantajlar sunmaktadır buna rağmen bunların işletilebilmelerinin tasarımcıların becerisiyle sınırlı olması da plastiklerin bir sınırlılığıdır (3).

Plastik uygulamalarına tasarımcı ve mühendislerce kullanımı artışı istenen performans karakteristiklerinin ve kullanılabilen benzer plastik dizisinin varolması ve böylece en iyi avantaj için kullanılabilmelerinin can alıcı özellikte olmasından dolayıdır (3).

2.2. Termoplastikler:

Malzeme ısıtıldığında moleküler arası zayıflar ve bu nedenle yumuşak ve esnek hale gelirler ve hatta yüksek sıcaklıklara eriştiklerinde ise bunlar birer viskoz eriyik hale gelirler. Malzeme soğutulduğunda ise tekrar katılaşır (3).

Bu, ısı ile yumuşatma ve soğutarak katılaştırma işlemi çok defa tekrarlanabilir ve bu durum bu malzemeler için çoğu işleme yöntemi için en önemli avantajdır. Bu arada bir çıkarımda bulanabilir çünkü bu termoplastiklerin ısı hassasiyetlerini gösterir. Bu malzemelerin tanıtılmasında kullanılan bir benzerlik mum gibi bunlarında tekrar tekrar ısıyla yumuşatılıp soğutularak katılaştırılmasıdır (3).

Termoplastikler ısı ve basıncın altında yumuşayan, akan; bu durumda herhangi bir şekil alabilen ve soğutulduğunda sertleşebilen malzemelerdir. Bu şekillendirme sırasında hiçbir kimyasal değişime uğramazlar. Bunun yanı sıra uygun çözücülerde çözünebilirler ve bu şekilde "çözücü döküm" gibi yöntemlerle çeşitli şekiller alabilirler (3).

Termoplastik Malzemelerden İstenen Başlıca Özellikler;

• Rijitlik genelde yüksek sıcaklıklarda
• Düşük sürtünme aşınmaya karşı yüksek direnç
• Sertlik
• Çevresel gerilim çatlamalarına direnç
• Etkili bir biçimde takviye edilebilirler.
• Gerilebilme
• Daha yüksek sürünme direnci

2.3. Plastik Levha İçin Kullanılan Plastik Malzemeler

Sıcak biçimlendirme işleminde imalatın tabiatı bakımından yalnız levha halindeki termoplastikler kullanılabilir. Fakat daha ziyade değişik özelliklere sahip belirli olanlar kullanılır. İmal edilen levha plastiklerin biçimlendirme özelliği, büyük rol oynar. Pek çok biçimlendirme işlemleri, haddeden geçirilmiş veya basılmış levhalardan yapılır. Çünkü bunların fiyatı çok düşüktür. Bu gibi levhaların ısıtıldığı zaman bir doğrultuda çekme eğilimi vardır. ve bunları ısıtırken ve biçimlendirirken bir çerçeve veya plaka içinde kuvvetle tutmak gerekir. dökülmüş levhalar, ısıtılma esnasında çok az veya hiç biçim değiştiremezler ve bunlarla yüzey görüntüsü çok berrak ve iç gerginlileri daha az olan parçalar imal edilir, fakat bunlar pahalıdır, yalnız bu özelliklerin önemli olduğu yerde kullanılır.

Isıl şekillendirme ile, hemen her türlü termoplastikler işlenebilir. Ancak,

• Çabuk ısınma ve soğuma sağlayan, özgül ısı değeri düşük, tercihen amorf plastikler.
• Yüksek ısı iletkenliği olan köpük malzemeler bu teknik için uygun değildir. Buna karşılık,
• Yüksek molekül ağırlıklı (böylece yüksek viskozite değerli olup aşırı incelme ve yırtılma yapmayan) polimerlerin bu yöntem için en uygun olduklarını belirtmek gerekir.

3. TERMOPLASTİK LEVHA EKSTRÜZYONU (CALENDERING)

Plastik sanayiinde pekiştiricisiz film ve levhaların üretimi için uygulanan bir yöntemdir. Günlük yaşamda görülen duvar kağıtları gösteri ekranları, bagaj ve kredi kartları, çeşitli ambalaj malzemeleri, reklam panoları kalıpsız ekstrüzyonun tipik örnekleridir (5).

Kalıpsız ekstrüzyon süreci karıştırıcılı bir eritme cihazından alınan termoplast hamurunun gittikçe sıklaşan merdane çiftleri arasından geçirilmesi ve sabit gergili bir sarma mekanizması ile elde edilen ince levha filmin sarılmasından ibarettir (5).

Şekil 3. Levha Ekstrüzyon (6)

4. SICAK BİÇİMLENDİRME (THERMOFORMING)

Sıcak şekillendirmenin tanımı, plastiklerin sıcaklığın, basıncın veya vakumun tekrar şekillendirme altında olduğu etkiyi ifade eder. Bu yöntem için bir çok teknik bulunmaktadır. Havanın ve/veya vakumun kullanımı için sıkıştırılanın termoplastik levhanın şekillendirildiği metot tercih edilir (1).

Basınçta ısı ile biçimlendirmede sürekli ve kesilmiş levha kullanımı olmak üzere iki yol vardır. Birincisi daha çok ambalajlamada uygulanır. Bazen bir levha besleme bobininden, bazen de levha ekstrüzyon cihazından alınan ve sisteme bağ­lantılı olan malzeme ısıtılarak (infrared, kuvars lambası veya direnç telli biçim­lendirilir.) bu arada tesise ait hidrolik, hava akış diizeni, vakum pompaları biçimlendirme tesisinin önemli kısımları olduğu be­lirtilebilir (5).

4.1. Yöntem Aşamaları

Yöntem meydana gelirken 3 aşamadan geçer; ısınma, şekil verme, soğutma. Birinci aşamada, yarı işlenmiş mamul ısıtılır. Bu gerçekleştirilmede, çok yönlü bir temas veya taşınım kızılötesi ışınla temas kurulur. En çok kızılötesi ışın yöntemi kullanılır çünkü amaç enerjiyi direk içine işlemek plastiği bölgesel işlemektir. Plastik böylece çok çabuk ve düzenli bir şekilde, yüzeye zarar vermeden üzerinden ısıtır (3).

İkinci aşamada ise şekil vermedir. Plastik çekip uzatılır bu aşamada. Yari ilenmiş mamul ısıtılarak mengeneye sıkıştırılıp altında veya üstündeki kalıba orta hava basıncıyla vakumlanır. Bu yöntemin dezavantajı, sadece bir kısmın kalıbın tam şeklini alabilmesidir, yani tek yüzlü kalıp olmasıdır. Bundan çıkan sonuç, ayırt edici olan arada yapılmış kesin ve kesin olmayan yöntemler, uygun olup olmadığı içine veya dışına verilen formla doğrudur (3).

Üçüncü aşama olan soğutma, ısıtılmış yarı işlenmiş mamulün soğutucu kalıba temas etmesidir. Kısa zamanda soğutma bize kalıbın mekanizmalarının ekstra soğumasına imkan tanır. (Örneğin, seri üretimdeki tasarımlar için). Soğutmayı hızlandırmak için ilaveten kalıbın soğuyan tarafları ile uzakta kısımlarına bakarız. Bu soğutma bir hava üfleciyle gerçekleştirilebilir. Şekil 4.1.2. Sıcak şekillendirme işlemini göstermektedir (3).

Şekil 4.1. Sıcak şekillendirme işlemi (3)

4.2. Teknik Ekipmanlar

Yöntem aşamaları ve teknikler yerine getirildiğinde tek-istasyon veya çok istasyonlu makinelerle olur. Tek-istasyonlu makinede, yarı işlenmiş mamulün tüm yüzeyleri ısıtılıp sürdürülerek kalıp alanı kadar bir mesafede teknik aygıtların hareketi ile yapılan işlemdir. (Bknz şekil 4.2.1.) (3).

Şekil 4.2.1. Tek İstasyonlu Makine (3)

Çok istasyonlu Makinede, yarı işlenmiş mamul hareketi devamlı olarak bir istasyondan diğerine geçer. (Şekil 4.2.2.) (3).

Tek istasyonlu makineye göre dezavantajı uzun dönme zamanı ile toplam eşdeğer zamanda için uzun aşamalar gerekir. Dönme zamanı olarak çok istasyonlu makinede eşit zamanda verim için uzun çalışmalar gerekir (3).

Sıcak şekillendirme yöntemini paketleme(yoğurt kapları), yüzme havuzları veya motor gövde parçaları gibi büyük parçalar üreten büyük ölçekli işletmeler kullanır (3).

Şekil 4.2.2. Çok İstasyonlu Makine (3)

5. VAKUMLA KALIPLAMA

Vakumla kalıplama sıcak biçimlendirmenin en çok kullanılan türüdür. Vakumla kalıplama genellikle girintili ve çıkıntılı olup da diğer metotlarda kalıplanmayan parçaların üretilmesinde kullanılır. Önce, kalıplanacak parça biçimine uygun olarak hazırlanan kalıp üzerine ısıtılan plastik levha gerdirilir. Gergin ve kalıba yapışık haldeki plastik levha, kalıp içerisindeki hava emilerek istenilen biçime gelmesi sağlanır (Şekil5) (8).

Şekil 5. Vakum Kalıplama

6. BİRBİRNE UYAN KALIPLARLA KALIPLAMA

Birbirine uyan kalıplarla kalıplamada kullanılan dişi kalıp ve dalıca zımba, arzu edilen ölçü tamlığında yapılır. Dişi kalıp ve dalıcı zımba, arasında kalan boşluk parça boyutlarında esas ana ölçüdür. Kalıplanacak plastik levha kalıp ağzına yerleştirilir ve gerdirilir. Dişi kalıp ve dalıcı zımba arasında sertleşen parça kalıptan alınır ve kenarları düzeltilir (Şekil 6) (6).

Genellikle metal kalıplar kullanılır. Kalıplar 25-30 ton kapasitede olan veya basınçlı hava ile çalışan veya hidrolik preslerle sıkıştırılır. Isı, kalıp içinden geçirilen elektrik yahut buhar aracılığı ile sağlanır (6).

Şekil 6. Birbirine Uyan Kalıplarla Kalıplama

7. MEKANİK (GERME) KALIPLAMA

Mekanik biçimlendirmeye bazen kıvrımlı biçimlendirmede denilebilir. Adından da anlaşılacağı gibi, mekanik biçimlendirmede ısıtılarak yumuşatılmış plastik, mekanik araçlar aracılığı ile istenilen biçime getirilir (8).

Şekil 7. Oyulmuş Plaka ve Erkek Kalıplama Mekanik Kalıplama (6)

Biçimlendirme sıcaklığına kadar ısıtılan plastik levha, uçlarından gerdirilerek uygun profildeki zımba üzerine bastırılır. Soğutulduktan sonra parça kalıptan alınır ve kesme kalıplarıyla çevresi düzeltilir (8).

8. ÜFLEMELİ KALIPLARLA KALIPLAMA

Yöntemin aslı levha haline getirilmiş termoplast plastiklerin belirli bir sıcaklığa kadar ısıtılarak kalıba yerleştirilmesi, daha sonra da basınçlı hava uygulanarak biçimlendirilmesidir. Basınçlı hava veya vakum uygulaması yerine, ısıtılmış levhanın doğrudan doğruya kalıp alt ve üst parçalar arasında sıkıştırılarak biçimlendirilmesi bu yöntemin değişik bir şeklidir (5).

Üflemeli şekillendirme için malzeme ya granül veya levha halinde olabilir. Granül halindeki termoplastik ekstrüzyonla levha haline getirilebilir. Toz halindeki malzemeler ise ekstrüzyon, haddeleme, pres veya çekme ile levha haline getirilir. Bu yöntem ile genellikle derin hacimli ürünler imal edilir. Mesela, Kahve ve Çay Bardağı, Yoğurt kasesi gibi.

1	2	3	4	5

9. KALIP TASARIMINDA DİKKAT EDİLECEK HUSUSLAR

9.1. Tasarımında Dikkat Edilecek Hususlar:

• Plastik levha malzemesinin uygun seçilmesi,
• Plastik Levhanın Isı Kontrolünün sağlanması,
• Yüzey Kalitesi
• Kalıpta vakumun tatbik edildiği yerlerin uygun tasarlanması,
• İşleme Uygun Malzeme Seçimi Yapılmalı,
• Hava Delikleri Levha Kalınlıklarına Göre Belirlenmeli,
• Radüs Dizaynı Malzemenin şekillenmesine yardımcı olacak şekilde yapılmalı,
• Kalıp Soğutmasında üretim yöntemine ve çalışma düzenine uygun soğutma şekli belirlenmeli.
• Uygun Duvar Kalınlığı ve Açısı Belirlenmeli.

10. SONUÇ

Sıcak biçimlendirme yöntemi günümüzde günlük hayatta kullanılan ev eşyalarından, endüstriyel eşyalara kadar bir çok alana hitap etmektedir. Gerek yöntem kolaylığı gerekse ekonomiklik bakımdan olsun. Üretilebilirlik oranı yüksek olan bir yöntem biçimidir.

Çağımızın gelişen teknoloji ve üretim yöntemleri bizleri yeniliklere yani Araştırma ve Geliştirme (Ar-Ge) çalışmalarına itmektedir. Buna dayanarak sıcak biçimlendirme teknolojisi ile yapılan Ar-Ge çalışmalarında bu yöntemin kullanışlı ve gelişime dönük olması yapılan çalışmalarda kolaylık sağlamaktadır. Tabii ki birde işin üretim aşaması düşünüldüğünde üretilen üründe yapılan her türlü estetik, ergonomik ve ekonomik değişiklik bire bir kalıplara uygulanıp zaman kaybı minimum seviyede olacak şekilde üretime geçilmesi sağlanmaktadır. Buda bize zaman tasarrufunun yanında ticari bakımdan maddi bir kar sağlamaktadır.

Sıcak biçimlendirme yöntemi gıda ambalajlama sektöründe de ambalajlama ürünleri ile rekabet edebilecek kadar ucuza mal olmaktadır. Bunun yanın da Uçak Endüstrisi alanında da, işlenmiş akrilik parçaların çok iyi optik özellikler taşımaları nedeni ile uçakların rüzgar koruyucuları (ön camları) bu malzemeden yapılmaktadır.

Daha bir çok sayamadığımız ve güncel hayatta kullandığımız nice eşyalar sıcak biçimlendirme yöntemi ile üretilmektedir kısacası günümüz teknolojisinin vazgeçilemez bir metodudur.

KAYNAKLAR

• Plastics Mold Engineering Handbook (Fifth Edition), Edited by Eric V. Buckleitner, ITP An International Thompson Publishing, USA / 1995 (Sayfa: 468 - 498)
• Plastik Teknolojisi (Sayfa: 109-112),
• Plastikler Dünyası, Yaşar Hikmet (Kimya Yük. Müh.), TMMOB Yayınevi, Ankara/ 2001 (Sayfa: 66 - 67)
• International Plastics Handbook for the Technologist, Engineer and User (3rd Edition) by Wilbrand Woebcken, Hanser / Gardner Publications, Translated and Edited by John Haim and David Hyatt, Munih, Vienna, New York / 1995 (Sayfa: 121 -164)
• Turgut Başak, Bayer Vakum Ambalaj San. Ltd. Şti., Terazidere Mah. Güneş cad. Rüya Sokak No: 7 Bayrampaşa /İstanbul Tel: (212) 674 01 26

İlgili rapor/makale:

Vakum kalıplama yöntemi (thermoforming):
Mustafa Girgin, Gazi Üniv. T.E.F. Makine Eğitimi Böl., Kalıpçılık A.B.D. Mart 2007, Ankara