بريمن، ألمانيا – أثبت طلاء UltraPLAS الجديد الذي طوره باحثو معهد فراونهوفر أنه حل رائد للتحديات التي تواجه عمليات التشكيل الأولية. يتم تطبيق هذا الطلاء المتقدم سهل التنظيف كطبقة متدرجة باستخدام عملية البلازما الباردة وهو مناسب لمواد مثل الفولاذ المستخدم في الأدوات والفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم. تتيح الخصائص الفيزيائية الفريدة لـ UltraPLAS تشكيلًا مثاليًا حتى للأسطح العاكسة ذات الحجم النانوي. من خلال تقليل عدد خطوات ما بعد المعالجة والتخلي عن عوامل التحرير الخارجية، يتم تصنيف التطبيق على أنه اقتصادي للغاية.
كيف يمكن طلاء أسطح الأدوات عالية الجودة والمتطورة بطريقة تحسّن الإنتاج، وتؤخر أو تبسط عمليات التنظيف بشكل كبير؟ قام باحثون في معهد فراونهوفر لتكنولوجيا التصنيع والمواد المتقدمة IFAM بالتحقيق في هذا السؤال بالتعاون مع شركاء في مشروعي "GlossyCast" و"UltraTrenn" الممول من قبل Industrielle Gemeinschaftsforschung IGF. كان الهدف من مشاريع البحث هو تقليل قوى إزالة القالب وتكوين الرواسب مع تحمل الضغوط المحددة لصب الزنك عالي الضغط وصب البلاستيك بالحقن بشكل دائم.
وعلى وجه التحديد، تتطلب عملية صب الأجزاء البلاستيكية التقنية بالحقن حلولاً لتقليل قوى فك القالب وتكوين الرواسب. وينطبق هذا على إنتاج المكونات ذات الأسطح شديدة اللمعان أو الهياكل الدقيقة شديدة التحديد، مثل العدسات البلاستيكية أو الزخارف أو الموصلات ذات الدقة العالية في الأبعاد. وعلى نحو مماثل، في عملية صب الزنك تحت الضغط العالي، تمنع الرواسب على سطح القالب وكذلك رواسب عوامل التحرير ومواد التشحيم إنتاج مصبوبات زنكية لامعة وعالية الجودة. ويؤدي هذا إلى تكاليف كبيرة في مرحلة ما بعد المعالجة لأجزاء الصب. وبصرف النظر عن هذا، فإن تطبيق عامل التحرير وحده يمكن أن يشكل ما يصل إلى 20 في المائة من وقت الدورة، مما يعني أن هناك إمكانية كبيرة لتحقيق وفورات إذا لم تعد هناك حاجة إلى عوامل التحرير.
لتلبية متطلبات ملف التعريف المذكور أعلاه للأسطح البصرية فائقة النعومة (Ra < 25 نانومتر) ضمن المشاريع، يجب أن يكون الطلاء نفسه ناعمًا وخاليًا من البنية. لتحقيق ذلك، تم استخدام عملية البلازما الباردة، ما يسمى بعملية PE-CVD (الترسيب الكيميائي للبخار المعزز بالبلازما). من خلال بناء طبقة متدرجة، تمكن هذه العملية من التصاق الطبقة الممتاز بجسم المنتج من ناحية وخصائص غير لاصقة استثنائية مع خصائص فيزيائية ممتازة على جانب المنتج من ناحية أخرى.
يتميز الطلاء المنتج بهذه الطريقة، على سبيل المثال، بمعامل مرونة مرتفع (28 – 32 جيجاباسكال) وكثافة عالية (1.5 جم/سم³). وينتج عن هذا نطاق صلابة موس 5.5، وهو ما يعادل بالتالي الزجاج أو المينا. ومن المميزات، كونه طلاء غير لاصق، أنه يتمتع أيضًا بطاقة سطح منخفضة (< 28 mN/m) with low polarity (< 1.5 mN/m).
ويدعم هذا السلوك حقيقة أن الباحثين في معهد فراونهوفر نجحوا في إنتاج طلاء UltraPLAS بطبقة رقيقة بشكل خاص يقل سمكها عن 100 نانومتر. وقد ثبت أن هذا ضروري حتى في مشروع GlossyCast لتوفير تأثير جيد غير لاصق. بالإضافة إلى ذلك، تسمح الطبقات الرقيقة الخالية من البنية بإعادة إنتاج هياكل الأسطح النانوية، على سبيل المثال، لعملية الطباعة النانوية، والأسطح اللامعة المرآة بشكل مثالي.
أظهرت الاختبارات العملية المكثفة التي أجريت كجزء من المشاريع في مختلف الشركات الصناعية أن قوى إزالة القالب وتكوين الرواسب تنخفض في مجال القولبة بالحقن. كما ثبت أن انخفاض قوى الالتصاق يقلل من إجمالي قوى إزالة القالب. ونتيجة لذلك، يمكن زيادة درجة حرارة إزالة القالب وتقليل كمية الاحتكاك.
على النقيض من أحدث التقنيات، يمكن إزالة الطلاءات بفعالية ولطف باستخدام تقنية البلازما بحيث يمكن، إذا لزم الأمر، تطبيق طلاء جديد عدة مرات دون أي فقدان للجودة. وهذا مثير للاهتمام بشكل خاص بالنسبة لأسطح الأدوات ذات اللمعان العالي، لأنه يلغي الحاجة إلى التلميع الذي يستغرق وقتًا طويلاً أو التشغيل الدقيق للغاية.
كما ثبت أن الإنتاج المباشر لأسطح الزنك المصبوبة عالية الجودة باستخدام تقنية الصب يمكن أن يزيد بشكل كبير من الكفاءة الاقتصادية. من خلال تحسين جودة سطح الأجزاء المصبوبة بشكل كبير، يمكن تبسيط خطوات المعالجة الميكانيكية المكلفة والمستهلكة للوقت مثل التفجير والطحن والتلميع أو حتى تجنبها تمامًا. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تقصير أو تقليل خطوات العملية الفردية للطلاء الكهربائي. يمثل تطوير طلاء الإطلاق UltraPLAS المتين هذا للصب بالقالب الزنكي تقدمًا كبيرًا في تكنولوجيا الصب. تفتح إمكانية قطع عوامل الإطلاق إمكانات جديدة لتحسين جودة الصب وتقليل تكاليف الإنتاج وجعل الإنتاج أكثر ملاءمة للبيئة.
نظرًا لأن المنتجات المصبوبة يتم تصنيعها بدون عوامل تحرير، يتم تقليل وقت المعالجة المسبقة للطلاء الكهربائي ويتم تقليل استهلاك المواد. تتمتع المكونات المصنعة بالخشونة المطلوبة. نظرًا للسطح الأكثر نعومة، يمكن الاستغناء عن طلاء النحاس اللامع، مما يؤدي إلى توفير المواد والوقت ومياه الصرف. أدى تقليل سمك طبقة النحاس (السيانيد) والنيكل اللامع بنسبة 50 بالمائة لكل منهما إلى مزيد من التوفير في المواد والوقت.
معلومات أساسية عن عملية التطوير: سبق تطوير UltraPLAS طلاء PLASLON غير اللاصق، والذي يتميز بصلابة عالية (صلابة موس 4.5 - 5.5) ومقاومة ممتازة لدرجة الحرارة تصل إلى 230 درجة. وقد جعل ملف تعريف الخاصية هذا من PLASLON طلاءً شائعًا وسهل التنظيف خالٍ من PFAS لأواني الطهي. من خلال الابتكار المستمر وتطوير منتجات مثل UltraPLAS و PLASLON، يساهم معهدنا بشكل كبير في تحسين عمليات الإنتاج وتعزيز الاستدامة في الصناعة.