כל מה שרציתם לדעת על ריתוך פלסטיק (ולא העזתם לשאול)

בשנים האחרונות התרחב עולם חיבור חלקי הפלסטיק עם כניסתן של שיטות ריתוך חדשות לשוק. ריתוך ויברציוני, ריתוך IR וריתוך לייזר הולכים ותופסים את מקומם של הריתוכים האולטרסוניים הוותיקים ומציעים זמני מחזור קצרים יותר וחיבורים נקיים ואלגנטיים

תמונה 1: ריתוך CIT.

חיבור חלקי פלסטיק יחדיו הוא תורה בפני עצמה. השיטות מגוונות ולכל יישום יש את השיטה המתאימה לו. חלק מהמוצרים רגישים ללחץ, לאחרים גיאומטריות מאתגרות, ישנם כאלו המצריכים תיעוד ועמידה בתקנים מחמירים והרגישות לוויזואליות של החיבור משתנה מיישום ליישום.

את צורות החיבור המקובלות נחלק לשלוש קטגוריות עיקריות: חיבור מכאני, הדבקה (לחומרים שאינם קומפטביליים) או ריתוך על סוגיו השונים בו בחרנו להתמקד במאמר זה.

ריתוך או הלחמה? ומה ההבדלים?

המילה הלחמה השתרשה בשפת הדיבור למרות שפעמים רבות המונח המתאים לחיבור חלקי הפלסטיק הוא דווקא ריתוך. בהלחמה יש הוספה של חומר העובר התכה ומחבר את החלקים. בריתוך החלקים עצמם מחוממים ומותכים בקו התפר ואז נלחצים ומתחברים. ולכן, נאמץ במאמר זה את המונח המדויק – ריתוך.

ריתוך אולטרסוני

שיטה זו ותיקה, פופולרית ובעלת יחס טוב של עלות-תועלת. הגל האולטרסוני מחמם ומתיך את החלק. אז מצמידים את שני החלקים עד לקירורם. יתרונותיה המשמעותיים הם מהירות ביצוע (לעיתים אף פחות משנייה), העדר חלקים מתכלים, עלות ציוד יחסית נמוכה והתקנה מהירה. ההגבלות של השיטה נוגעות לסוגי החומרים שניתן לרתך. גודל וגאומטריית החלק צריכים להתאים אף הם לטכנולוגיה. ריתוך אולטרסוני יתקשה להתמודד עם חלקים גדולים העשויים מפולימרים הנדסיים או בעלי גיאומטריה מורכבת ולכן הגודל המקסימלי האפשרי יהיה כ-9 סמ"ר.

תמונה 2: מערכת ריתוך אולטרסוני שולחנית מבית SIRIUS ELECTRIC.

ריתוך באמצעות פלטה חמה

שיטה ותיקה נוספת בה החלקים מקובעים ובאים במגע עם פלטה חמה. אז, הפלטה מוסרת והם נלחצים, מתחברים ומתקררים. יתרונה המשמעותי של שיטה זו היא שכל סוגי החלקים על צורותיהם השונות יכולים להיות מרותכים יחדיו, כל עוד הפלטה מתאימה לגאומטריית החלקים. במידה ונוצרות שאריות ריתוך (Flashes) הן הומוגניות ומוצקות ולא יישברו. יחד עם זאת, זמני המחזור יחסית ארוכים (30-50 שניות) וצריכת האנרגיה גבוהה בהשוואה לשיטות אחרות. בנוסף קיימת בעייה של הצטברות חומר על פלטת החימום, ושריפתו לאורך זמן, דבר שמחייב תחזוקה תדירה.

תמונה 3: תהליך ריתוך באמצעות פלטה חמה.

ריתוך ויברציוני

שיטה חדשה יחסית המבוססת על קיבוע חלק אחד ואילו החלק השני מוחזק כנגדו בלחץ קבוע ומתואם מראש. על החלק הלא-מקובע מופעלת ויברציה הגורמת לו לתנועה ליניארית. כתוצאה מהחיכוך נוצר חום המחמם ומתיך את פני השטח של שני החלקים. אז התנועה נפסקת והמלחם מחזיר את שני החלקים למיקומם המדוייק ומהדק אותם ליצירת התפר.

מאחר והריתוך מושג ע"י חיכוך החלקים, צריכה להיות התאמה גיאומטרית טובה ביניהם. חלקים המכילים קירות אשר מאונכים לתנועת הויברציה צריכים להיות עמידים וקשיחים על מנת לעמוד בה ולא להישבר או להתעקם במהלך התנועה.

יתרונות השיטה:

השיטה מתאימה לכל סוגי הפולימרים. בנוסף, אין הגבלה על תוספים או צבענים שמוספים לפולימרים. צריכת האנרגיה נמוכה יחסית והציוד ניתן להתאמה לגודל החלקים המרותכים. הריתוך חזק ואטום וניתן לבצעו גם בנוכחות מזהמים כמו אבק, מים, דיו, דם וגזים שונים.

מפחיתים את כמות השבבים:

אחד החסרונות של ריתוך ויברציוני הוא ששיטה זו עלולה לייצר שבבים. את חלקם ניתן להסתיר ע"י התקנת "מלכודת שבבים" בתוך החלק עצמו. שיפורים אחרונים בשיטה זו, הביאו לגישה היברידית אשר משלבת ריתוך ויברציוני עם מקור חום אינפרה-אדום, CVT – Clean Vibration Technology. בשיטה זו מקור IR מבצע חימום מקדים לאזור הריתוך לפני פעולת המלחם. החומר מרוכך לפני וכך נמנעת יצירת השבבים בעת הריתוך. אולם, שיפור זה עולה לנו בהגדלת זמן המחזור בסדר גודל: מ-3-5 שניות ל-25-40 שניות.

תמונה 3: ריתוך ויברציוני של חלק PC לחלק PC/ABS. מצד ימין: ריתוך CVT, מצד שמאל: ריתוך ויברציוני רגיל.

ריתוך CIT (Contoured Infrared Technology)

שיטה זו דומה לריתוך הלייזר, אך מציעה ורסטיליות יותר גדולה. פולטי אנרגיית IR ממוקמים בין שני החלקים שאותם רוצים לחבר. הם מקרינים חום ברווחים קבועים על פני השטח. הפולטים מוזזים ואז מחברים בלחץ את החלקים ומקררים. התוצאה היא ריתוך הומוגני, חזק ובלתי חדיר, ללא חלקיקים או שבבים. היות ואת הפולטים ניתן לעצב בצורות שונות, השיטה מתאימה לשימוש בחלקים אשר גדולים מדי לריתוך לייזר או מורכבים מדי לריתוך ויברציוני. היא מתאימה למגוון רחב של פולימרים, החל מהנדסיים, חצי גבישיים ועד פולימרים נפוצים דוגמת PE או PP ולכן הופכת להיות נפוצה במגוון אפליקציות (תמונה 1).

ריתוך לייזר

ריתוך לייזר הוא עדין, נקי ומדוייק ומאפשר ריתוך של גאומטריות מורכבות וחומרים הקשים לריתוך אולטרסוני. שיטה זו לא דורשת תנועה או חיכוך של חלקים. מקור החום מופק מקרן הלייזר. התפר הנוצר מדוייק להפליא, נקי וללא חלקיקים או פלאשים. יתרונות השיטה הפכו אותה למועדפת בריתוך התקנים רפואיים, מוצרי אלקטרוניקה ומוצרים יוקרתיים לתעשיית הרכב. על מנת להשתמש בשיטה זו, חלק אחד חייב להיות שקוף לקרינה, בעוד שהחלק השני חייב לספוג אותה. כמו כן, גאומטריית החלק חייבת להיות כזו שהקרן תצליח להגיע לכל אורך התפר ללא בעיה.

שדרוג של שיטה זו נקרא: STTIr- Simultaneous Through Transmission Infrared. בטכנולוגיה זו ניתן להאיר את כל האזור המרותך בבת אחת, ללא צורך ב"סריקה" של הקרן. זמן המחזור מהיר: 5-7 שניות בלבד.

כיצד נבחר בשיטה המתאימה לנו ביותר?

בבואנו להחליט על השיטה המתאימה ביותר לחיבור חלקי פלסטיק יש לחשוב על מספר גורמים:

• סוג החומר – זהות הפולימר משפיעה על בחירת השיטה היות ולא כל השיטות יכולות לרתך את כל הפולימרים. עבור פולימרים הנדסיים, כדאי לבחור אחת מהשיטות החדשניות יותר, דוגמת ריתוך ויברציוני או ריתוך CIT.
• גאומטריית החלק – לגיאומטריית החלק ומורכבותה תפקיד לא פשוט. קיימות שיטות הסלחניות יותר לגאומטריה מורכבת או רדיוסי עקמומיות גדולים ויש שיטות שבהן צריך לתת את הדעת על יציבות החלק במהלך ההלחמה, לדוגמה ריתוך ויברציוני היכולה להשפיע על מוצרי דקי דופן.
• כמות החלקים, מהירות המחזור וההשקעה שיש לבצע בציוד בהתאם לאלו.

חברת CEMAS elettra האיטלקית מתמחה בפתרונות הלחמה וריתוך. באמתחתה מגוון רחב של שיטות חיבור, מהדבקה צורתית וכלה ריתוך ויברציוני, IR ולייזר. כך היא יכולה להציע את השיטה הטובה ביותר לכל יישום. החברה הינה אחת מהחברות האירופאיות הגדולות לציוד בתחום זה.

למידע נוסף:

פלורמא, עוזי קלברמן, 054-562-1450, [email protected]