2. Общая характеристика термопрессов. Устройство, принцип работы, сравнительная характеристика оборудования основных фирм-производителей

Представленное многообразие современных инжекционных машин для изготовления полимерных, ортопедических конструкций в стоматологии, заставляет подробно ознакомиться с процессом переработки термопластов в готовые изделия.

Технологический процесс с использованием инжекционной машины состоит из нескольких стандартных этапов: выбранный материал загружается в термопресс, устанавливается заранее подготовленная гипсовая форма готового изделия, далее следуют по инструкции на конкретное оборудование. Стандартные функции машины: нагрев термопласта, его расплав, инжекция и охлаждение.

Загрузка материала в термопресс происходит индивидуально для каждого изделия, картридж (или туба) с термопластом устанавливается в зону нагрева. Количество исходного материала выбирается с учетом литников, технологических элементов и собственно готового изделия. Производители термопластов предлагают завальцованные с одной стороны емкости с исходным материалом, в основном с нейлонами, и выпускаются в форме алюминиевого цилиндра стандартных диаметров, разной длины. Сейчас многие компании продают раздельно пустые картриджи и материалы в фасовках, это позволяет непосредственно на рабочем месте в зависимости от объёма работы наполнить необходимым количеством материала ёмкость. В последнее время все чаще на рынке встречаются материалы «в россыпь» расфасованные по 1 кг, 0, 5 кг и 100 грамм. В среднем на одну прессовку уходит от 20 гр., до 30 гр. Предпочтения зубных техников зависит от объективных территориально-зависимых обстоятельств, возможностей по приобретению расходников и эксплуатируемого оборудования. При работе с термопластами необходимо внимательно соблюдать правила хранения гигроскопичных материалов, способных даже из воздуха набирать влагу. Заводская упаковка термопластов имеет герметичность, а после её вскрытия, картриджи с материалом или упаковка для хранения должны быть помещены в тару, гарантирующую полную изоляцию от окружающего воздуха.

Конструктивное исполнение некоторых импортных образцов оборудования ориентировано на определенный вид картриджей, зачастую только на «родной», который является логичным продолжением инжекционного поршня машины. Применение «неоригинальных» картриджей сопряжено либо с трудностями, либо с полной невозможностью. Существуют два способа воздействия на картридж: первый - это смятие алюминиевого картриджа и второй - выдавливание материала из картриджа без его деформации (так называемый « впрыск »). Каждый способ дает определенные плюсы и минусы, хотя все «оригинальные» картриджи, произведенные в заводских условиях, выпускаются только на смятие. В первом случае (на смятие) заполнение материалом происходит полностью всего объема алюминиевой емкости, который никаким образом не может соответствовать объёму выполненной формы с литниковой системой, а если самому насыпать материал, то при определенном навыке, можно научиться определять нужное количество. Во время инжекции происходит потеря устойчивости и деформация картриджа. Во втором случае (впрыск), картридж остаётся почти недеформированным, только место выхода материала и увеличившийся диаметр при прохождении тефлоновой прокладки, говорят об использовании Введение дополнительных тефлоновых прокладок и пуансона на 20% уменьшают возможное использование объема. Это имеет место только для картриджей диаметром 21,9 мм и длиной 125мм. Взамен получаем возможность экономить при изготовлении небольших работ и плюс остаток материала в картридже в виде «таблетки» после прессовки может пригодиться на следующей работе на литниках и это является немаловажным фактором, снижающим себестоимость изделий из дорогих термопластов. Отдельные производители материалов допускают даже вторичное, до 50% использование термопласта.

Материал, находящийся в картридже, необходимо сначала нагреть до температуры плавления, расплавить его, хотя у аморфных пластмасс и нет четкой границы температуры фазового перехода.  Есть плавный процесс размягчения, возникновение подвижности массы, появлении текучести с уменьшением вязкости расплава, доведение до технологического состояния литья. Нагрев материала происходит путем передачи тепла и теплового излучения от нагреваемых тонких алюминиевых стенок картриджа. Алюминиевый картридж нагревается в свою очередь от загрузочной камеры (втулки) установленной в нагревательную печь. Для выравнивания градиента температуры по периметральной, цилиндрической поверхности, картридж покрывается специальной высокотемпературной пастой (смазкой) перед  установкой в зону нагрева. Паста также служит для предотвращения возникновения локальных контактных «прихваток» алюминиевого картриджа и стальной поверхности печи в момент прессования (движения инжекционного поршня). Скольжение картриджа вдоль оси прессования позволяет герметизировать образовавшееся «сопло» и литниковое отверстие кюветы, где подготовлена гипсовая форма будущего изделия. В процессе нагрева материала, недопустимо повышение температуры выше заданной для конкретного термополимера, в противном случае это приводит к изменению структуры материала, физико-механических свойств готового изделия и появлению нежелательных цветовых оттенков протеза. Нахождение термопласта под действием нагрева больше положенного времени также приводит к деструктуризации термопласта (несоответствие заданным свойствам).

Промышленные инжекционные машины выполнены с горизонтальной осью прессования, это связано с загрузкой сырья, непрерывностью потока расплава материала и необходимостью дегазации перед подачей в пресс-форму. Некоторые производители оборудования  с целью экономии полезного пространства зуботехнической лаборатории выполнили пресса с вертикальным расположением оси прессования или вертикальной компоновкой. Материалу абсолютно все равно как ему двигаться по отношению к направлению силы земного тяготения, но вот расплав термопласта дегазируется быстрее, когда расстояние для высвобождения газовых пузырьков будет минимальным. Поэтому если используется картридж длиной 125мм и диаметром 21-22 мм, то ему лучше во время плавления находиться в горизонтальном расположении оси, а картриджу с диаметром 28мм и длиной 80мм абсолютно одинаково и не принципиально. В процессе нагрева тепло от печи, при пристыкованной кювете (в полностью автоматических термопрессах), через торец переходит на кювету, разогревая её, она становится пассивным радиатором по отношению к источнику тепла. В зависимости от качества такого «контакта», температура в печи перекашивается, в средней части нагреваясь до нормы и уменьшаясь к краю в сторону кюветы. Определить или хотя бы приблизительно предсказать действительную температуру внутри печи по сечениям невозможно. Поэтому производители оборудования экспериментальным путем определяют и градуируют печь в приближенных значениях температуры. Один и тот же материал, «из одного мешка» на разных термопрессах перерабатывается с разными значениями параметров. Повторяемость результатов не имеет стабильности. Пристыковывать кювету можно не более чем за минуту до процесса инжекции и подогрев её должен осуществляться, если это нужно, отдельно от печи нагрева с термопластом.

По типу привода процесса прессования есть машины с электроприводом и пневматические с внешним компрессором или баллоном с азотом. В первом случае электродвигатель, управляемый инвертором, через ременную передачу приводит во вращение шкив шаровинтовой пары. Этот механизм имеет прецизионный многозаходный винт с 3D шлифовкой, муфту с многоручьевыми каналами и шариками. Все элементы стальные выполнены с термической закалкой и очень критичны даже к кратковременному нагреву выше 270 градусов, детали при этом теряют необходимую твердость. Поэтому все машины, выполненные по этому типу привода, не имеют функции охлаждения изделия с допрессовкой, так как во время допрессовки винт должен находиться в зоне разогретой печи, а это уже кратковременный нагрев. Наличие допрессовки с охлаждением позволяет в небольшом диапазоне изменять физико-механические, оптические свойства и частично компенсировать усадку термопластических материалов в изделии. Пневмопривод более простой и надежный, и в плане эксплуатации, и удобный в плане изменения параметров прессования. Силовой пневмоцилиндр имеет две полости над поршнем и под ним. Изменяя давление и условия динамики воздуха в них, мы имеем возможность изменения параметров движения штока с инжекционным поршнем. Подводимое давление воздуха (давление усилия), распределенное на площадь пневмоцилиндра определяет силу, приложенную к инжектору, а изменение условного прохода (жиклирование) выходящего потока из другой полости определяет динамику его движения. Например: пусть давление над поршнем будет составлять 4 Бара, поршень диаметром 160мм находим площадь, умножаем на давление, получается усилие на штоке в 7097,1 Н, это примерно 710 кг. А на штоке расположен инжекционный поршень диаметром 22мм и получается давление расплава в 170 Бар! Конечно это очень большое давление, которое и не нужно, но вот для того чтобы смять алюминиевый картридж усилие в 710 кг – вполне нормальное. Возможность охлаждения под давлением приносит неоспоримое преимущество пневмоприводным машинам перед электроприводными аппаратами, уменьшая пористость изделия и повышая плотность материала.

Во время инжекции каналы движения расплава термопласта имеют герметичность, обеспечивая безаварийность работы. В промышленности форма под изделие имеет систему охлаждения и термостабильна обычно при температуре плюс 10-12 градусов по Цельсию. В нашем случае форма получается из гипса и «влита» (пакована) в две полуформы из алюминия или сплава. Они скреплены между собой четырьмя большими болтами, образуя прочную конструкцию, выдерживающую рабочее давление расплава материала.

Многие производители оборудования отказались от совмещенной оси прессования, когда инжекционный поршень, нагревательная печь, литниковое отверстие кюветы расположены друг за другом по одной оси. Функции инжекционной машины взаимосвязаны, протекают по очереди и имеют четкие временные рамки. Повышение производительности машины возможно только с параллельным течением процессов, полностью автоматические машины не имеют этой возможности. Ручные пресса почти все имеют выносной блок разогрева, а чаще несколько: в одном сушат материал, в другом материал греется, в третьем готов к литью. Сокращается цикл в два раза, а то и больше! После застывания одной работы, сразу прессуется вторая. За 40 минут можно отлить без нарушения технологии не больше двух работ.

Таким образом, все термопрессы состоят из блока нагревателя, блока прессования (пневматического или электро- механического) и узла установки кюветы. В процессе работы пластмасса расплавляется до требуемой температуры и с помощью поршня, на который с огромным усилием давит блок прессования, запрессовывается в кювету. Давление пластмассы в кювете достигает 100 бар, большее давление просто разгибает кювету. При работе на одном аппарате с разными пластмассами для ее загрузки используются алюминиевые картриджи.

Большинство производителей выпускает термопрессы для работы с пластмассами своего же производства. Эти аппараты не универсальны и не со всеми пластмассами на них можно работать. Различия заключаются в диаметрах используемых картриджей и максимальной температуре нагрева. Кроме того, аппараты отличаются конструктивно. В каждой конструкции есть свои особенности, которые влияют на качество и удобство работы.

1. Вертикальное или горизонтальное расположение При вертикальном расположении прибор занимает гораздо меньше места. 2. Максимальная рабочая температура На сегодняшний день самая высокотемпературная пластмасса - это Био Икс С производства фирмы Bredent, которая плавится при температуре 380°С. Температуры плавления остальных пластмасс ниже. Таким образом, термопресс, развивающий эту температуру, можно считать универсальным для работы с любыми пластмассами. 3. Пневматический или электромеханический прессблок В принципе не важно, каким способом создается давление. Пневмоцилиндр, на мой взгляд, проще и, следовательно, надежнее любого механического привода. Однако для пневмоцилиндра нужно давление. В разных термопрессах используются пневмоцилиндры с разным передаточным числом, и для создания одного и того же давления на поршне приходится подавать разное исходное давление для разных моделей – от 6 до 12 бар. Причем если 6 бар можно получить практически в любой лаборатории, где есть пескоструйный аппарат, то для большего давления требуется специализированный компрессор или баллон со сжатым воздухом, а это дополнительные расходы. 4. Процесс прессования может происходить со сминанием алюминиевого картриджа или без сминания. Во время прессования со сминанием картриджа стенки цилиндра постепенно изнашиваются, на них образуются зазубрины и остается алюминиевая стружка. Прессование без сминания предпочтительнее, т.к. при этом поршень движется внутри картриджа, нет износа цилиндра и нет необходимости после каждого прессования чистить цилиндр от грязи. Кроме того, не тратится энергия на сминание (обычно 2/3 энергии уходит именно на сминание картриджа). Т.е. рабочее давление снижается в три раза. Например, для аппарата Термопресс 1.0 вместо 6 бар нужно устанавливать всего 2 бара. Однако не во всех случаях можно использовать несминаемый картридж, т.к. в нем применяется тефлоновый поршень, который при температурах выше 300°С просто расплавится. Для таких пластмасс нужно использовать схему со сминанием картриджа. 5. Возможность работы в автоматическом режиме Т.е. возможность проводить весь процесс от начала до конца без участия техника. Это немаловажный параметр. Он исключает человеческий фактор (брак из-за ошибок техников при работе на аппаратах с ручным режимом) и существенно экономит рабочее время самого техника. Большинство аппаратов работают только в ручном режиме. В этом случае приходится разогревать кювету в кипящей воде или сухожаровом шкафу, а картридж в аппарате. После разогрева картриджа кювету помещают в аппарат и включают прессование. В некоторых аппаратах нагревательный блок находится отдельно от блока прессования, и картридж после нагрева необходимо переставить из нагревательного блока в блок прессования, туда же поставить кювету, вынутую из кипящей воды и включить прессование. Такой процесс требует непрерывного внимания и участия техника. Термопрессам, работающим в автоматическом режиме, участие техника не требуется. Картридж и холодная кювета устанавливаются в аппарат, картридж разогревается до рабочей температуры, одновременно разогревается и кювета. По завершении выдержки автоматически включается прессование, и технику остается только вынуть кювету из аппарата. Для технологий, не требующих подогрева кюветы, в таких аппаратах существует ручной режим.

При выборе термопресса стоит обратить внимание на все перечисленные достоинства и недостатки. В таблице ниже систематизированы характеристики аппаратов для термолитьевого прессования, представленных на российском рынке:

Модель термопресса	Расположение	Прессблок/требуемое давление	Макс. темп.	Картридж	Режимы работы
QuattroTi	Горизонтально	Пневматический /12бар	399	Сминаемый 22мм	Автоматический
Evox V8	Горизонтально	Пневматический / 10бар	350	Сминаемый 25мм	Ручной
Унипресс Логостом	Горизонтально	Пневматический / 6 бар	390	Не сминаемый 22мм/ Сминаемый 22, 25, 28мм	Ручной
"Продвинутые технологии"	Горизонтально	Пневматический/10 бар	300	Сминаемый 25мм	Ручной
Термопресс 400	Горизонтально	Электро-механический	400	Сминаемый 22мм	Ручной
Deflex MAD	Вертикально	Пневматический / 7 бар	300	Сминаемый 22мм	Автоматический
ТПС-02 Эвидсан	Вертикально	Пневматический / 10бар	300	Сминаемый 28мм	Автоматический
	Вертикально	Пневматический / 6 бар	320	Не сминаемый 22мм	Ручной
Термопресс 1.0	Вертикально	Пневматический /6 бар	380	Не сминаемый 22мм/ Сминаемый 22, 25, 28мм	Автоматический и ручной