Odlewanie rotacyjne (ang. rotational moulding lub rotomoulding), zwane również planetarnym, to jedna z odmian odlewania obrotowego, w którym wykorzystuje się siłę odśrodkową działającą na tworzywo znajdujące się w formie odlewniczej. Jeżeli forma odlewnicza wykonuje ruch obrotowy wokół jednej osi, występuje odlewanie odśrodkowe, natomiast jeśli forma odlewnicza wykonuje ruch planetarny wokół dwóch lub więcej osi, z ewentualnym kołowo-zwrotnym ruchem pomocniczym, mamy do czynienia z odlewaniem rotacyjnym.

Cechą charakterystyczną odlewania rotacyjnego jest równomierne rozprowadzenie stopionego tworzywa po ścianach gniazda formującego na skutek działania siły odśrodkowej. Kształt takiego gniazda formującego formy odlewniczej odzwierciedla zewnętrzną powierzchnię odlewanego zbiornika, podczas gdy powierzchnia wewnętrzna odlewu jest kształtowana swobodnie – na skutek ruchu stopionego tworzywa pod wpływem siły odśrodkowej. Gotowy odlew nie zawiera naddatków materiału po wyjęciu z formy, ponieważ ewentualny nadmiar (lub niedomiar) tworzywa nie zmienia kształtu odlewu, a jedynie wpływa na grubość jego ścianek.

Proces odlewania

Odlewanie rotacyjne to proces cykliczny – wyróżnia się w nim następujące fazy: załadunek, ogrzewanie, chłodzenie i wyładunek. W fazie załadunku do otwartej formy zasypywana jest odważona porcja tworzywa, najczęściej w postaci proszku. W fazie nagrzewania forma jest już zamknięta i rozpoczyna się jej nagrzewanie w sposób zależny od rodzaju maszyny: gorącym powietrzem lub gazami spalinowymi. Wtedy sproszkowane tworzywo przechodzi w stan plastyczny lub ciekły i na skutek siły odśrodkowej zaczyna być rozprowadzane po powierzchni gniazda formującego i przylegać do niego. Faza chłodzenia zaczyna się w momencie, gdy zakończy się etap równomiernego pokrywania ścianek formy odlewniczej tworzywem, zapewniający osiągnięcie założonej uprzednio grubości ścianki odlewu. Po wyłączeniu grzania i rozpoczęciu chłodzenia (zazwyczaj zimnym powietrzem) ruch planetarny formy wciąż jest kontynuowany, a tworzywo stopniowo się zestala, przyjmując ostateczny kształt odlewu. W fazie wyładunku, po ochłodzeniu odlewu do temperatury, w której utrzymuje on stały kształt i można go wyjąć bez deformacji, forma jest otwierana i odlew zostaje z niej usunięty. Następnie kolejna odmierzona porcja proszku tworzywa jest wprowadzana do formy i proces się powtarza.

Istotą odlewania rotacyjnego jest odpowiednia zależność między prędkościami obrotowymi wokół poszczególnych osi, oznaczana jako RoR (ang. Ratio of Rotation). Wzajemny stosunek prędkości ruchu obrotowego wokół poszczególnych osi ma podstawowy wpływ na kierunek ruchu tworzywa wewnątrz formy, jednorodność jego rozprowadzenia oraz równomierność grubości ścianek. W zależności od kształtu odlewanych przedmiotów wzajemny stosunek prędkości osi może zmieniać się w zakresie od 8:1 do 1:5. Do niedawna był on określany w warunkach produkcyjnych dla poszczególnych rodzajów odlewów metodami doświadczalnymi, współcześnie można wykorzystać w tym celu oprogramowanie symulujące proces odlewania rotacyjnego (RotoSim, RotoCycle) oraz programy do monitorowania działania maszyn i przebiegu procesu (RotoLog, RotoCure System Manager).

Dominujący polietylen

Początkowo do odlewania rotacyjnego używano tworzyw w postaci cieczy. Na skalę przemysłową jako pierwszy zastosowanie znalazł polichlorek winylu (PVC) w formie plastizolu oraz, w mniejszym stopniu, tworzywa celulozowe (CAB i CAP). Opracowanie w połowie XX w. technologii wytwarzania polietylenu (PE) w postaci proszku spowodowało, że PE bardzo szybko zastąpił stosowane wcześniej tworzywa i zdominował grupę polimerów możliwych do przetwarzania metodą odlewania rotacyjnego.

Obecnie przyjmuje się, że udział różnych odmian polietylenu sięga od 85% do 90% ogólnego wolumenu tworzyw wykorzystywanych do rotomoldingu, przy czym w tej grupie LDPE stanowi 2%, MDPE – 3%, XLPE – 8%, HDPE – 11%, a największą rolę odgrywa LLDPE z udziałem ponad 60%. Kolejny po polietylenie jest polichlorek winylu, który może występować nie tylko jako plastizol, lecz także jako proszek i mikrogranulki, a jego udział waha się od 8 do 13%. Pozostałe 2% stanowią: poliwęglan (PC), poliamid (PA, głównie Nylon 6 i Nylon 66), polipropylen (PP), polistyren (PS), akrylonitryl-butadien-styren (ABS), kopolimer etylenu i octanu winylu (EVA), a także polibutylen, poliacetal, poliestry nienasycone, żywice epoksydowe, fluorowęglany, fenoplasty, tworzywa akrylowe, celulozowe i silikonowe.

Różnorodność maszyn

Na rynku stosowane są różne typy maszyn do odlewania rotacyjnego. Wynika to z wielu czynników, m.in. z dużego zróżnicowania – pod względem kształtu i wymiarów – wykonywanych tą metodą elementów, co bezpośrednio wpływa na wielkość formy odlewniczej i współpracującej z nią maszyny przetwórczej. Znaczenie ma też sposób nagrzewania form odlewniczych i zastosowany w nich rodzaj napędu, a także liczba form decydująca o wydajności odlewania. Nowoczesne urządzenia różnią się także stopniem zautomatyzowania procesu.

Wśród maszyn do odlewania rotacyjnego można wskazać maszyny wrzecionowe (Spinner), w których na wrzecionie mocowana jest pojedyncza forma wykonująca jeden ruch obrotowy wokół własnej osi oraz drugi ruch obrotowy wokół osi wrzeciona. W maszynach karuzelowych (Carousel) na wrzecionie znajduje się rama lub ramy mocujące. Osadza się na nich kilka lub kilkanaście form odlewniczych, które nie są napędzane bezpośrednio, tylko razem z ramą wykonują ruch planetarny pochodzący od wrzeciona. W maszynach liniowo-wahadłowych (Shuttle) układy wrzecionowe zsynchronizowane są parami i zajmują określone położenie w stosunku do komory grzejnej. Kolejne typy maszyn to maszyny skorupowe (ClamShell), w których zamykana od góry komora służy zarówno do nagrzewania, jak i do chłodzenia, a także maszyny kołyskowe (Rock’n’Roll), w których forma odlewnicza obraca się wokół swojej osi wewnątrz komory grzejnej, wykonującej jednocześnie ruch wahadłowy. W nowszej wersji maszyn kołyskowych przeznaczonych do mniejszych odlewów komora grzejna nie występuje, a ogrzewana przy pomocy palników forma odlewnicza osadzona jest na poruszającym się wahadłowo łożu.