原油是塑料制造所用原材料的主要来源。不过，也有一些是从煤炭和天然气等其他碳氢化合物中提取的。由于人们日益关注塑料污染对环境造成的负担，以及碳氢化合物来源日益减少所带来的压力，淀粉和纤维素等可再生塑料来源作为可行的替代品正受到越来越多的关注。一些可再生来源的塑料可进行生物降解，因此对环境友好。
来自可再生资源的塑料一般称为生物塑料，而来自碳氢化合物的塑料则称为合成塑料。塑料的原始形态几乎对任何人都没有用处。然而，通过各种塑料制造工艺，原材料被转化成树脂或颗粒，这种形式对塑料制造行业非常有用。
基本塑料制造工艺快速概览
原油是制造合成塑料的原料，它是通过钻机从地下储油层获取的。在钻头的帮助下，这些巨型钻机在地下钻出数千米深的孔，钻头在岩层中切割。原油开采出来后，要经过以下工序才能从中提取塑料：
精炼利用加热和蒸馏将原油分离成不同的成分。
石脑油是分馏过程中回收的成分之一，是塑料生产的基础。
石脑油经过进一步加工，分解成更小的分子，称为单体（如丙烯和乙烯）。
单体链通过键合形成聚合物，即分子量更高的碳氢化合物。这是通过加成聚合或缩合聚合实现的。
聚合产生的产品与添加剂或其他化合物混合，以达到所需的性能。
经过加工的聚合物现在可以成型为塑料产品或产品部件。
塑料制造中的常见添加剂及其功能
生产塑料时加入的添加剂可以提高保质期、强度和柔韧性。以下是塑料制造中常用的添加剂及其功能。
增塑剂： 增加柔软度和弹性，使塑料更容易成型，如邻苯二甲酸盐。
热稳定剂 使塑料在高温下不易降解或变色，如有机锡化合物和金属皂。
阻燃剂： 无卤阻燃剂（如磷基化合物）可降低易燃性，同时符合 RoHS 标准。
抗氧化剂： 为延长塑料的保质期而添加，保护塑料不因紫外线和热暴露而降解，如酚类。
润滑剂： 改善成型过程中的流动性并降低摩擦，如硅油和矿物油。
颜色 使塑料更具吸引力，还能增强紫外线防护，如二氧化钛 (TiO2)。
抗静电剂： 防止静电积聚，因为静电积聚会导致火灾危险或吸附灰尘。常见的例子有季铵盐和甘油酯。
将加工好的塑料颗粒或塑料块转化为日常产品的最常用方法是注塑成型（用于复杂形状）、吹塑成型（用于塑料瓶等中空形状）和挤出成型（用于纤维或薄膜）。在将塑料转化为有用产品的过程中，制造商仍然面临着各种挑战。其中一些挑战可能是由塑料质量或制造工艺造成的。大多数挑战正在被技术所克服。
颠覆传统塑料制造的三大技术引擎
从未用过的材料数量来看，传统的塑料制造方法大多会造成浪费。此外，这些方法通常都是劳动密集型的，而且会延长生产周期。对制造商造成的长期影响包括能源费用增加、劳动力成本上升，有时甚至无法满足需求。这些不足会使制造商面临被更有实力的竞争对手取代的风险。
值得庆幸的是，过去几十年来，塑料制造业发生了很大变化。新技术不断涌现，帮助制造商克服了迄今为止困扰该行业的一些挑战。虽然它们为行业中的一些紧迫问题提供了解决方案，但也带来了一系列新的挑战。对于规模较小的公司来说，这些障碍可能足以阻碍它们采用这些新技术。
例如，塑料制造业在模具制造和原材料采购方面已经是资本密集型产业。大多数新技术的成本也不低，这可能会使预算紧张的公司望尘莫及。即使公司能够获得技术，也需要对员工进行如何使用新技术的培训。在某些情况下，新技术意味着要重新装备整个工厂。
尽管在塑料生产中采用最新的技术和工艺会产生财务影响，但随着时间的推移，他们会以增加产量和缩短生产周期的形式来支付成本。以下是推动塑料生产行业提高效率的最新技术。
引擎 1：智能注塑 - 人工智能如何将良品率提高到 99.5%
1872 年，John 和 Isaiah Hyatt 发明了注塑成型机，标志着塑料零件大规模制造的开始。自研发以来，注塑机经历了数次迭代，不断改进。最近，人工智能与智能注塑机的结合，将塑料制造业从依赖人力的被动系统转变为数据驱动的主动系统。
智能注塑机配有传感器，可利用人工智能优化产量，最高可达 99.5%。智能注塑系统可优化温度、压力、冷却时间和材料流动等生产参数。换句话说，人工智能系统通过在最佳参数下运行，提高了机器的整体效率，降低了生产损失。
除了提高产量，智能注塑机还利用人工智能实现预测功能。安装在塑料制造机器上的传感器可以在潜在问题升级并导致生产流程停顿之前检测到它们。对潜在问题的早期检测有助于机器操作员进行预测性维护，从而大大减少停机时间。
在产品规模方面，每个制造商都明白向客户提供一致的高质量部件或产品的重要性。 人工智能系统分析实时传感器数据，预测可能导致缺陷的工艺参数偏差，通常与机器视觉集成，进行物理缺陷检测。
智能系统利用数据分析来预测成型零件或产品可能出现的问题。在这些数据的支持下，制造商可以主动调整工艺，防止缺陷的发生。由此也可避免材料和能源浪费。下表显示了人工智能干预注塑成型有助于优化产量的关键领域。
注塑成型中的人工智能优化参数及其实现方法
通过人工智能优化塑料制造参数如何实现注塑机效率传感器提供的实时数据有助于确定最佳温度、压力、冷却时间和流量，以获得最佳产量。停产时间识别潜在的机器问题，以便操作员在机器发生全面故障前进行处理。产品质量检测产品中可能影响其性能或寿命的细微问题，从而提高产出质量的一致性。运营成本通过优化生产参数，人工智能系统可降低能源成本、维护成本和材料浪费。生产自动化塑料制造业可以借助人工智能优化注塑成型系统，从而大幅降低劳动力成本。
人工智能驱动系统的美妙之处在于，随着时间的推移，它们会产生更多的训练数据，从而变得更好。因此，最初的优势只会随着时间的推移而变得更好，从而带来更可持续的塑料制造实践和更少的环境足迹。
引擎 2：可持续材料
塑料制造的最大挑战之一是材料问题。塑料的碳氢化合物来源不可再生。由于地质压力对有机物的作用，碳氢化合物的形成需要数百万年的时间。随着燃料对碳氢化合物的需求不断增加，世界上的碳氢化合物储量有可能枯竭。因此，有必要从更可持续的材料（如植物产品）中获取塑料。
生物塑料制造：原材料和工艺
制造生物塑料的原材料包括玉米淀粉、木薯、甘蔗、海藻或植物油。这些食物的共同点是含有丰富的糖分和淀粉，经过加工可以得到单体，这些单体将构成塑料的组成部分。例如，制造商首先将玉米淀粉转化为乳酸，然后将乳酸聚合成聚乳酸（PLA）或聚羟基烷酸（PHA）。
聚合过程可以说是生物塑料生产中最关键的一步，因为它决定了塑料的特性。如果最终产品是可生物降解的，那么在聚合过程中就要考虑到这一点。通过一种称为混合的工艺，可以进一步完善生物塑料的性能。这包括将添加剂与生物基聚合物混合。
重点也正在转向消费后树脂（PCR）和塑料再生料，它们是塑料制造中更具可持续性的材料来源。这一转变也将有助于降低从天然资源中获取塑料的压力，并减轻塑料对环境造成的负担。
PCR 用于消费品，如消费品包装材料和瓶子，而再研磨料则是塑料生产过程中产生的废料或下脚料，收集起来研磨成颗粒后再利用。必须对 PCR 进行分拣和分类，以避免将污染物引入新产品。污染物可能会影响成品的性能、效率或寿命。
引擎 3：混合制造--3D 打印
迄今为止，3D 打印是塑料制造领域最先进的技术。这项新技术使制造商能够直接从设计软件中创建复杂的部件或产品。这项技术对于原型设计或设计不断变化的情况尤为有效。
目前有不同类型的 3D 打印技术。不过，最常见的是熔融长丝制造（FFF），因其精度高、成本低而备受青睐。它使用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）等热塑性长丝，因其耐热性、耐用性和强度而闻名。
材料经加热后通过 3D 打印机的机头挤出。打印过程是将挤出的材料逐层堆叠，形成所附计算机软件中设计的产品。通过 3D 打印制造塑料的步骤如下：
建模
通过 3D 打印制造塑料产品的第一步是使用 3D 建模软件（如 CAD）创建产品或部件的模型。或者，您也可以在专门的在线资料库中找到所需的模型并下载。
切片
专门的切片软件（如 ideaMaker）用于对模型进行切片。这一过程会创建一个 G 代码（指令列表），指示打印机构建模型的最佳运动路径。请务必确保您的软件与打印机兼容。
印刷
切片文件上传到打印机。然后对打印机进行校准，以提高精度。有些打印机有透明面板或应用程序，您可以通过它们监控打印进度。
后期处理
打印完成后，从打印机中取出产品或部件。如果模型上有支撑物，则将其取下。其他后处理要求可能包括抛光、打磨、组装或着色，以使产品具有光泽，为投放市场做好准备。
技术如何解决真正的痛点
对塑料制造的技术干预不仅限于材料和工艺优化，还包括精加工和品牌塑造。例如，在制造塑料零件后，制造商可能会在组装过程中面临挑战，尤其是当零件需要粘合在一起时。传统方法往往会在部件连接处留下疤痕，从而降低产品的吸引力。
当工程师使用优化的能量导向器时，超声波频率可在接合界面产生局部热量，从而有效地粘合材料，并将可见痕迹降至最低。
激光雕刻工具还改变了塑料产品的品牌塑造方式。以前，制造商在贴纸上制作标签，然后粘在塑料制品的主体上。另外，他们也会直接在产品上绘制商标。然而，这些贴纸或油漆很容易剥落，这就达不到制造商的宣传目的。而且，造假者有时会故意撕掉标签，换上自己的标签。
利用激光雕刻工具，制造商可以在产品的主体上精确地雕刻出自己的标识或标签，保证在产品的整个生命周期内都能保持原样。塑料制造技术将继续发展，采用这些技术的制造商将在生产效率和消费者满意度方面胜人一筹。