Divize Performance Materials společnosti BASF ve spolupráci se společnostmi Sumitomo (SHI) Demag a H + S Automatisierung vytvořila spojením svých inženýrských kompetencí a technologických zdrojů inovativní výrobní buňku pro výrobu široké škály různých zkušebních vzorků pro vývoj produktů a výzkum termoplastických polymerů a směsí.
Hlavní roli v buňce hraje ultrapřesný vstřikovací stroj IntElect 1000 kN společnosti Sumitomo (SHI) Demag. Tým 30 výzkumných pracovníků v tomto zařízení byl vybrán pro jeho kompaktní konstrukci, energetickou účinnost a opakovatelnost a uvítal také zvýšené sociální a bezpečnostní funkce stroje IntElect. Mezi ně patří progresivní řešení automatizace výměny forem a nízké emise hluku v kombinaci s plně digitalizovanými robotickými řešeními zpracování.
Pro bezpečnost a efektivitu práce slouží lineární robot SDR 5-35S ke dvěma účelům. Novinkou je plná automatizace výběru a umístění jedné z 12 vyměnitelných vložek do formy ze zásobníku umístěného uvnitř buňky. Po vytvarování dílu stejný robot vybavený multifunkčním chapadlem šetrně vyjme zkušební vzorek z formy a předá jej malému robotu Yaskawa GP8 se šestiosým kloubovým ramenem k přesnému vyříznutí vzorku z brány pomocí děrovacího stroje se servovřetenem.
Součástí instalace, která integruje stávající koncepci vložek do forem a speciální funkce společnosti BASF do vstřikovací jednotky, je také stávající jednotka tepelné regulace teploty a nový digitální systém MES (Manufacturing Execution System) pro mapování každé zkušební sekvence. Reinhard Jakobi, vedoucí oddělení zpracování výkonných materiálů ve společnosti BASF, popisuje projekt jako úspěch vyspělého inženýrství kombinujícího vyspělou technologii s nejmodernější automatizací a přesností vstřikování. Za realizaci takto průkopnického projektu vděčí nasazení, flexibilitě a přístupu celého týmu orientovanému na řešení.
Angelika Homesová, vedoucí projektová inženýrka společnosti BASF, rozšiřuje: "Přestože máme rozsáhlé zkušenosti se spoluprací s týmem společnosti Sumitomo (SHI) Demag při výrobě standardních zkušebních dílů, všichni partneři měli od počátku odvahu odchýlit se od předchozích koncepcí a prorazit na novou půdu. Navzdory složitosti projektu dodaly společnosti Sumitomo (SHI) Demag a H + S inovativní design výrobní buňky při mnohem menší energetické a prostorové náročnosti."
Příliš horké na to, aby se to dalo zvládnout
Mnoho vzorků zpracovávaných v technickém centru společnosti BASF jsou vysokoteplotní termoplasty, vyztužené vlákny a často nehořlavé. V důsledku toho mohou teploty taveniny dosahovat až 400 °C, přičemž teploty ve formě dosahují až 180 °C.
Do bočního zásobníku lze kdykoli vložit až 12 vyměnitelných vložek, které se pak automaticky vymění do vstřikovacího stroje. Díky integraci systému řízení teploty HB-Therm s řízením stroje společnosti Sumitomo (SHI) Demag lze automatizovanou výměnu vložek ve formě provádět bezpečně a efektivně, a to i při vysokých teplotách formy.
Vedoucí inženýr automatizačních systémů ve společnosti Sumitomo (SHI) Demag Markus Hausmann vysvětluje: "Aby bylo možné snížit teplotu na 80 °C a snížit tlak ve vložce a zaručit, že robot SDR může vložku formy bezpečně vyjmout, musí naše řízení stroje komunikovat a hladce spolupracovat s MES společnosti BASF.
Systém MES společnosti BASF informuje buňku, když se aktuální nastavení vyráběného vzorku chýlí ke konci, a zařadí tak další aplikaci formy. Ihned po zastavení vstřikovacího procesu je chlazení vložky formy řízeno integrovaným rozhraním teplotní řídicí jednotky.
Poté je výměna vložky formy synchronizována s řízením buňky prostřednictvím výstupních a vstupních signálů s přenosem nového záznamu dat formy přes rozhraní robota. Po výměně vložky formy se jednotky řízení teploty opět zahřívají. Jakmile je dosaženo cílové teploty, obnoví se automatický provoz a zahájí se nový záznam dat o formě.
Přesné děrování
Pro společnost BASF bylo vyřešení problému s děrováním jedním z největších technických úspěchů. Vzhledem k rozsáhlému profilu použití testuje společnost BASF širokou škálu materiálů - od měkkých a houževnatých až po tuhé a křehké polymery. Existuje také mnoho různých geometrií vzorků, včetně tlouštěk od 0,8 mm do 4 mm. Všechny zkušební vzorky společnosti BASF jsou vyráběny v souladu s normou ISO 294. Ta specifikuje přesnost vtokového systému a specifické požadavky, které musí každá geometrie vzorku splňovat. "Předpokladem je odebírání děrováním, protože nemění vlastnosti materiálu a eliminuje prachové částice," vysvětluje Markus Hausmann.
Multifunkční uchopovač zajišťuje, že všechny geometrie vzorků jsou na děrovací desku umístěny s přesností. To je samo o sobě složité vzhledem k tomu, že mnoho materiálů, s nimiž BASF pracuje, má vysoký obsah skleněných vláken, která mohou způsobovat deformace. Markus Hausmann popisuje, jak servopohonem poháněné paralelní děrovací chapadlo překonává problém bezpečného umístění dílů na děrovací desku: "Pokud by zkušební vzorky nebyly dostatečně dobře drženy na místě, mohly by být děrované vzorky křivé nebo by neodpovídaly stanoveným normám kvality."
Digitální integrace
Vzhledem k tomu, že se jedná o pilotní centrum, výzkumný tým společnosti BASF na tomto stroji obvykle nastavuje 20 zkušebních nastavení denně. To znamená, že řídicí program buňky musí být přizpůsoben různým materiálům, geometriím vzorků, teplotám a parametrům zpracování. Každé jednotlivé spuštěné nastavení je digitálně zaznamenáno a zdokumentováno.
Angelika Homesová komentuje: "V současné době se provádí několik testů: "Na rozdíl od našich dřívějších systémů MES tento zaznamenává každý jednotlivý aspekt zkoušky a její výsledky, což nám dává přehled o každém jednotlivém záběru. Tato data jsou nesmírně cenná, protože představují celou sekvenci zpracování a umožňují nám vyvodit hlubší závěry o tom, jak se materiály chovají za určitých podmínek a jak by je zákazník mohl později zpracovat."
Řešení výzev naší doby
Pilotní závod společnosti BASF na vstřikování & vytlačování v Ludwigshafenu již více než 80 let přispívá k technologickému pokroku a řeší nejnáročnější výzvy v oblasti chemického zpracování a zpracování plastů. Avšak stejně jako trendy jsou hnací silou inovačního procesu, automatizované procesy a poskytovaná data se stávají katalyzátorem urychlujícím pokrok v oblasti materiálů v reálném životě. Flexibilita strojů je rozhodující součástí tohoto úspěchu, vysvětluje Jakobi. "Tato nová buňka potvrzuje význam automatizace a digitalizace
při vývoji materiálů a simulacích a návrhu komponent."
Jak však společnost BASF odhalila, úspěch závisí také na tom, zda všichni partneři spojí svůj průmyslový a inženýrský um a budou sdílet své odborné znalosti v oblasti automatizace, zpracování a integrace. Spojením těchto znalostí vyvinuly společnosti BASF, Sumitomo (SHI) Demag a H + S Automatisierung systém, který posouvá výrobu zkušebních vzorků a materiálové experimenty na zcela novou úroveň.
"Vzhledem k tomu, že společnost BASF nadále zintenzivňuje své úsilí o vývoj udržitelných produktů a řešení pro průmysl, tato automatizovaná vstřikovací buňka se již nyní ukazuje jako nepostradatelná. Schopnost provádět každý rok více než 4 000 systematických zkušebních nastavení vysoce výkonných polymerů s komplexními recepturami a digitální sledování výsledků prostřednictvím systému MES urychluje toto inovační úsilí," uzavírá Markus Hausmann.