Sumitomo (SHI) Demag a BASF vyvíjejí novou výrobní buňku pro vysoce výkonné polymery

- Vstřikovací stroj IntElect 1000 kN od Sumitomo (SHI) Demag je používán v technickém centru BASF
- Inovativní výrobní buňka vyrábí široké spektrum různých zkušebních těles
- Plně automatizovaný vstřikovací stroj včetně robotického manipulátoru a sběru dat

Vývoj polymerů zítřka začíná porozuměním chemickým a mechanickým vlastnostem a chování materiálů při zpracování. V technickém centru pro vstřikování a extruzi v Ludwigshafenu vyrábí nová plně automatizovaná vstřikovací buňka od Sumitomo (SHI) Demag více než 4 000 různých zkušebních nastavení ročně.

Pro vývoj inovativní výrobní buňky spojily síly divize Performance Materials společnosti BASF a Sumitomo (SHI) Demag ve spolupráci s H+S Automatisierungstechnik, aby využily své inženýrské kompetence a technologické zdroje. Výrobní buňka produkuje široké spektrum různých zkušebních těles pro vývoj produktů a výzkum z termoplastických polymerů a kompozitů.

V centru této buňky stojí vysoce přesný, plně elektrický vstřikovací stroj IntElect od Sumitomo (SHI) Demag s uzávěrem 1000 kN. Kromě klíčových kritérií, jako je kompaktní konstrukce, energetická účinnost a opakovatelnost, si tým o 30 členech v technickém centru cení vylepšeného komfortu a bezpečnostního vybavení, včetně nízké hlučnosti, ale také pokročilých, plně digitalizovaných řešení pro automatickou výměnu nástrojů a řízení robotů.

Za optimální provozní bezpečnosti a efektivity plní lineární robot SDR 5-35S dvě úlohy. Za prvé, zajišťuje plně automatické umístění 12 různých výměnných vložek z magazínu do vstřikovacího stroje. Za druhé, stejný robot s multifunkčním uchopovačem vyjme zkušební těleso z nástroje a předá ho malému robotu s ramenem Yaskawa GP8 s 6 osami, který části ukládá na stolní frézce poháněné otáčivým stolem, jež odděluje přívodní kanál.

Existující koncept vložení nástroje a další speciální funkce vstřikovací jednotky byly integrovány do nové výrobní buňky. Rozšíření buňky zahrnovalo řízení temperačních zařízení a připojení k nově zavedenému systému řízení výroby MES. Pro Reinharda Jakobiho, vedoucího techniky zpracování v BASF, je inovativní strojírenství, které kombinuje vyspělou technologii s nejmodernější automatizací a přesností zpracování, základem úspěchu. Úspěch tohoto průkopnického projektu lze přičíst nasazení, flexibilitě a řešení orientovanému přístupu celého projektového týmu.

Angelika Homes, vedoucí projektová inženýrka v BASF, doplňuje: „Ačkoliv jsme mohli s týmem Sumitomo (SHI) Demag čerpat z rozsáhlých zkušeností s výrobou na standardních vstřikovacích strojích, všichni partneři od začátku projevili odvahu odchýlit se od stávajících konceptů a vstoupit do neznáma. Přestože je projekt složitý, Sumitomo (SHI) Demag a H+S dodaly inovativní návrh výrobní buňky, který se vyznačuje mnohem menším energetickým otiskem a výrazně menší potřebou prostoru ve srovnání s jinými buňkami.“

Výměna nástrojů: vždy horké téma

Mnohá zkušební tělesa, která jsou ve technickém centru BASF zpracovávána, jsou skleněná vlákny vyztužená, často také s požární ochranou, a jsou vyrobena z vysokoteplotních termoplastů. V důsledku toho dosahují teploty taveniny až 400 °C a teploty nástrojů až 180 °C.

Magazín nástrojů může být naplněn 12 výměnnými vložkami pomocí robota. Díky integraci temperačních zařízení HB-Therm do řízení strojů Sumitomo (SHI) Demag jsou výměny vložek do vstřikovacího stroje při vysokých teplotách nástrojů automatizované, bezpečné a efektivní.

Markus Hausmann, vedoucí inženýr automatizačních systémů ve společnosti Sumitomo (SHI) Demag, vysvětluje: „Abychom zajistili bezpečné vyjmutí nástroje robotem SDR, snížíme teplotu na 80 °C a snížíme tlak v nástroji. Naše řízení stroje musí bezproblémově komunikovat s MES BASF.“
MES BASF informuje buňku, kdy končí aktuální zkušební nastavení, a předává příkaz k dalšímu výměnu nástroje výrobní buňce. Ihned po výrobě posledního zkušebního tělesa je výměnná vložka chlazena řízeným temperačním zařízením.

Dalším krokem je synchronizace výměny vložky pomocí výstupních a vstupních signálů s řízením buňky a načtení nového datového souboru nástroje přes rozhraní robota. Po výměně vložky se temperační zařízení opět zahřívá. Automatický provoz pokračuje a jakmile je teplota nástroje dosažena, zahájí se výroba nového zkušebního nastavení.

Precizní dělení

Pro BASF představuje řešení náročných úkolů dělení vynikající inženýrský výkon v rámci celého projektu. Vzhledem k širokému spektru použití testuje BASF různé materiály – od měkkých a křehkých po tuhé a praskající polymery. Navíc existuje mnoho různých geometrií vzorků. Tloušťky stěn se pohybují od 0,5 mm do 4 mm. Mnohá zkušební tělesa BASF jsou vyráběna podle normy ISO 294, která stanoví požadavky na systém řezu a geometrii vzorků. „Řezání tvarových dílů pomocí stříhání je nezbytné, protože nemění vlastnosti materiálu a nevytváří prachové částice,“ vysvětluje Hausmann.

Multifunkční uchopovač zajišťuje, že všechny geometrie vzorků jsou s nejvyšší přesností ukládány na dělicí stůl. To není jednoduché, protože mnoho materiálů, s nimiž BASF pracuje, má vysoký podíl skleněných vláken, což může způsobit deformace vzorků. Při popisu, jak servoguidovaný dělicí uchopovač zvládá výzvu bezpečného ukládání dílů na dělicí desku, zdůrazňuje Hausmann: „Pokud nejsou vzorky dostatečně pevně upevněny, může dojít k jejich šikmému řezání a tím k nesplnění požadovaných kvalitativních standardů.“

Digitální integrace

Tým BASF každý den provádí řadu různých zkušebních nastavení na výrobní buňce. To znamená, že MES buňky nastavuje různé materiálové a procesní parametry, geometrie zkušebních dílů a teploty. Každý jednotlivý cyklus vstřikování je následně digitalizován a dokumentován.

Homes vysvětluje: „Nový systém spočívá v tom, že zaznamenává každý jednotlivý cyklus a řadu dat, což nám umožňuje hlubší pohled.“ Tato data jsou nesmírně cenná, protože reprezentují celý průběh zpracování a umožňují nám čerpat hluboké závěry o chování materiálu za určitých podmínek a o tom, jak jej může zákazník později zpracovávat.“

Řešení pro výzvy naší doby

Více než 80 let přispívá technické centrum zpracování v Ludwigshafenu k technickému pokroku a v této době významně přispělo k řešení výzev v oblasti vývoje a zpracování plastů. Stejně jako inovace jsou poháněny trendy, vyvíjejí se automatizované procesy a poskytovaná data k tomu, aby se urychlil praktický vývoj materiálů. Flexibilita strojů je klíčovým faktorem úspěchu, vysvětluje Jakobi. „Tato nová buňka potvrzuje význam automatizace a digitalizace v oblasti vývoje materiálů, stejně jako simulace a návrhu dílů.“

Jak však BASF zjistil, úspěch závisí také na tom, že všichni partneři sdílejí své průmyslové a inženýrské know-how a své odbornosti v oblastech automatizace, zpracování a integrace. Sdílením těchto znalostí vyvinuli BASF, Sumitomo (SHI) Demag a H+S Automatisierung systém, který posouvá výrobu zkušebních těles a vývoj materiálů na zcela novou úroveň.

„Pro úsilí BASF o vývoj udržitelných produktů a řešení pro průmysl je taková automatizovaná vstřikovací buňka nezbytná. Její kapacita umožňuje ročně provést více než 4 000 různých zkušebních nastavení pro vysoce výkonné polymery s komplexními formulacemi a výsledky sledovat digitálně pomocí systému MES, což urychluje tyto inovační snahy,“ uzavírá Hausmann.