Sistema de dosificación multifuncional que ayuda a unir fibras naturales y plásticos

Unidad de dosificación y mezcla sincrónica gravimétrica de la serie Graviplus con cuatro módulos de dosificación Labline; un módulo de dosificación puede llenarse automáticamente con un equipo de transporte Metro, mientras que los otros tres deben llenarse manualmente. (Imagen: motan-colortronic)

El sistema de dosificación modular se puede adaptar rápidamente y fácilmente a diferentes tareas de dosificación, sin mucho esfuerzo, mediante módulos de dosificación para gránulos, microgránulos, polvo y material triturado, así como para líquidos. (Imagen: Motan-Colortronic) / El sistema de dosificación modular viene con cuatro módulos de dosificación diferentes y puede adaptarse rápidamente y fácilmente para alimentar gránulos, microgránulos, polvo, material triturado y líquidos, y diversas tareas de dosificación. (Imagen: motan-colortronic)

El sistema de dosificación se controla mediante la unidad de control Gravinet GP, que se opera a través de un menú mostrado en una pantalla táctil TFT de 12,1". (Imagen: motan-colortronic)

Para el desarrollo de procedimientos y materiales innovadores respetuosos con el clima y los recursos para la fabricación de vehículos, la construcción en madera y muebles, así como muchas otras aplicaciones, en la Hochschule Rosenheim se ha instalado un sistema único a nivel nacional con carácter piloto. El objetivo del proyecto de inversión es combinar las ventajas de las fibras de madera o naturales con las de los plásticos, para desarrollar productos innovadores tecnológicamente a partir de composites de fibras naturales y plástico, así como tecnologías de fabricación adecuadas para ello.

„MUNACU“ – una cooperación de investigación interfacultativa

El impulso inicial para el proyecto de cooperación interfacultativa „MUNACU – Composites multifuncionales de fibras naturales y plástico“ fue un anuncio del Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF). Según esto, el BMBF apoya a las universidades de ciencias aplicadas en el marco de la convocatoria de financiación „FHInvest“, que desean ampliar su perfil de investigación o un foco de investigación mediante proyectos de inversión para la adquisición y aplicación de equipos de investigación.

„Nuestra idea inicial era vincular el procesamiento clásico de la madera con la conocida y eficiente „técnica de una sola pasada“ del moldeo por inyección“, explica Peter Karlinger, profesor en la Hochschule Rosenheim, quien describe el desarrollo del proyecto. Karlinger supervisa, entre otros, el área de moldeo por inyección y realiza investigaciones en técnicas de proceso en el moldeo por inyección, construcción ligera y tecnología de salas limpias. Junto con sus colegas Dr.-Ing. Michael Schemme, cuyo campo de especialización son los materiales compuestos de fibras, y Dr. Andreas Michanickl de la facultad de tecnología de la madera y construcción, diseñó el proyecto „Construcción ligera multifuncional con materias primas naturales o materiales de origen natural, especialmente con fibras renovables.“

Configuración integral de la planta

En la configuración de la planta, los investigadores siguieron un concepto integral que también corresponde al tema principal „Del recurso a la fibra, hasta la pieza“. La planta piloto, que es bastante compleja, consta de varios componentes en diferentes áreas:

- Planta de refinado en el laboratorio de tecnología de materiales de madera para la producción de fibras definidas a partir de materias primas naturales
- Mezclador de compuestos por inyección DCIM en el centro de procesamiento de plásticos
- Estación de dosificación y mezcla gravimétrica sincronizada con cuatro módulos de dosificación para alimentar el mezclador
- Unidad de cierre vertical que también puede usarse como prensa de preformado
- Accesorio de moldeo por inyección adicional (conjunto de accesorios Bolt-On)
- Mezclador de compuestos por inyección IMC con dosificación gravimétrica continua
- Robot de 6 ejes, herramientas de prueba y dispositivos de inspección

Preparación y procesamiento de materiales con tecnología DCIM

En el moldeo por inyección de compuestos mediante inyección directa (DCIM), la preparación de las materias primas y la formación posterior se realizan en un solo paso de fabricación.

Para ello, un extrusor de compuestos con husillo único trabaja continuamente en conjunto con una unidad estándar de plastificación e inyección. En la punta del extrusor hay una válvula de cambio que regula el suministro de material a la unidad de plastificación e inyección. No es necesario un depósito de fusión aquí; además, el proceso de moldeo por inyección en sí no cambia.

El procesamiento directo en una cámara caliente ofrece ventajas tanto técnicas como económicas. Entre ellas, una mejor calidad del material debido a la menor carga térmica y mecánica (menor esfuerzo de cizalladura) sobre el material. También se pueden incorporar fibras más largas y distribuirlas de manera homogénea y suave, lo cual es importante en el procesamiento de fibras naturales. La eliminación de la etapa adicional de semiacabado también reduce costos y consumo de energía. La tecnología DCIM es un desarrollo conjunto de KraussMaffei, Motan-Colortronic y el desarrollador de compuestos Exipnos.

Dosificación en línea de 4 fases – Precisión en la dosificación de componentes

El suministro de material al extrusor de compuestos se realiza con una unidad de dosificación y mezcla gravimétrica sincronizada de la serie Graviplus de Motan-Colortronic, Friedrichsdorf. El sistema de dosificación está equipado con cuatro módulos de dosificación Labline. Mientras un módulo de dosificación con un sistema de transporte Metro puede llenarse automáticamente, los otros tres deben llenarse manualmente. Para el equipo básico, se eligieron tornillos de dosificación para diferentes propiedades de gránulos (libres, moderados y de flujo difícil). Un equipo de dosificación está equipado con un módulo de doble tornillo.

El sistema de dosificación modular puede adaptarse rápidamente y sin mucho esfuerzo a diferentes tareas de dosificación, por lo que es ideal para las actividades de investigación planificadas. Opcionalmente, hay disponibles diferentes módulos de dosificación para granulados, microgranulados, polvos y materiales triturados, así como para líquidos. Para materiales de difícil flujo o que no fluyen, el "kit de dosificación" incluye módulos con doble tornillo y tornillos sinfín.

El Graviplus funciona según el principio de peso diferencial, también conocido como "principio de peso suelto". En comparación con un sistema de dosificación por lotes, la técnica de peso suelto ofrece una precisión mucho mayor, como demostraron pruebas de dosificación en un proyecto anterior. Este aspecto es especialmente importante para materiales difíciles de dosificar. Además, al dosificar directamente en el extrusor de compuestos, se evita la separación de fases. Además de la precisión de dosificación necesaria, esto fue otra razón para optar por una dosificación gravimétrica continua.

En funcionamiento, el sistema de control compara el rendimiento real con el rendimiento objetivo almacenado, detectando inmediatamente cualquier desviación. Las desviaciones se compensan ajustando la velocidad de los órganos de dosificación. La salida del material es continua y sincronizada hacia los recipientes de recogida. Desde allí, la mezcla homogénea resultante pasa a la entrada del extrusor de compuestos. No se prevén separaciones de fases con este método.

Debido a que el flujo de material se supervisa y regula continuamente en función del peso, las fluctuaciones en el peso de la tolva, cambios en el tamaño de partícula o comportamiento variable del flujo en la dosificación diferencial tienen prácticamente ningún efecto en la precisión de la dosificación. Este aspecto también es importante en las próximas investigaciones en Rosenheim, ya que la dosificación y transporte de fibras naturales se considera un gran desafío.

El sistema de dosificación se controla mediante la unidad Gravinet GP, que se opera mediante un menú en una pantalla táctil TFT de 12,1". La unidad muestra mensajes y alarmas en texto claro.

„Además de la alta precisión de dosificación y la reproducibilidad de los resultados, la facilidad de manejo del sistema fue una exigencia clara. Con unos pocos movimientos, podemos variar la configuración de la prueba y cambiar materiales“, explica Karlinger adicionalmente.

Áreas de investigación planificadas

Con la tecnología de planta ahora disponible, los expertos en madera y plásticos tienen un amplio espectro para realizar investigaciones en materiales y procesos. El enfoque principal está en la investigación y desarrollo de nuevos materiales y procesos de construcción ligera para fabricar componentes con fibras naturales de manera eficiente en recursos, económica y versátil. En combinación con el mezclador de compuestos por inyección IMC, que también está equipado con un sistema de dosificación gravimétrica continua de Motan-Colortronic, se planean estudios comparativos entre DCIM y el extrusor de doble tornillo convencional en línea con la misma tecnología de dosificación gravimétrica continua.