Sumitomo (SHI) Demag y BASF desarrollan una nueva célula de fabricación para polímeros de alto rendimiento

- Máquina de inyección IntElect de 1000 kN de Sumitomo (SHI) Demag se utiliza en el centro de pruebas de BASF
- La célula de producción innovadora fabrica una amplia gama de cuerpos de prueba diferentes
- Sistema de inyección totalmente automático con manejo robotizado y recopilación de datos

El desarrollo de los polímeros del mañana comienza con la comprensión de las propiedades químicas y mecánicas, así como del comportamiento durante el procesamiento de los materiales. En el centro de pruebas de moldeo por inyección y extrusión de BASF en Ludwigshafen, una nueva célula de inyección totalmente automatizada de Sumitomo (SHI) Demag produce más de 4.000 configuraciones de prueba diferentes al año.

Para el desarrollo de la célula de producción innovadora, el área de negocio Performance Materials de BASF y Sumitomo (SHI) Demag, en colaboración con H+S Automatisierungstechnik, han unido sus competencias de ingeniería y recursos tecnológicos. La célula de producción fabrica una amplia gama de cuerpos de prueba diferentes para desarrollo de productos e investigación, hechos de polímeros termoplásticos y compuestos.

En el centro de la célula se encuentra una máquina de inyección IntElect de alta precisión y totalmente eléctrica de Sumitomo (SHI) Demag con una fuerza de cierre de 1000 kN. Además de criterios importantes como un diseño compacto, eficiencia energética y precisión en la repetibilidad, el equipo de 30 personas en el centro de pruebas valora la mejora en el confort y la seguridad, incluyendo el bajo nivel de ruido, así como soluciones avanzadas y totalmente digitalizadas para el cambio automático de herramientas y el control del robot.

Con una seguridad operativa y eficiencia óptimas, el robot lineal SDR 5-35S realiza dos tareas. Por un lado, asegura la colocación automática de 12 insertos intercambiables diferentes desde un almacén en la máquina de inyección. Por otro lado, el mismo robot con su pinza multifuncional extrae el cuerpo de prueba del molde y lo entrega a un pequeño robot de brazo articulado Yaskawa GP8 de 6 ejes, que coloca las piezas en una prensa giratoria accionada por husillo, que separa el canal de alimentación.

El concepto de inserción de herramientas existente y la unidad de inyección con funciones especiales se integraron en la nueva célula de producción. La célula se amplió mediante la integración del control de los dispositivos de termorregulación y la conexión al nuevo Sistema de Ejecución de Fabricación (MES). Para Reinhard Jakobi, jefe de Procesamiento en BASF, la ingeniería de máquinas innovadora, que combina tecnología avanzada con automatización de vanguardia y precisión en el procesamiento, es la base del éxito. El logro de este proyecto pionero se atribuye al compromiso, la flexibilidad y el enfoque orientado a soluciones de todo el equipo del proyecto.

Angelika Homes, ingeniera de proyectos principal en BASF, añade: “Aunque contamos con la experiencia del equipo de Sumitomo (SHI) Demag en la colaboración en la producción con máquinas de moldeo por inyección estándar, todos los socios demostraron desde el principio el valor de desviarse de los conceptos existentes y explorar nuevos caminos. A pesar de la complejidad del proyecto, Sumitomo (SHI) Demag y H+S entregaron un diseño innovador de la célula de producción, que se caracteriza por una huella energética mucho menor y un menor espacio requerido en comparación con otras células.”

Cambio de herramienta: siempre un tema candente

Muchas de las piezas de prueba procesadas en el centro de pruebas de BASF son termoplásticos de alta temperatura reforzados con fibra de vidrio, a menudo con protección contra llamas. Como resultado, alcanzan temperaturas de fusión de hasta 400°C y temperaturas de herramienta de hasta 180°C.

El almacén de herramientas puede ser cargado con 12 insertos intercambiables mediante el robot. Gracias a la integración de los dispositivos de termorregulación HB-Therm en el control de la máquina de Sumitomo (SHI) Demag, los cambios de los insertos en la máquina de inyección, incluso a altas temperaturas de herramienta, se realizan de forma automática, segura y eficiente.

Markus Hausmann, ingeniero jefe de sistemas de automatización en Sumitomo (SHI) Demag, explica: “Para garantizar una extracción segura de las herramientas por parte del robot SDR, se reduce la temperatura a 80°C y se disminuye la presión en la herramienta en uso. Para ello, nuestro control de máquina debe comunicarse de forma fluida con el MES de BASF.”
El MES de BASF notifica a la célula cuándo se acerca el final de la configuración de prueba actual y transmite la orden para el próximo cambio de herramienta a la célula de producción. Inmediatamente después de la producción del último cuerpo de prueba, el inserto de cambio se regula mediante el dispositivo de termorregulación integrado y se enfría.

Luego, el cambio de inserto se sincroniza con la controladora de la célula mediante señales de entrada y salida, y el nuevo conjunto de datos de la herramienta se transfiere a través de la interfaz del robot. Tras el cambio, los dispositivos de termorregulación vuelven a calentarse. La operación automática continúa y, una vez que la temperatura de la herramienta alcanza el valor deseado, se inicia la producción de una nueva configuración de prueba.

Estampado con precisión

Para BASF, la solución a los desafíos de estampado para tareas exigentes representa un logro destacado de ingeniería en todo el proyecto. Debido a su amplio rango de aplicaciones, BASF prueba una variedad de materiales, desde polímeros suaves y frágiles hasta rígidos y quebradizos. Además, existen muchas geometrías diferentes de muestras. Los espesores de pared varían entre 0,5 mm y 4 mm. Muchas de las piezas de prueba de BASF se producen según la norma ISO 294, que define los requisitos para el sistema de sujeción y la geometría de las muestras. “La separación de las piezas mediante estampado es fundamental, ya que no altera las propiedades del material y no genera partículas de polvo”, explica Hausmann.

El pinza multifuncional asegura que todas las geometrías de las muestras se coloquen con la máxima precisión en la mesa de estampado. Esto no es sencillo, ya que muchos de los materiales con los que trabaja BASF contienen un alto porcentaje de fibra de vidrio, lo que puede causar deformaciones en las muestras. Al describir cómo el pinza de estampado controlada por servomotor enfrenta el desafío de colocar las piezas de forma segura en la placa de estampado, Hausmann destaca: “Si las muestras no se fijan adecuadamente, pueden ser estampadas de forma torcida y no cumplir con los estándares de calidad especificados.”

Integración digital

El equipo de BASF realiza a diario una variedad de configuraciones de prueba en la célula de producción. Esto significa que el MES de la célula proporciona diferentes parámetros de material y proceso, geometrías de las piezas de prueba y temperaturas. Cada ciclo de moldeo por inyección se registra y documenta digitalmente.

Homes explica: “Lo que distingue al nuevo sistema es que registra cada ciclo individual y una gran cantidad de datos, lo que nos permite obtener conocimientos profundos.” Estos datos son sumamente valiosos, ya que representan todo el proceso de trabajo y nos permiten hacer inferencias detalladas sobre cómo se comporta el material bajo ciertas condiciones y cómo puede ser procesado posteriormente por un cliente.”

Soluciones para los desafíos de nuestro tiempo

Durante más de 80 años, el centro de procesamiento en Ludwigshafen ha contribuido al avance tecnológico y ha realizado importantes aportaciones para resolver los desafíos en el desarrollo y procesamiento de plásticos. Sin embargo, al igual que las innovaciones impulsadas por tendencias, los procesos automatizados y los datos proporcionados se convierten en catalizadores para acelerar el desarrollo práctico de materiales. La flexibilidad de las máquinas es un factor clave para este éxito, explica Jakobi. “Esta nueva célula confirma la importancia de la automatización y la digitalización en el desarrollo de materiales, así como en la simulación y diseño de componentes.”

Pero, como ha reconocido BASF, el éxito también depende de que todos los socios compartan su conocimiento industrial y de ingeniería, y que intercambien su experiencia en automatización, procesamiento e integración. Al juntar este conocimiento, BASF, Sumitomo (SHI) Demag y H+S Automatisierung han desarrollado un sistema que lleva la fabricación de cuerpos de prueba y el desarrollo de materiales a un nivel completamente nuevo.

“Para los esfuerzos de BASF en desarrollar productos y soluciones sostenibles para la industria, una célula de inyección automatizada de este tipo es imprescindible. Su capacidad para realizar más de 4.000 configuraciones de prueba diferentes al año para polímeros de alto rendimiento con formulaciones complejas y seguir los resultados digitalmente mediante el sistema MES acelera estos esfuerzos de innovación”, concluye Hausmann.