Avec une combinaison IML/IMD pour l'écran multitouch – Sans zone de compression avec un système de plastification SL pour une précision accrue

Cellule de production compacte avec une Systec 210 combinant la technologie IML et IMD. Un écran multitouch capable est fabriqué ici en une seule étape.

Sur le côté de l'outil de fermeture, le cadre du grand écran de 5'' est décoré à l'aide de l'unité IMD directement lors de l'injection.

Pièces de boîtier pour smartphone en mélange ABS/PC, fabriquées sur une SE 180 EV entièrement électrique, équipée du système de plastification innovant SL. Le système fonctionne avec une vis de plastification entièrement chauffée sans zone de compression (vis) ; l'alimentation en matériau est assurée par une vis de dosage en amont (GS Loader).

Produits fabriqués avec la précision entièrement électrique de l'IntElect : coque de clé intelligente (à gauche) avec des composants en mélange PC/ABS, fabriqués dans un moule familial à six cavités sur une IntElect 100, et composants pour une « Braunüle » (à droite), fabriqués en MABS et dans des conditions de salle blanche sur une IntElect 50.

Grâce à des technologies innovantes et des processus de production, mis en œuvre dans des cellules d'injection complexes et entièrement automatisées, ainsi qu'avec des machines d'injection de haute précision, dynamiques et écoénergétiques, Sumitomo propose des solutions à forte valeur ajoutée pour une grande variété d'applications industrielles.

Pour la première fois, lors du salon K à Düsseldorf, une cellule de production IML/IMD entièrement automatisée a été présentée, dans laquelle un grand écran multitouch de 5 pouces est créé en une seule étape d'injection. Également pour la première fois en Europe, le système de plastification SL, qui fonctionne sans zone de compression traditionnelle, a été présenté, offrant ainsi des avantages par rapport aux systèmes de plastification conventionnels. L'entreprise a également présenté la gamme de performances de l’IntElect entièrement électrique, illustrée par différentes applications.

Cellule d'injection pour écran multitouch – IML pour la fonction, IMD pour la décoration

La fabrication d’un écran multitouch de 5 pouces – soit la taille d’un smartphone moderne – par injection sur une Systec 210 (force de fermeture de 2 100 kN) témoigne de la compétence de l'entreprise dans la réalisation de cellules d'injection complexes, entièrement automatisées, pour une production en série efficace et sûre de produits innovants. Lors de la production en série présentée sur le stand K, des films fonctionnels spécialement développés par PolyIC GmbH & Co. KG, une société du groupe Kurz, ont été surmoulés dans le cadre d’un procédé d’étiquetage in-mold (IML) avec du PMMA. Le cadre étroit également injecté est décoré simultanément par Inmold-Decoration (IMD) dans une finition laquée noire piano. Tous les processus, depuis l’insertion du film IML dans la cavité de l’outil jusqu’à la dernière étape de finition nécessaire pour l’assemblage de l’écran, se déroulent dans la cellule de production sous atmosphère de salle blanche (classe ISO 7).

Les films IML conducteurs, optimisés pour l’injection par PolyIC (appelés films PolyTC), sont des films à base de PET recouverts de fines structures conductrices métalliques. Ils peuvent remplacer de nombreux films utilisés aujourd’hui pour les écrans tactiles, principalement en oxyde d’indium-étain (ITO). Les alternatives à l’ITO sont non seulement technologiquement très intéressantes, mais aussi économiquement, car l’indium est un métal rare dont le prix augmente avec la demande croissante. De plus, le laminage coûteux des films sur le support est évité. Déjà aujourd’hui, il apparaît que la technologie des écrans tactiles sera de plus en plus utilisée à l’avenir, pas seulement dans la communication. Les champs d’application sont variés, allant de l’automobile à l’électronique grand public, jusqu’aux appareils électroménagers, avec des fonctions de commande spécifiques à chaque tâche.

Même avec leur disposition personnalisable, les films PolyTC de PolyIC peuvent être produits de manière économique en série. Par ailleurs, ces films fonctionnels peuvent également servir de labels individuels traités par procédé IML. Ainsi, la fonctionnalité du capteur tactile peut être appliquée directement en série sur les pièces lors de l’injection, de manière économique.

Vue d’ensemble de la cellule de production IML/IMD avec la Systec 210 : Pour la combinaison IML/IMD présentée lors du salon K 2013, Sumitomo a conçu, en collaboration avec plusieurs spécialistes, une installation modulaire autour de la machine d’injection hydraulique polyvalente Systec. Parmi les partenaires, on trouve PolyIC (pour la film fonctionnelle) et la Stiftung GmbH & Co. KG de Leonhard Kurz pour la décoration IMD et la manipulation des films IMD, HBW-Gubesch Kunststoff-Engineering GmbH, développeur de l’outil d’injection, SAR Electronic GmbH, intégrateur système pour l’automatisation robotisée, Max Petek Reinraumtechnik pour la solution en salle blanche, et Kist Maschinenbau GmbH, fournisseur des modules pour la polymérisation UV et le nettoyage des pièces finies.

Le centre de commande principal de la cellule d’injection Systec 210 est un robot industriel suspendu (TX90 de Stäubli), équipé d’un système de préhension tripode. Il prélève à chaque cycle un film in-mold conducteur (film PolyTC) dans un magasin et le positionne précisément sur la moitié fixe de l’outil à cavités multiples. Parallèlement, le dispositif d’alimentation IMD monté au-dessus de la zone de fermeture introduit une feuille porteuse avec des images individuelles pour le revêtement décoratif de la pièce. Après la fermeture de l’outil, un canal auxiliaire injecte l’écran en PMMA, avec un poids de 20 g. La température de l’outil est contrôlée par une technologie de chauffage variable, développée par gwk Gesellschaft Wärme Kältetechnik mbH.

Le chauffage variable de l’outil a un impact particulièrement important sur la qualité constante et reproductible du produit, notamment pour des pièces longues et étroites dans l’outil, comme pour l’écran multitouch injecté. Lors de ce procédé, la paroi de l’outil est temporairement chauffée à une température comprise entre le point de transition vitreuse et la température de fusion du plastique utilisé. Cette température élevée retarde ou empêche la solidification de la matière fondue lors de l’injection, en maintenant sa fluidité grâce à une viscosité constamment faible jusqu’à ce que la pièce soit complètement remplie, ce qui réduit également la pression d’injection et la force de fermeture nécessaires. Après le remplissage complet de la cavité, le refroidissement de l’outil commence, jusqu’à ce que la pièce atteigne la température de démoulage. Lors du refroidissement, la distribution uniforme du matériau permet de prolonger la pression de maintien grâce à une meilleure transmission de la pression, même dans les zones éloignées des canaux d’alimentation. Cela garantit un temps de refroidissement uniforme dans tout l’outil. Ce procédé réduit le risque de déformation dû au retrait, améliore la précision dimensionnelle et la constance des pièces injectées. Il favorise également la production de surfaces très lisses et brillantes, semblables à du laque piano. Tous ces avantages du moulage par injection à température variable sont également exploités dans la cellule Systec pour l’injection combinée IML/IMD de l’écran tactile avec cadre laqué piano.

Bien que l’essentiel du procédé repose sur l’injection elle-même, les étapes de post-traitement en dehors du cycle de 40 secondes, telles que la séparation des canaux d’alimentation, la polymérisation UV et le nettoyage, contribuent grandement à la qualité des pièces et à la rentabilité. Après avoir extrait un cadre d’écran injecté de l’outil et inséré un nouveau film, le robot dépose la pièce sur un porte-pièces. Celle-ci est ensuite transférée dans une station de découpe laser scellée, où un laser CO2 avec aspiration élimine proprement et sans cassure le surplus de film. Ensuite, le robot transporte l’écran dans une unité de polymérisation UV pour durcir le revêtement décoratif. Enfin, il remet la pièce à la station de nettoyage située sous la station UV, où des brosses assurent un nettoyage soigneux et doux des restes de film IMD, et les particules détachées des bords sont aspirées sans laisser de résidus.

Pour assurer la fiabilité du fonctionnement de l’écran multitouch, la production en salle blanche est indispensable. Un module à flux laminaire purifie l’air entrant et empêche l’intrusion de particules via une unité FFU (Filter Fan Unit), garantissant ainsi une pureté de classe ISO 7. Le concept global de la cellule dépasse largement les exigences de base avec un module salle blanche au-dessus de l’unité d’injection et des profils et surfaces faciles à nettoyer pour le boîtier de protection. Toutes les étapes de post-traitement, telles que la séparation des canaux, la polymérisation UV et le nettoyage, sont réalisées dans des modules isolés et scellés, séparés de la zone d’outillage de la machine d’injection.

La cellule de fabrication entière est construite de manière modulaire. Cela permet d’ajuster la configuration en ajoutant ou en supprimant des modules selon le degré d’automatisation souhaité, tout en conservant l’équipement de base. La communication entre la machine d’injection et l’automatisation est facilitée par une interface standardisée, permettant une mise en service rapide et une flexibilité accrue. De plus, un seul robot industriel prend en charge toutes les opérations de manipulation dans toute la cellule de production. Grâce à l’agencement suspendu du robot à six axes et à l’enveloppe compacte de l’automatisation, la cellule entière occupe un espace très réduit.

Le nouveau système de plastification SL – la plastification sans compression offre des avantages pour la stabilité du processus et la qualité du produit

La caractéristique principale qui distingue le nouveau système SL (Spiral Logic) de plastification présenté par Sumitomo lors du salon K 2013 des systèmes de plastification conventionnels est une vis de plastification alimentée par en dessous, sans zone de compression. Le matériau est introduit de manière contrôlée par une vis de dosage en amont. La densité de remplissage optimale dépend des propriétés du matériau et des paramètres du procédé. La matière granulée fondu est presque exclusivement chauffée par une chaleur contrôlable via le chauffage des cylindres de l’unité de plastification.

Comparé aux systèmes de plastification conventionnels, le système SL offre des avantages significatifs. La méthode contrôlée permet d’obtenir une fusion très homogène sans fluctuations de viscosité. Cela réduit considérablement les variations du procédé et, par conséquent, la variabilité de la qualité du produit. Grâce à son fonctionnement alimenté par en dessous et sans zone de compression, le système évite la formation de bourrelets et les pics de pression élevés dans la zone solide, qui sont fréquents avec les vis conventionnelles, notamment lors du traitement de plastiques semi-cristallins tels que les polyamides et le PBT (Polybutylène Téréphtalate). Par ailleurs, la friction réduite dans le système SL diminue également l’usure dans la zone solide de l’unité de plastification. Parmi les autres avantages, citons une moindre dégradation du matériau, une réduction de la dégradation des fibres dans les matériaux renforcés, des intervalles de nettoyage plus longs pour l’outil, ainsi que des économies d’énergie.

En combinaison avec une barrière de retour de flux à commutation, le procédé de plastification sans compression est particulièrement avantageux pour la fabrication de pièces techniques de précision. Le système SL présente également des bénéfices lorsque des exigences élevées en matière de pureté du produit sont requises, comme pour l’injection d’éléments optiques. La suppression de la zone de compression permet de réduire fortement les dépôts inévitables sur la vis, qui apparaissent sous forme de points noirs dans les pièces en raison de la dégradation du matériau non contrôlée. Grâce à des intervalles de nettoyage plus longs, le taux de rebut est réduit et la disponibilité de la machine pour des applications exigeantes en matière de pureté est améliorée.

Le système de plastification SL est actuellement disponible en série en tant qu’option pour les machines entièrement électriques de la gamme SE-EV, proposées par l’entreprise pour des forces de fermeture allant de 500 à 1 800 kN. La nouvelle technologie a été présentée lors du salon K sur le stand, illustrée par un exemple d’injection de précision sur une SE 180 EV (force de fermeture de 1 800 kN). Avec un moule à deux cavités, des pièces de carrosserie pour un smartphone en mélange ABS/PC ont été produites ; le poids de la pièce est de 45 g, le cycle dure 25 secondes.

Injection de précision – une spécialité de l’IntElect entièrement électrique

La sécurité, la constance du procédé et la précision pour des tâches exigeantes avec des tolérances très strictes sont des caractéristiques typiques de la gamme entièrement électrique IntElect. Comme pour la gamme SE, les moteurs électriques à commande directe, développés et fabriqués par Sumitomo, sont utilisés dans l’IntElect, optimisés pour le procédé d’injection. Par rapport aux systèmes électriques à courroie, ces moteurs offrent un rendement énergétique supérieur et une réponse plus rapide, ce qui se traduit par une meilleure précision, une répétabilité accrue et un avantage en termes de cycle. Ainsi, les machines électriques de Sumitomo répondent particulièrement aux exigences de l’injection de pièces de précision en grande série.

Des outils à cavités multiples équilibrés : sur le stand K, une IntElect 100-340 (force de fermeture de 1 000 kN) a produit, à partir d’un mélange PC/ABS, l’ensemble complet d’une coque de clé (Smart Key) ; le cycle dure 30 s, le poids de la pièce est de 33 g. La particularité réside dans le fait que cet outil familial doit être rempli de manière sûre, malgré une différence parfois importante dans le volume des cavités d’un cycle à l’autre. Pour cela, la technologie activeFlowBalance est utilisée. Sur le stand, il a été démontré comment l’activation ou la désactivation d’activeFlowBalance influence la formation des pièces dans chaque cavité. L’outil à six cavités est conçu pour deux pièces : la coque extérieure, la coque intérieure et un bouton de commande plus petit.

Grâce à activeFlowBalance, il est possible de compenser efficacement un déséquilibre inégal et fluctuant dans les outils à cavités multiples, ce qui évite généralement des effets négatifs tels que la formation de bavures, la sous-remplissage ou des dommages à l’outil. Cette fonction de la machine utilise l’expansion de la matière fondue comprimée lors du passage de l’injection à la phase de maintien, permettant aux cavités partiellement remplies, sous une pression plus faible, de se remplir davantage. Les états de remplissage s’équilibrent ainsi naturellement, sans allonger le cycle.

Adapté pour la salle blanche : sur une IntElect 50-45 (force de fermeture de 500 kN), des pièces en MABS pour un cathéter périphérique (également appelé « Braunüle ») sont injectées en 9 secondes par cycle. Cette application démontre également la compatibilité de l’IntElect avec l’injection de précision en salle blanche, notamment pour la fabrication de dispositifs médicaux. Les exigences de la classe ISO 7, souvent requises pour la production de dispositifs médicaux, peuvent être facilement respectées de manière sûre. Il suffit d’équiper la machine d’une boîte à flux laminaire au-dessus de l’unité de fermeture et de la placer dans un environnement propre (salle blanche).

L’IntElect 50-45, associée à trois autres machines, était également présente sur le stand K équipée du nouveau logiciel MAS développé par T.I.G. Technische Informationssysteme GmbH, permettant de collecter, visualiser, analyser et surveiller en temps réel les données de fonctionnement, de production et de processus, même pour un grand nombre de machines. Lors de cette présentation, la société Sumitomo a participé en partenariat. La fonction de traçabilité du logiciel permet à l’utilisateur de remonter jusqu’à chaque produit fabriqué, pour une traçabilité complète. Cela devient de plus en plus nécessaire dans l’industrie médicale et automobile.

Avec deux autres machines entièrement électriques, l’entreprise était également présente sur les stands partenaires. Une IntElect 100-340 (force de fermeture de 1 000 kN) a produit, sur le stand de Yushin Precision Equipment Co. Ltd., des emballages blisters en PP. Sur le stand de Stieler Kunststoff Service GmbH, une IntElect 50-110 (force de fermeture de 500 kN) a fabriqué une grille de radiateur pour l’intérieur d’un véhicule. L’accent était mis sur la qualité de surface de cette pièce exigeante. Un procédé combiné, développé par Stieler, utilisant différentes technologies d’injection (températures modulables, technologie d’échappement par gaz et refroidissement par CO2), a été employé pour assurer une surface de haute qualité de manière fiable.