Sumitomo (SHI) Demag et BASF développent une nouvelle cellule de fabrication pour les polymères haute performance

- La machine d'injection IntElect 1000 kN de Sumitomo (SHI) Demag est utilisée dans le centre d'essais de BASF
- La cellule de fabrication innovante produit un large éventail de pièces d'essai différentes
- Installation d'injection entièrement automatique avec manipulation robotisée et collecte de données

Le développement des polymères de demain commence par la compréhension des propriétés chimiques et mécaniques ainsi que du comportement en traitement des matériaux. Dans le centre d'injection et d'extrusion de BASF à Ludwigshafen, une nouvelle cellule d'injection entièrement automatisée de Sumitomo (SHI) Demag produit plus de 4 000 réglages d'essais différents par an.

Pour le développement de cette cellule de production innovante, le secteur Performance Materials de BASF ainsi que Sumitomo (SHI) Demag, en collaboration avec H+S Automatisierungstechnik, ont mis en commun leurs compétences en ingénierie et leurs ressources technologiques. La cellule de fabrication produit un large éventail de pièces d'essai différentes pour le développement de produits et la recherche, à partir de polymères thermoplastiques et de compounds.

Au centre de la cellule se trouve une machine d'injection hautement précise et entièrement électrique IntElect de Sumitomo (SHI) Demag, avec une force de fermeture de 1000 kN. Outre les critères clés tels que la compacité, l'efficacité énergétique et la précision de répétition, l'équipe de 30 personnes du centre d'essais apprécie également l'amélioration du confort et des équipements de sécurité, notamment le faible niveau sonore, mais aussi des solutions numériques avancées pour le changement automatique d'outils et la commande robotisée.

Pour une sécurité opérationnelle et une efficacité optimales, le robot linéaire SDR 5-35S remplit deux fonctions. D'une part, il assure la mise en place entièrement automatique de 12 inserts interchangeables différents depuis un magasin dans la machine d'injection. D'autre part, ce même robot, avec sa pince multifonctionnelle, retire la pièce d'essai de l'outil et la transmet à un petit robot à bras articulé Yaskawa GP8 à 6 axes, qui dépose les pièces sur une presse à broche entraînée, séparant ainsi le système d'alimentation.

Le concept d'outil existant et l'unité d'injection contenant des fonctions spéciales ont été intégrés dans la nouvelle cellule de fabrication. La cellule a été étendue par l'intégration du contrôle des dispositifs de thermorégulation et par la connexion au nouveau système d'exécution de la fabrication (MES). Pour Reinhard Jakobi, responsable de la technique de traitement chez BASF, l'ingénierie innovante, combinant une technologie éprouvée avec une automatisation de pointe et une précision de traitement, constitue la base du succès. La réussite de ce projet pionnier est attribuée à l'engagement, à la flexibilité et à l'approche axée sur les solutions de toute l'équipe de projet.

Angelika Homes, ingénieure principale de projet chez BASF, ajoute : « Bien que nous ayons pu compter sur l'expérience approfondie de l'équipe de Sumitomo (SHI) Demag dans la collaboration sur la production avec des machines d'injection standard, tous les partenaires ont dès le départ fait preuve du courage de s'écarter des concepts existants et d'explorer de nouvelles voies. Malgré la complexité du projet, Sumitomo (SHI) Demag et H+S ont fourni une conception innovante de la cellule de production, caractérisée par une empreinte énergétique beaucoup plus petite et un espace requis nettement réduit par rapport à d'autres cellules. »

Changement d'outil : toujours une opération sensible

De nombreuses pièces d'essai traitées dans le centre d'essais de BASF sont des thermoplastiques haute température renforcés de fibres de verre, souvent équipés de retardateurs de flamme. En conséquence, les températures de fusion atteignent jusqu'à 400°C et les températures des outils jusqu'à 180°C.

Le magasin d'outils peut être chargé via le robot avec 12 inserts interchangeables. Grâce à l'intégration des dispositifs de thermorégulation HB-Therm dans la commande de la machine Sumitomo (SHI) Demag, le changement d'insert dans la machine d'injection, même à haute température, est automatisé, garantissant sécurité et efficacité.

Markus Hausmann, ingénieur en chef des systèmes d'automatisation chez Sumitomo (SHI) Demag, explique : « Pour garantir une prise en main sûre de l'outil par le robot SDR, la température est abaissée à 80°C et la pression en service est réduite. Notre commande de machine doit communiquer de manière fluide avec le MES de BASF. »
Le MES de BASF informe la cellule du moment où la dernière configuration d'essai doit être terminée et transmet l'ordre pour le prochain changement d'outil à la cellule de fabrication. Immédiatement après la production de la dernière pièce d'essai, l'insert de changement est régulé par le dispositif de thermorégulation intégré et refroidi.

Ensuite, le changement d'insert est synchronisé avec la commande de la cellule via des signaux d'entrée et de sortie, et le nouveau jeu de données de l'outil est transféré via l'interface du robot. Après le changement, les dispositifs de thermorégulation se remettent en marche. La production automatique reprend, et dès que la température de l'outil est atteinte, une nouvelle configuration d'essai est lancée.

Découpe de précision

Pour BASF, la solution aux tâches de découpe exigeantes représente une performance d'ingénierie exceptionnelle dans le cadre du projet global. En raison de la large gamme d'applications, BASF teste un large éventail de matériaux – allant des polymères souples et fragiles à ceux plus rigides et cassants. De plus, il existe de nombreuses géométries d'échantillons différentes, avec des épaisseurs de paroi comprises entre 0,5 mm et 4 mm. Beaucoup de pièces d'essai BASF sont produites selon la norme ISO 294, qui définit les exigences pour le système d'angle et la géométrie des échantillons. « La séparation des pièces par découpe est une étape essentielle, car elle ne modifie pas les propriétés du matériau et ne génère pas de particules de poussière », explique Hausmann.

La pince multifonctionnelle garantit que toutes les géométries de pièces d'essai sont déposées avec la plus haute précision sur la table de découpe. Ce n'est pas sans difficulté, car de nombreux matériaux utilisés par BASF contiennent une forte proportion de fibres de verre, ce qui peut provoquer un déformation des pièces d'essai. En décrivant comment la pince de découpe servo-motrice relève ce défi en déposant en toute sécurité les pièces sur la plaque de découpe, Hausmann souligne : « Si les pièces d'essai ne sont pas suffisamment bien fixées, elles risquent d'être découpées de travers et de ne pas respecter les normes de qualité spécifiées. »

Intégration numérique

L'équipe de BASF effectue chaque jour une grande variété de réglages d'essais sur la cellule de fabrication. Cela signifie que le MES de la cellule fournit à chaque fois différents paramètres de matériau et de processus, géométries de pièces d'essai et températures. Chaque cycle d'injection est ensuite enregistré et documenté numériquement.

Homes explique : « Le nouveau système se distingue par le fait que chaque cycle individuel et une multitude de données sont enregistrés, ce qui nous permet d'obtenir des insights approfondis. » Ces données sont extrêmement précieuses, car elles représentent l'ensemble du processus de traitement et permettent de tirer des conclusions approfondies sur le comportement du matériau dans certaines conditions et sur la manière dont un client pourra le traiter ultérieurement. »

Solutions pour les défis de notre époque

Depuis plus de 80 ans, le centre de traitement à Ludwigshafen contribue au progrès technique et a apporté, au fil du temps, d'importantes contributions à la résolution des défis dans le développement et le traitement des plastiques. Mais tout comme les innovations sont impulsées par les tendances, les processus automatisés et les données fournies deviennent un catalyseur pour accélérer le développement pratique des matériaux. La flexibilité des machines est un facteur clé de ce succès, explique Jakobi. « Cette nouvelle cellule confirme l'importance de l'automatisation et de la numérisation dans le développement des matériaux, ainsi que dans la simulation et la conception des pièces. »

Mais comme BASF l'a compris, le succès dépend également de la mise en commun des savoir-faire industriel et en ingénierie de tous les partenaires, ainsi que du partage de leur expertise respective en matière d'automatisation, de traitement et d'intégration. En combinant ces connaissances, BASF, Sumitomo (SHI) Demag et H+S Automatisierung ont développé un système qui porte la fabrication de pièces d'essai et le développement des matériaux à un tout autre niveau.

« Pour les efforts de BASF visant à développer des produits durables et des solutions pour l'industrie, une telle cellule d'injection automatisée est indispensable. Sa capacité à réaliser chaque année plus de 4 000 réglages d'essais différents pour des polymères haute performance à formulations complexes, tout en suivant les résultats via le système MES, accélère ces efforts d'innovation », conclut Hausmann.