Con una combinazione IML/IMD per display multitouch – Senza zona di compressione con un sistema di plastificazione SL per una maggiore precisione

Cella di produzione compatta con una Systec 210 che combina tecnologia IML e IMD. Qui viene prodotto in un'unica operazione un display multitouch.

Sul lato chiusura dello stampo, la cornice del display da 5'' viene decorata utilizzando l'unità IMD direttamente durante l'iniezione.

Componenti della custodia di uno smartphone realizzati con una miscela di ABS/PC, prodotti su una SE 180 EV completamente elettrica, equipaggiata con il nuovo sistema di plastificazione SL. Il sistema funziona con una vite di plastificazione completamente riscaldata senza zona di compressione (vite); l'alimentazione del materiale è affidata a una vite dosatrice a monte (GS Loader).

Prodotti realizzati con la precisione completamente elettrica di IntElect: involucro della chiave intelligente (a sinistra) con componenti realizzati in una miscela di PC/ABS, prodotto in uno stampo famiglia a sei cavità su un'IntElect 100, e componenti per una "Braunüle" (a destra), realizzati in MABS e in condizioni di sala bianca su un'IntElect 50.

Con tecnologie innovative e processi di produzione, realizzati in celle di stampaggio ad iniezione complesse e completamente automatizzate, nonché con presse ad iniezione di alta precisione, dinamiche ed energeticamente efficienti, Sumitomo offre soluzioni con alto valore aggiunto per le più diverse applicazioni industriali.

Per la prima volta, alla fiera K di Düsseldorf, è stata presentata una cella di produzione IML/IMD completamente automatizzata, in cui, attraverso un singolo ciclo di stampaggio, si ottiene un grande display multitouch da 5''. Sempre per la prima volta in Europa, è stato mostrato il sistema di plastificazione SL, che funziona senza la zona di compressione tradizionale e offre vantaggi rispetto ai sistemi di plastificazione convenzionali. Inoltre, l’azienda ha presentato la gamma di prestazioni del sistema completamente elettrico IntElect, illustrandola attraverso diverse applicazioni.

Cella di stampaggio per display multitouch – IML per la funzione, IMD per la decorazione

La produzione di un display multitouch di dimensioni pari a 5'', cioè delle dimensioni di uno smartphone odierno, tramite stampaggio su una Systec 210 (forza di chiusura 2.100 kN) testimonia la competenza dell’azienda in celle di stampaggio complesse, completamente automatizzate, per una produzione efficiente e sicura di serie di prodotti innovativi. Durante la produzione in serie mostrata allo stand K, sono state utilizzate pellicole funzionali sviluppate da PolyIC GmbH & Co. KG, una società del gruppo Kurz, in procedimento di Inmold-Labeling (IML) con sovrastampaggio in PMMA. La cornice stretta stampata contemporaneamente viene decorata con tecnologia Inmold-Decoration (IMD) in finitura lucida nera. Tutti i processi, dall’inserimento della pellicola IML nella cavità dello stampo fino all’ultima fase di post-elaborazione per la confezione del display, avvengono nella cella di produzione in ambiente sterile (classe ISO 7).

Le pellicole IML conduttive, ottimizzate da PolyIC per la lavorazione tramite stampaggio ad iniezione (chiamate PolyTC), sono pellicole a base PET rivestite con sottili strutture conduttive metalliche. Possono sostituire molte delle pellicole attualmente usate per i touchscreen, principalmente a base di indio-stagno-ossido (ITO). Le alternative all’ITO sono non solo tecnologicamente molto interessanti, ma anche economicamente vantaggiose, poiché l’indio è un metallo raro e il suo costo aumenta con la crescente domanda. Inoltre, si elimina il costoso processo di laminazione delle pellicole sul supporto. Già oggi si prevede che la tecnologia dei touchscreen troverà un uso sempre più diffuso in futuro, non solo nel settore delle telecomunicazioni. Le applicazioni sono molteplici, dall’automobilismo all’elettronica di consumo, fino ai beni bianchi, per funzioni di controllo specifiche per ogni settore.

Le pellicole PolyTC di PolyIC, anche con layout personalizzabile, possono essere prodotte in modo economico come serie. Contemporaneamente, queste pellicole funzionali sono adatte anche come etichette singole lavorabili tramite procedimento IML. In questo modo, la funzionalità di sensore touch può essere applicata direttamente sui componenti in modo efficiente e su larga scala, durante il processo di stampaggio.

Panoramica sulla cella di produzione IML/IMD con Systec 210: per la combinazione IML/IMD presentata alla K 2013, Sumitomo ha progettato, in collaborazione con diversi specialisti, un impianto modulare attorno all’innovativa macchina di stampaggio idraulica Systec. Partner sono, oltre a PolyIC (per la pellicola funzionale) e alla Leonhard Kurz Stiftung GmbH & Co. KG (per la pellicola decorativa IMD e la gestione delle pellicole IMD), la HBW-Gubesch Kunststoff-Engineering GmbH (come sviluppatore dello stampo), SAR Electronic GmbH (come integratore di sistemi per l’automazione robotizzata), Max Petek Reinraumtechnik (per la soluzione in ambiente sterile) e Kist Maschinenbau GmbH (come fornitore di moduli per la polimerizzazione UV e la pulizia dei pezzi finiti).

Il centro di comando della cella di stampaggio con Systec 210 è rappresentato da un robot industriale sospeso (TX90 di Stäubli), equipaggiato con un sistema di presa su tre lati. Esso preleva da un magazzino un’etichetta Inmold-Label conduttiva (PolyTC) e la posiziona con precisione sulla parte fissa dello stampo a cavità multiple. Contemporaneamente, il dispositivo di alimentazione IMD montato sopra l’area di inserimento dello stampo introduce una pellicola supporto con immagini singole per la decorazione del componente, con precisione di posizionamento. Dopo la chiusura dello stampo, attraverso un canale ausiliario, viene stampato il display in PMMA; il peso del colpo è di 20 g. Si utilizza la tecnologia di riscaldamento variabile dello stampo, sviluppata da gwk Gesellschaft Wärme Kältetechnik mbH.

La tecnologia di riscaldamento variabile dello stampo ha un impatto molto positivo sulla qualità del prodotto, soprattutto in presenza di lunghe e strette vie di flusso nello stampo, come nel caso del display multitouch stampato. In questo procedimento, la parete dello stampo viene temporaneamente riscaldata tra la temperatura di transizione vetrosa e quella di fusione del materiale plastico utilizzato. Questa temperatura elevata ritarda o impedisce il primo indurimento della fusione durante l’iniezione, mantenendo la fluidità del materiale grazie a una viscosità costantemente bassa fino al completo riempimento della cavità, riducendo così la pressione di iniezione e la forza di chiusura necessaria. Dopo aver riempito completamente la cavità, si avvia il raffreddamento dello stampo, fino a raggiungere la temperatura di distacco. Durante il raffreddamento uniforme, la pressione residua viene mantenuta più a lungo grazie a una migliore trasmissione della pressione, anche nelle zone lontane dal canale di alimentazione. Ciò garantisce un tempo di raffreddamento uniforme in tutto lo stampo, riducendo il rischio di deformazioni dovute al ritiro, migliorando le tolleranze e la costanza delle parti stampate. Inoltre, il procedimento favorisce superfici molto lisce e di alta qualità, con finitura lucida in stile piano lucido. Tutti questi vantaggi della tecnologia di stampaggio variabile si applicano anche alla cella Systec, nel processo combinato di stampaggio IML/IMD del display touchscreen con cornice lucida in stile piano lucido.

Sebbene il cuore del procedimento risieda nel ciclo di stampaggio stesso, le fasi successive che si svolgono in un tempo di ciclo di 40 secondi fuori dallo stampo contribuiscono significativamente alla qualità del componente e alla convenienza economica. Dopo che il robot a sei assi ha prelevato il telaio del display stampato dallo stampo e ha inserito una nuova etichetta, il componente viene posato su un supporto. Da qui, viene trasferito in una stazione di taglio laser sigillata, dove un laser CO2 con aspirazione rimuove il film di scarto in modo pulito e senza rotture. Successivamente, il robot trasferisce il display in un’unità di polimerizzazione UV per indurire il rivestimento decorativo. Per l’ultima fase di lavorazione, il componente viene infine consegnato alla stazione di pulizia situata sotto l’unità UV. Qui, spazzole assicurano una rimozione accurata e delicata dei residui di pellicola IMD; le particelle staccate dai bordi vengono aspirate senza residui.

Per garantire la funzionalità affidabile del display multitouch, la produzione in ambienti sterili è indispensabile. A tal fine, un modulo di flusso laminare pulisce l’aria esterna aspirata e, tramite un’unità FFU (Filter Fan Unit), impedisce l’ingresso di particelle. Si ottiene così un livello di purezza dell’aria di classe ISO 7. Tuttavia, l’intero concetto della cella va ben oltre i requisiti di base, con un modulo di ambiente sterile sopra l’unità di iniezione e superfici facili da pulire per la protezione della cabina. Tutte le fasi di post-lavorazione, come la rimozione del canale di alimentazione, la polimerizzazione UV e la pulizia, avvengono in moduli di impianto sigillati e separati dal vano di inserimento dello stampo, protetti da barriere.

L’intera cella di produzione è modulare. Ciò permette di aggiungere o rimuovere moduli in base al livello di automazione desiderato, mantenendo la configurazione di base. Per tempi di avviamento rapidi e alta flessibilità, è prevista anche un’interfaccia standardizzata tra la macchina di stampaggio e l’automazione. Per una rapida messa in funzione e una riduzione della complessità dell’impianto, un singolo robot industriale si occupa di tutte le operazioni di handling nell’intera cella di produzione. La disposizione sospesa del robot a sei assi e la compatta copertura dell’automazione consentono di occupare uno spazio molto ridotto.

Il nuovo sistema di plastificazione SL – plastificazione senza compressione, vantaggi per la stabilità del processo e la qualità del prodotto

La caratteristica principale che distingue il nuovo sistema di plastificazione SL (Spiral Logic), presentato da Sumitomo alla K 2013, dai sistemi di plastificazione convenzionali, è una vite di plastificazione con alimentazione sottostante, priva di zona di compressione. Il materiale viene alimentato controllato tramite una vite dosatrice anteriore. Il grado di riempimento ottimale dipende dalle caratteristiche del materiale e dai parametri di processo. Il granulato viene fuso quasi esclusivamente tramite il riscaldamento controllabile dei cilindri della unità di plastificazione.

Rispetto ai sistemi di plastificazione tradizionali, il sistema SL offre evidenti vantaggi. La modalità di funzionamento controllata garantisce una fusione molto omogenea, priva di variazioni di viscosità. Ciò permette di ridurre significativamente le variazioni di processo e, di conseguenza, le variazioni di qualità del prodotto. Grazie alla modalità di alimentazione sottostante e all’assenza di zona di compressione, si evitano formazione di incollaggi e picchi di pressione elevati nel settore solido, problematici con le viti convenzionali, specialmente nell’elaborazione di polimeri semicristallini come poliammidi e PBT (polibutilen tereftalato). Inoltre, la minore attrito nel sistema SL riduce notevolmente l’usura nel settore solido dell’unità di plastificazione. Altri vantaggi della lavorazione delicata del materiale sono una minore degradazione del materiale stesso, un minor degrado delle fibre in materiali rinforzati con fibre, intervalli di pulizia più lunghi dello stampo e benefici energetici.

In combinazione con un blocco di ritorno della pressione switchabile, la plastificazione senza compressione si rivela particolarmente vantaggiosa nella produzione di componenti di precisione tecnici. Il sistema SL offre anche vantaggi quando sono richiesti elevati standard di purezza del prodotto, come nella produzione di componenti ottici. Eliminando la zona di compressione, si riducono drasticamente le incrostazioni sulla vite, che altrimenti potrebbero manifestarsi come punti neri nei componenti a causa del distacco incontrollato di materiale degradato. Con intervalli di pulizia più lunghi, si aumenta la disponibilità della macchina e si riduce il tasso di scarto, anche in applicazioni con elevati requisiti di purezza.

Attualmente, il sistema di plastificazione SL è disponibile come opzione per le macchine completamente elettriche della serie SE-EV, che l’azienda propone con forze di chiusura da 500 a 1.800 kN. È stato presentato alla K alla fiera, ad esempio, con un processo di stampaggio di precisione su una SE 180 EV (forza di chiusura 1.800 kN). Con uno stampo a doppia cavità, si producono parti di carrozzeria per smartphone in una miscela di ABS/PC; il peso del colpo è di 45 g, il ciclo di produzione dura 25 secondi.

Stampaggio di precisione – un settore di eccellenza della serie IntElect completamente elettrica

Sicurezza, costanza del processo e precisione in applicazioni complesse con tolleranze molto strette sono caratteristiche distintive della serie IntElect completamente elettrica. Come la serie SE, anche l’IntElect utilizza i motori elettrici a azionamento diretto sviluppati e prodotti internamente da Sumitomo, ottimizzati per il processo di stampaggio ad iniezione. Rispetto alle unità con motore a cinghia, questi motori diretti offrono un’efficienza energetica superiore e, grazie a una risposta più rapida, garantiscono maggiore precisione, ripetibilità e vantaggi in termini di ciclo di produzione. In particolare, le macchine elettriche Sumitomo soddisfano le esigenze di produzione di articoli di precisione in grandi serie.

Strumenti a cavità multiple bilanciati: alla fiera K, un’IntElect 100-340 (forza di chiusura 1.000 kN) ha prodotto l’intero set di componenti per un guscio di chiave (Smart Key) in una miscela di PC/ABS; il ciclo dura 30 secondi, il peso del colpo è di 33 g. La sfida consiste nel riempire in modo affidabile uno stampo di famiglia con cavità di volume molto diverso da un colpo all’altro. Per questo motivo, si utilizza anche il modulo tecnologico activeFlowBalance. Alla fiera, è stato mostrato come l’attivazione e disattivazione di activeFlowBalance influenzi la formazione delle parti nelle diverse cavità. Lo stampo a sei cavità è progettato per due parti superiori e inferiori del guscio e per un pulsante di attivazione molto più piccolo.

Con activeFlowBalance, è possibile compensare con successo uno squilibrio disomogeneo e variabile tra le cavità di uno stampo multi-cavità, prevenendo effetti negativi come la formazione di bave, la sotto-iniezione e danni allo stampo. Questa funzione utilizza l’espansione della fusione compressa durante il passaggio dalla fase di iniezione a quella di mantenimento, favorendo un riempimento più completo delle cavità parzialmente riempite grazie a una pressione di contropressione inferiore. Le cavità si bilanciano così in modo naturale, senza allungare il ciclo di produzione.

Adatta anche per ambienti sterili: su un’IntElect 50-45 (forza di chiusura 500 kN), vengono stampati componenti in MABS per un catetere periferico (detto anche “Braunüle”) in un ciclo di 9 secondi. Questa applicazione dimostra, oltre alla produzione di precisione di componenti con connessione a canale caldo e strumenti multi-cavità, anche l’idoneità della macchina per ambienti sterili. I requisiti della classe di purezza ISO 7, spesso richiesti per la produzione di dispositivi medici, possono essere facilmente rispettati in modo sicuro. È sufficiente dotare la macchina di una cabina di flusso laminare sopra l’unità di chiusura e collocarla in un ambiente pulito (camera bianca).

La serie IntElect 50-45 è stata equipaggiata, insieme ad altre tre macchine, con il nuovo software MAS sviluppato da T.I.G. Technische Informationssysteme GmbH, che permette di raccogliere, visualizzare, analizzare e monitorare in tempo reale i dati di funzionamento, produzione e processo anche in impianti di grandi dimensioni. Questa innovazione, presentata per la prima volta alla K, ha visto la collaborazione di Sumitomo. Le funzioni di tracciabilità del software consentono all’utente di risalire alle informazioni di produzione fino a ogni singolo prodotto realizzato. Questo aspetto diventa sempre più importante nel settore medico e automobilistico.

Inoltre, l’azienda ha partecipato alla fiera con altre due macchine completamente elettriche. Una IntElect 100-340 (forza di chiusura 1.000 kN) ha prodotto, nello stand Yushin Precision Equipment Co. Ltd., blister in PP. Un’altra IntElect 50-110 (forza di chiusura 500 kN) dello stand Stieler Kunststoff Service GmbH ha prodotto un elemento di rivestimento per l’interno di un’automobile. L’attenzione era rivolta alla qualità superficiale di questo componente di alta qualità. È stata impiegata una combinazione speciale di tecnologie di stampaggio sviluppata da Stieler, che comprende riscaldamento a cambio di temperatura, tecnologia di iniezione con gas e raffreddamento con CO2. Con questa tecnologia, è possibile ottenere superfici di alta qualità in modo affidabile.