Sumitomo (SHI) Demag e BASF sviluppano una nuova cella di produzione per polimeri ad alte prestazioni

- La macchina per lo stampaggio ad iniezione IntElect da 1000 kN di Sumitomo (SHI) Demag viene utilizzata nel centro di tecnologia BASF
- La cella di produzione innovativa produce un'ampia gamma di corpi di prova diversi
- Impianto di stampaggio completamente automatico con robot di movimentazione e acquisizione dati

Lo sviluppo dei polimeri di domani inizia con la comprensione delle proprietà chimiche e meccaniche, nonché del comportamento durante la lavorazione dei materiali. Nel centro di tecnologia per lo stampaggio e l'estrusione di BASF a Ludwigshafen, una nuova cella di stampaggio completamente automatizzata di Sumitomo (SHI) Demag produce oltre 4.000 impostazioni di prova diverse all'anno.

Per lo sviluppo della cella di produzione innovativa, il settore Performance Materials di BASF e Sumitomo (SHI) Demag, in collaborazione con H+S Automatisierungstechnik, hanno unito le proprie competenze ingegneristiche e risorse tecnologiche. La cella di produzione produce un'ampia gamma di corpi di prova diversi per lo sviluppo di prodotto e ricerca, realizzati con polimeri termoplastici e composti.

Al centro della cella si trova una macchina per lo stampaggio ad iniezione IntElect altamente precisa e completamente elettrica di Sumitomo (SHI) Demag con una forza di chiusura di 1000 kN. Oltre ai criteri principali come compattezza, efficienza energetica e ripetibilità, il team di 30 persone nel centro di tecnologia apprezza anche le migliorie in termini di comfort e sicurezza, tra cui il basso livello di rumore e soluzioni digitali avanzate per il cambio automatico degli stampi e il controllo robotico.

Per garantire la massima sicurezza operativa ed efficienza, il robot lineare SDR 5-35S svolge due compiti. Da un lato, assicura il posizionamento completamente automatico di 12 diversi inserti di cambio da un magazzino nella macchina di stampaggio. Dall'altro, lo stesso robot con la sua pinza multifunzione preleva il corpo di prova dallo stampo e lo consegna a un piccolo robot a braccio articolato Yaskawa GP8 a 6 assi, che deposita i pezzi su una pressa a spindola che taglia il getto.

Il concetto di inserto dello stampo esistente e le ulteriori funzioni speciali della unità di stampaggio sono state integrate nella nuova cella di produzione. La cella è stata ampliata con l'integrazione del controllo dei dispositivi di riscaldamento e con la connessione al nuovo sistema di esecuzione della produzione (MES). Per Reinhard Jakobi, responsabile della tecnologia di lavorazione di BASF, l'ingegneria innovativa, che combina tecnologia matura con automazione all'avanguardia e precisione di lavorazione, rappresenta la base del successo. Il successo di questo progetto all'avanguardia si deve all'impegno, alla flessibilità e all'approccio orientato alle soluzioni di tutto il team di progetto.

Angelika Homes, ingegnera capo di progetto presso BASF, aggiunge: «Anche se abbiamo potuto contare sull'esperienza consolidata del team di Sumitomo (SHI) Demag nella produzione con macchine di stampaggio standard, tutti i partner hanno fin dall'inizio dimostrato il coraggio di discostarsi dai concetti esistenti e di esplorare nuove strade. Nonostante la complessità del progetto, Sumitomo (SHI) Demag e H+S hanno fornito un design innovativo della cella di produzione, caratterizzato da un'impronta energetica molto più ridotta e da uno spazio occupato molto inferiore rispetto ad altre celle.»

Cambio stampo: sempre un tema caldo

Molti dei corpi di prova lavorati nel centro di tecnologia BASF sono termoplastici ad alte temperature rinforzati con fibra di vetro, spesso anche con ritardanti di fiamma. Di conseguenza, le temperature di fusione raggiungono i 400°C e le temperature degli stampi fino a 180°C.

Il magazzino degli stampi può essere rifornito tramite il robot con 12 inserti di cambio. Grazie all'integrazione dei dispositivi di riscaldamento HB-Therm nel sistema di controllo delle macchine Sumitomo (SHI) Demag, i cambi degli inserti nella macchina di stampaggio avvengono in modo automatizzato anche ad alte temperature dello stampo, garantendo sicurezza ed efficienza.

Markus Hausmann, ingegnere capo dei sistemi di automazione presso Sumitomo (SHI) Demag, spiega: «Per garantire un prelievo sicuro degli stampi dal robot SDR, la temperatura viene abbassata a 80°C e la pressione in esercizio ridotta. La nostra unità di controllo deve comunicare senza soluzione di continuità con il MES di BASF.»
Il MES di BASF avvisa la cella quando si avvicina la fine dell'impostazione di prova corrente e trasmette il comando per il prossimo cambio di stampo alla cella di produzione. Immediatamente dopo la produzione dell'ultimo corpo di prova, l'inserto di cambio viene raffreddato tramite il dispositivo di riscaldamento integrato.

Successivamente, il cambio di inserto viene sincronizzato con il controllo della cella tramite segnali di ingresso e uscita, e il nuovo set di dati dell'inserto viene trasmesso tramite l'interfaccia del robot. Dopo il cambio, i dispositivi di riscaldamento si riaccendono. Il funzionamento automatico riprende e, una volta raggiunta la temperatura dello stampo, si avvia la produzione di una nuova impostazione di prova.

Stampaggio di precisione

Per BASF, la soluzione ai compiti di stampaggio più complessi rappresenta un'eccellenza ingegneristica all'interno dell'intero progetto. Grazie alla vasta gamma di materiali testati, da polimeri morbidi e delicati a quelli rigidi e fragili, BASF può valutare molte geometrie di campioni diverse. Lo spessore delle pareti varia tra 0,5 mm e 4 mm. Molti dei corpi di prova BASF vengono prodotti secondo la norma ISO 294, che definisce i requisiti per il sistema di angus e la geometria dei campioni. «La separazione delle parti tramite stampaggio è fondamentale, poiché non altera le proprietà del materiale e non si formano particelle di polvere», spiega Hausmann.

La pinza multifunzione garantisce che tutte le geometrie dei corpi di prova siano posizionate con la massima precisione sul tavolo dello stampo. Questo non è semplice, poiché molti dei materiali con cui lavora BASF contengono un'alta percentuale di fibra di vetro, che può causare deformazioni nei corpi di prova. Per descrivere come il servogestito pinza di stampaggio affronta la sfida di posizionare in modo sicuro i pezzi sulla piastra dello stampo, Hausmann sottolinea: «Se i corpi di prova non sono fissati adeguatamente, possono essere stampati in modo storto e quindi non rispettare gli standard di qualità specificati.»

Integrazione digitale

Il team BASF esegue ogni giorno una vasta gamma di impostazioni di prova sulla cella di produzione. Ciò significa che il MES della cella fornisce ogni volta diversi parametri di materiale e processo, geometrie di pezzi di prova e temperature. Ogni ciclo di stampaggio viene successivamente acquisito e documentato digitalmente.

Homes spiega: «Il nuovo sistema si distingue per il fatto che registra ogni singolo ciclo e una vasta gamma di dati, permettendoci di ottenere approfondimenti più approfonditi.» Questi dati sono estremamente preziosi, poiché rappresentano l'intero processo di lavorazione e ci consentono di trarre conclusioni approfondite su come il materiale si comporta in determinate condizioni e come può essere successivamente lavorato dal cliente.»

Soluzioni per le sfide del nostro tempo

Da oltre 80 anni, il centro di tecnologia di Ludwigshafen contribuisce al progresso tecnico e ha dato un grande contributo alla risoluzione delle sfide nello sviluppo e nella lavorazione dei polimeri. Tuttavia, così come le innovazioni sono spinte dalle tendenze, anche i processi automatizzati e i dati forniti diventano un catalizzatore per accelerare lo sviluppo pratico dei materiali. La flessibilità delle macchine è un fattore chiave per questo successo, spiega Jakobi. «Questa nuova cella conferma l'importanza dell'automazione e della digitalizzazione nello sviluppo dei materiali, nonché nella simulazione e progettazione dei componenti.»

Come ha riconosciuto BASF, il successo dipende anche dal fatto che tutti i partner condividano le proprie competenze industriali e ingegneristiche e collaborino nella condivisione delle rispettive expertise su automazione, lavorazione e integrazione. Combinando questa conoscenza, BASF, Sumitomo (SHI) Demag e H+S Automatisierung hanno sviluppato un sistema che porta la produzione di corpi di prova e lo sviluppo dei materiali a un livello completamente nuovo.

«Per gli sforzi di BASF di sviluppare prodotti e soluzioni sostenibili per l'industria, una tale cella di stampaggio automatizzata è indispensabile. La sua capacità di gestire ogni anno oltre 4.000 impostazioni di prova diverse per polimeri ad alte prestazioni con formulazioni complesse e di monitorare i risultati tramite il sistema MES accelera questi sforzi innovativi», conclude Hausmann.