Met een IML/IMD-combinatie naar het multitouch-display – Zonder compressiezone met een SL-vernikkingsysteem voor hogere precisie

Kleine productiecellen met een Systec 210 die IML- en IMD-technologie combineren. Hierop wordt efficiënt in één keer een multitouch-compatibel display geproduceerd. / Compacte productiezelle met een Systec 210 die IML- en IMD-technologie combineert. Hier wordt in één keer een multitouch-compatibel display geproduceerd.

Aan de sluitzijde van de mal wordt het frame van het 5''-grote display direct tijdens het injectieproces gedecoreerd met behulp van de IMD-eenheid. / Aan de sluitzijde van de mal wordt het frame van het 5''-grote display direct tijdens het injectieproces gedecoreerd met behulp van de IMD-eenheid.

Behuizingsonderdelen voor een smartphone gemaakt van een ABS/PC-mengsel, vervaardigd op een volledig elektrische SE 180 EV, uitgerust met het moderne SL-plastificatiesysteem. Het systeem werkt met een volledig verwarmde plastificeerscrew zonder compressiezône (schroef); de materiaaltoevoer wordt verzorgd door een voorgeschakelde doseerscrew (GS Loader).

Producten, vervaardigd met vollelektrische IntElect-precisie: Smart Key-behuizing (links) met onderdelen van een PC/ABS-mengsel, geproduceerd in een zesvoudig familie-gereedschap op een IntElect 100, en onderdelen voor een "Braunüle" (rechts), gemaakt van MABS en onder cleanroomomstandigheden op een IntElect 50.

Met innovatieve technologieën en productieprocessen, toegepast in complexe en volledig geautomatiseerde spuitgietcellen, evenals met hoogprecisie, dynamische en energiezuinige spuitgietmachines biedt Sumitomo systeemoplossingen met hoge toegevoegde waarde voor diverse industrieën.

Voor het eerst werd op de K-beurs in Düsseldorf een volledig geautomatiseerde IML/IMD-productiecellen gepresenteerd, waarin door spuitgieten in één stap een 5-inch groot multitouch-display ontstaat. Ook voor het eerst in Europa te zien was het SL-plastificeersysteem, dat zonder de gebruikelijke compressiezone werkt en daarmee voordelen biedt ten opzichte van conventionele plastificeersystemen. Daarnaast presenteerde het bedrijf het prestatiebereik van de volledig elektrische IntElect aan de hand van verschillende toepassingen.

Spuitgietcel voor multitouch-display – IML voor functionaliteit, IMD voor decoratie

Het vervaardigen van een multitouch-display – voor het eerst in 5-inch formaat – vergelijkbaar met de grootte van een moderne smartphone – door spuitgieten op een Systec 210 (sluitkracht 2.100 kN) toont de expertise van het bedrijf voor complexe, volledig geautomatiseerde spuitgietcellen voor efficiënte en procesechte seriële productie van innovatieve producten. Tijdens de op de K-stand getoonde serieproductie werden speciale, door PolyIC GmbH & Co. KG, een bedrijf van de Kurz-groep, ontwikkelde functionele folies in het Inmold-Labeling (IML)-proces met PMMA overgespoten. De daarbij eveneens ingespoten smalle rand wordt gelijktijdig met Inmold-Decoration (IMD) in zwart pianolak-look gedecoreerd. Alle processen, van het plaatsen van de IML-folie in de matrijs tot de laatste van meerdere bewerkingen voor het assembleren van het display, vinden plaats in de productiecellen onder cleanroom-omgeving (ISO 7 klasse).

De door PolyIC geoptimaliseerde geleidende IML-folies (zogenaamde PolyTC-folies) zijn op PET gebaseerde folies met dunne, metallische geleiderstructuren. Ze kunnen veel van de tegenwoordig voor touchscreens gebruikte folies vervangen, die meestal uit indiumtinoxide bestaan (zogenaamde ITO-folies). Alternatieven voor ITO zijn niet alleen technologisch, maar ook economisch zeer interessant, omdat indium een zeldzaam en in toenemende vraag steeds duurder wordend zwaar metaal is. Bovendien vervalt het kostbare lamineren van de folies op de drager. Al vandaag wordt duidelijk dat touchtechnologie in de toekomst vaker toegepast zal worden, niet alleen in communicatietechniek. Er zijn veelzijdige toepassingsgebieden, van de automobielindustrie tot consumentenelektronica en witgoed, voor diverse bedieningsfuncties die per toepassing verschillen.

Zelfs bij hun op maat te maken lay-out kunnen de PolyTC-folies van PolyIC kosteneffectief als serieproduct worden vervaardigd. Tegelijkertijd zijn deze functionele folies geschikt als losse, in het IML-proces verwerkbare labels. Op deze wijze kan de touchsensorfunctionaliteit direct in het spuitgietproces economisch op grote schaal op onderdelen worden aangebracht.

De IML/IMD-productiecellen met de Systec 210 in overzicht: voor de op de K-2013 getoonde IML/IMD-combinatie heeft Sumitomo samen met meerdere specialisten een modulaire installatie ontworpen rondom de hydraulische spuitgietmachine, het multitalent Systec. Partners zijn naast PolyIC (voor de functionele folie) en de Leonhard Kurz Stiftung GmbH & Co. KG, die verantwoordelijk is voor de IMD-decoratiefolie en het IMD-folienhandling, de HBW-Gubesch Kunststoff-Engineering GmbH als ontwikkelaar van de spuitgietvorm, SAR Electronic GmbH als systeemintegrator voor robotgestuurde automatisering, Max Petek Reinraumtechnik voor de cleanroom-oplossing en Kist Maschinenbau GmbH als leverancier van modules voor UV-folijtherstelling en reiniging van de eindproducten.

Het centrale bedieningspunt in de spuitgietcel met de Systec 210 is een hangende industriële robot (TX90 van Stäubli), uitgerust met een driezijdig grijpsysteem. Deze haalt per cyclus een geleidende Inmold-label (PolyTC-label) uit een magazijn en plaatst het precies op de vaste helft van de matrijs. Tegelijkertijd brengt het op de sluitzijde boven het matrijsruimte ingebouwde IMD-aanvoersysteem een dragerfolie met individuele afbeeldingen voor de decoratieve coating van het onderdeel precies in de matrijs. Na het sluiten van de matrijs wordt via een hulpaanvoer het PMMA-display gespoten; het shotgewicht bedraagt 20 g. Hierbij wordt gebruikgemaakt van de variotherme matrijstemperingsmethode, ontwikkeld door de gwk Gesellschaft Wärme Kältetechnik mbH.

De variotherme matrijstemperering heeft vooral bij lange en smalle kanalen in de matrijs, zoals bij het gespoten multitouch-display, een zeer grote invloed op de reproduceerbaar hoge productkwaliteit. Bij deze methode wordt de matrijswand tijdelijk op een temperatuur gebracht tussen de glasovergangstemperatuur en de smelttemperatuur van het gebruikte kunststof. Deze verhoogde matrijstemperatuur vertraagt of voorkomt het stollen van de smeltdraad al bij het inspuiten, houdt de vloeibaarheid ervan door een constante lage viscositeit tot de volledige vulling en verlaagt zo het inspritzedruk en de sluitkracht. Pas nadat de holte volledig is gevuld, wordt de matrijs gekoeld tot de demoldtemperatuur. Tijdens het afkoelen zorgt de gelijkmatige vulling voor een langere werking van de druk in de holte, zelfs in de verste uithoeken, waardoor een gelijkmatige koelingsduur in de gehele matrijs wordt gegarandeerd. Dit vermindert het risico op vervorming door krimp, verbetert de maatnauwkeurigheid en de constante kwaliteit van de spuitdelen. Daarnaast resulteert deze methode in bijzonder gladde oppervlakken en hoogwaardige glanzende afwerkingen in pianolak-look. Al deze voordelen van het variotherme spuitgieten worden ook benut bij de Systec-cel voor het gecombineerde IML/IMD-spuitgieten van het touchscreensysteem met frame in pianolak-look.

Hoewel de kern van de methode in het spuitgietproces zelf ligt, dragen de in de cyclus van 40 s buiten de matrijs plaatsvindende vervolgprocessen aanzienlijk bij aan de kwaliteit van het onderdeel en de kostenefficiëntie. Nadat de zesassige robot een gespoten displayrand uit de matrijs heeft gehaald en een nieuw label heeft geplaatst, legt hij het onderdeel op een werkstukdrager. Van daaruit gaat het naar een afgeschermde laser-scheidingsstation, waar een CO2-laser met afzuiging het folieafval schoon en zonder breuk verwijdert. Vervolgens transporteert de robot het display naar een UV-uithardingsunit om de toplaag van de decoratiefolie uit te harden. Voor de laatste bewerking geeft hij het onderdeel door aan de onder de UV-standplaats geplaatste reinigingsstation. Hier zorgen borstels voor het zorgvuldige en zachte reinigen van IMD-folieresten; losgekomen deeltjes worden volledig afgezogen.

Voor de betrouwbare werking van het multitouch-display is productie onder cleanroom-omstandigheden onmisbaar. Hiervoor reinigt een laminar flow-module de aangezogen buitenlucht en voorkomt via een FFU (Filter Fan Unit) dat partikels binnendringen. Zo wordt een luchtkwaliteit bereikt die voldoet aan klasse ISO 7. Het totale concept van de cel gaat echter verder dan de basisvereisten met een cleanroommodule boven de spuitgieteenheid en gemakkelijk te reinigen profielen en oppervlakken voor de beschermbehuizing. Alle nabewerkingsstappen, zoals het verwijderen van de spuitgietgaten, UV-uitharding en reiniging, vinden plaats in afgeschermde en door scheidingswanden afgesloten modules, die tegen de matrijsruimte van de spuitgietmachine zijn afgeschermd.

De volledige productiecela is modulair opgebouwd. Hierdoor is het mogelijk, met dezelfde basisuitrusting, afhankelijk van de gewenste mate van automatisering modules toe te voegen of weg te laten. Voor korte inbedrijfstellings- en insteltijden en hoge flexibiliteit zorgt bovendien een gestandaardiseerde interface tussen spuitgietmachine en automatisering. Daarnaast draagt het feit dat één enkele industriële robot alle handlingtaken in de gehele productielijn op zich neemt, bij aan snelle inbedrijfstelling en minder complexiteit van de installatie. Door de hangende opstelling van de zesassige robot en de compacte automatiseringsbehuizing beslaat de volledige cel slechts een zeer klein vloeroppervlak.

Het nieuwe SL-plastificeersysteem – compressievrij plastificeren brengt voordelen voor processtabiliteit en productkwaliteit

Het belangrijkste kenmerk waarmee het door Sumitomo op de K-2013 gepresenteerde nieuwe SL (Spiral Logic)-plastificeersysteem zich onderscheidt van conventionele systemen, is een ondervoede, zonder compressiezone werkende plastificeerscrew. Het materiaal wordt gecontroleerd aangevoerd met een voorafgaande doseerscrew. De optimale vulgraad wordt bepaald door de materiaaleigenschappen en de procesparameters. Het gesmolten granulaat wordt vrijwel uitsluitend door goed te beheersen warmte-inbreng via de cilinderverwarming van de plastificeereenheid, waardoor een homogene smelze ontstaat zonder viscositeitsschommelingen.

Vergeleken met conventionele plastificeersystemen biedt het SL-systeem duidelijke voordelen. Belangrijk is dat door de gecontroleerde bedrijfsvoering een zeer homogene smelze zonder viscositeitsschommelingen ontstaat. Hierdoor kunnen procesvariaties en daarmee variaties in de productkwaliteit aanzienlijk worden verminderd. Door de ondervoede werking en het ontbreken van een compressiezone worden onder andere verstoppingen en hoge drukpieken in het vaste stof-gedeelte voorkomen, zoals vaak voorkomt bij conventionele schroeven, vooral bij het verwerken van semi-kristallijne kunststoffen zoals polyamiden en PBT (polybutyleentereftalaat). Tegelijkertijd vermindert de wrijving in het vaste stof-gedeelte van het plastificeersysteem door de verminderde wrijving in het SL-systeem ook de slijtage aanzienlijk. Verdere voordelen van de zachte materiaalbehandeling zijn minder materiaalafbraak, bij vezelgevulde materialen minder afbraak van de vezellengtes, langere reinigingsintervallen voor de vorm en energiebesparingen.

In combinatie met een schakelbare terugstroombeperker heeft het compressievrije plastificeren vooral een positief effect bij de productie van technische precisieonderdelen. Het SL-plastificeersysteem biedt ook voordelen wanneer hoge eisen aan de productzuiverheid worden gesteld, bijvoorbeeld bij het spuitgieten van optische onderdelen. Door het wegvallen van de compressiezone kunnen de anders onvermijdelijke afzettingen op de schroef drastisch worden verminderd, die anders als zwarte vlekken zichtbaar worden in de onderdelen door oncontroleerbaar loslaten van afgebouwd materiaal. Door langere reinigingsintervallen neemt naast de vermindering van het afval ook de machinebeschikbaarheid toe, zelfs bij hoge eisen aan de zuiverheid van de onderdelen.

Het SL-plastificeersysteem is momenteel als serieoptie beschikbaar voor de volledig elektrische machines uit de serie SE-EV, die het bedrijf aanbiedt met sluitkrachten van 500 tot 1.800 kN. Het nieuwe systeem werd getoond op de K-stand, bijvoorbeeld bij precisiespuitgieten op een SE 180 EV (sluitkracht 1.800 kN). Met een tweedelige matrijs worden behuizingsonderdelen voor een smartphone gemaakt uit een ABS/PC-blend; het shotgewicht bedraagt 45 g, de cyclus 25 s.

Precisiespuitgieten – een domein van de volledig elektrische IntElect

Veiligheid, procesconstantie en precisie bij veeleisende taken met uiterst strakke toleranties kenmerken de volledig elektrische serie IntElect. Zoals bij de SE-serie worden ook bij de IntElect de door Sumitomo zelf ontwikkelde, voor het spuitgietproces geoptimaliseerde en zelf geproduceerde elektrische directe aandrijvingen toegepast. In vergelijking met riemaangedreven elektrische aandrijvingen bieden deze directe aandrijvingen een hoger energetisch rendement en zorgen met hun snellere reactievermogen voor hogere precisie, betere herhaalnauwkeurigheid en bovendien voor een cycle time-voordeel. Zo voldoen elektrische machines van Sumitomo vooral aan de eisen bij het spuitgieten van precisieartikelen in grote series.

Gebalanceerde multikamer-werktuigen: op de K-stand produceerde een IntElect 100-340 (sluitkracht 1.000 kN) uit een PC/ABS-blend de complete set onderdelen voor een sleutelhangerhuisje (Smart Key); de cyclus bedraagt 30 s, het shotgewicht 33 g. De bijzondere eis was dat een familie-werktuig met soms zeer grote verschillen in holtevolumes van shot tot shot, procesveilig moet worden gevuld. Daarom wordt hier bovendien de technologiecomponent activeFlowBalance ingezet. Op de stand werd duidelijk gedemonstreerd hoe het aan- en uitschakelen van activeFlowBalance de vormgeving van de onderdelen in de verschillende holten beïnvloedt. Het zesvoudige gereedschap is telkens tweevoudig ontworpen voor de behuizingsboven- en onderdelen en de veel kleinere bedieningsknop.

Met activeFlowBalance kan een ongelijke en schommelende balans in multikamer-werktuigen succesvol worden gecompenseerd, wat anders vaak leidt tot afkeur, ondervulling en beschadiging van het gereedschap. Deze machinefunctie maakt gebruik van de expansie van de gecomprimeerde smelze tijdens de overgang van inspuiting naar de terugdruk, waardoor gedeeltelijk gevulde holten door hun lagere tegendruk sterker worden gevuld. De vulstanden worden zo op natuurlijke wijze in evenwicht gebracht, zonder de cyclus te verlengen.

Geschikt voor cleanroom: op een IntElect 50-45 (sluitkracht 500 kN) worden in een cyclus van 9 s onderdelen uit MABS gespoten voor een perifeer aderverweilkatheter (ook bekend als 'Braunüle'). Deze toepassing toont tevens de cleanroom-geschiktheid van de IntElect, naast precisiespuitgieten met hete kanaalverbinding en multikamer-werktuigen. De eisen van klasse ISO 7 voor de productie van medische producten kunnen eenvoudig en procesecht worden nageleefd. Nodig zijn slechts een laminar flow-module boven de sluiteenheid en de plaatsing van de machine in een schone omgeving (cleanroom).

De IntElect 50-45 was samen met drie andere machines uitgerust met de door T.I.G. Technische Informationssysteme GmbH ontwikkelde nieuwe MAS-software, waarmee in realtime de bedrijfs-, productie- en procesgegevens kunnen worden verzameld, gevisualiseerd, geëvalueerd en bewaakt, zelfs bij een groot aantal machines. Deze nieuwe ontwikkeling, die voor het eerst op de K-stand werd gepresenteerd, is een samenwerkingsproject van Sumitomo. De traceerbaarheid-functies van de software stellen de gebruiker in staat om productierelevante informatie tot aan elk geproduceerd product te herleiden. Vooral in de medische en automobielindustrie wordt dit steeds meer een noodzaak.

Met twee andere volledig elektrische machines was het bedrijf ook vertegenwoordigd op partnerstands. Een IntElect 100-340 (sluitkracht 1.000 kN) produceerde op de beurs van Yushin Precision Equipment Co. Ltd. blisterverpakkingen uit PP. Op de stand van Stieler Kunststoff Service GmbH werd een IntElect 50-110 (sluitkracht 500 kN) gebruikt voor de productie van een radioblad voor het interieur van auto’s. De focus lag op de oppervlakteruwheid van dit veeleisende zichtdeel. Er werd een speciale door Stieler ontwikkelde combinatie van verschillende spuitgiettechnologieën toegepast (wisseltemperatuur, gasuitdrukkracht en CO2-koeling). Met deze methode kunnen hoogwaardige oppervlakken procesecht worden vervaardigd.