Sumitomo (SHI) Demag en BASF ontwikkelen nieuwe productiezelle voor hoogpresterende polymeren

- Spuitgietmachine IntElect 1000 kN van Sumitomo (SHI) Demag wordt ingezet in het BASF-technikum
- Innovatieve productiecellen produceren een breed scala aan verschillende proefstukken
- Volautomatische spuitgietinstallatie inclusief robothandling en dataverzameling

De ontwikkeling van de polymeren van morgen begint met het begrijpen van de chemische en mechanische eigenschappen en het verwerkingsgedrag van de materialen. In het technikum voor spuitgieten en extrusie bij BASF in Ludwigshafen produceert een nieuwe volledig geautomatiseerde spuitgietcel van Sumitomo (SHI) Demag meer dan 4.000 verschillende proefinstellingen per jaar.

Voor de ontwikkeling van de innovatieve productiecellen hebben de bedrijfssector Performance Materials van BASF en Sumitomo (SHI) Demag in samenwerking met H+S Automatiseringstechnik hun engineering-competenties en technologische middelen gebundeld. De productiecellen produceren een breed scala aan verschillende proefstukken voor productontwikkeling en onderzoek uit thermoplastische polymeren en compounds.

Centraal in de cel staat een hoogprecisie, volledig elektrische IntElect spuitgietmachine van Sumitomo (SHI) Demag met een sluitkracht van 1000 kN. Naast belangrijke beslissingscriteria zoals compacte bouw, energie-efficiëntie en herhaalnauwkeurigheid waardeert het 30-koppige team in het technikum de verbeterde comfort- en veiligheidsvoorzieningen, waaronder het lage geluidsniveau, maar ook geavanceerde, volledig gedigitaliseerde oplossingen voor automatische gereedschapswissel en robotbesturing.

Bij optimale operationele veiligheid en efficiëntie vervult de lineaire robot SDR 5-35S twee taken. Enerzijds zorgt de robot voor de volledige automatische plaatsing van 12 verschillende wisselinsätzen uit een magazijn in de spuitgietmachine. Anderzijds haalt dezelfde robot met zijn multifunctionele grijper het proefstuk uit het gereedschap en geeft het door aan een kleine Yaskawa GP8 6-assige scharnierarmrobot, die de onderdelen op een spindel aangedreven pers plaatst, die de sprue afscheidt.

Het bestaande gereedschapsconcept en de verdere speciale functies van de spuiteenheid zijn geïntegreerd in de nieuwe productiecellen. De cel is uitgebreid met de integratie van de temperatuurregelaar en de koppeling aan het nieuw ingevoerde Manufacturing Execution System (MES). Voor Reinhard Jakobi, hoofd Verwerkingstechniek bij BASF, is innovatief machinebouw, dat uitontwikkelde technologie combineert met hoogstaande automatisering en verwerkingsprecisie, de basis van succes. Het slagen van dit baanbrekende project is te danken aan de inzet, flexibiliteit en oplossingsgerichte aanpak van het hele projectteam.

Angelika Homes, hoofd projectingenieur bij BASF, voegt toe: “Hoewel we met het team van Sumitomo (SHI) Demag konden bouwen op uitgebreide ervaring in de samenwerking bij de productie op standaard spuitgietmachines, toonden alle partners vanaf het begin moed om af te wijken van bestaande concepten en nieuw terrein te betreden. Ondanks de complexiteit van het project leverden Sumitomo (SHI) Demag en H+S een innovatief ontwerp van de productiecellen, dat zich onderscheidt door een veel kleinere energetische voetafdruk en veel minder ruimtegebruik in vergelijking met andere cellen.”

Gereedschapswissel: altijd een heet hangijzer

Veel van de proefstukken die in het BASF-technikum worden verwerkt, zijn glasvezelversterkte, vaak ook met brandvertragende additieven uitgeruste hoogtemperatuur-thermoplasten. Hierdoor bereiken de smelttemperaturen tot 400°C en de gereedschapstemperaturen tot 180°C.

Het gereedschapsmagazijn kan via de robot worden voorzien van 12 wisselinsätze. Dankzij de integratie van HB-Therm temperatuurregelaars in de besturing van de Sumitomo (SHI) Demag-machines worden de wissels van de insätze in de spuitgietmachine ook bij hoge gereedschapstemperaturen geautomatiseerd en daarmee veilig en efficiënt uitgevoerd.

Markus Hausmann, hoofd ingenieur voor automatiseringssystemen bij Sumitomo (SHI) Demag, legt uit: “Om een veilige verwijdering van het gereedschap door de SDR-robot te garanderen, wordt de temperatuur verlaagd tot 80°C en wordt de druk in gebruik verminderd. Hiervoor moet onze machinebesturing naadloos communiceren met het MES van BASF.”
Het MES van BASF informeert de cel wanneer het einde van de huidige proefinstelling nadert en geeft het commando voor de volgende gereedschapswissel aan de productiecellen. Direct na het produceren van het laatste proefstuk wordt het wisselinsätze geregeld en afgekoeld door het geïntegreerde temperingsapparaat.

Vervolgens wordt de wissel insätze gesynchroniseerd met de celbesturing via uitgangs- en ingangssignalen en wordt de nieuwe gereedschapsgegevensset via de robotschnittstelle uitgebreid. Na de wissel wordt het temperingsapparaat weer opgewarmd. De automatische werking wordt gestart en zodra de gereedschapstemperatuur is bereikt, wordt de productie van een nieuwe proefinstelling gestart.

Precisie stansen

Voor BASF vormt de oplossing voor de veeleisende stansopdrachten een uitstekende ingenieursprestatie binnen het gehele project. Vanwege het brede toepassingsgebied test BASF een breed scala aan materialen – van zachte en taaie tot stijve en brosse polymeren. Daarnaast zijn er veel verschillende proefgeometrieën. Zo variëren de wanddiktes tussen 0,5 mm en 4 mm. Veel BASF-proefstukken worden volgens ISO 294 geproduceerd. De norm definieert de eisen aan het Angus-systeem en de geometrie van de monsters. “De vormdeelafscheiding door middel van stansen is een vereiste, omdat het de materiaaleigenschappen niet verandert en geen stofdeeltjes ontstaan,” legt Hausmann uit.

De multifunctionele grijper zorgt ervoor dat alle proefstukgeometrieën met de hoogste precisie op de stanstafel worden geplaatst. Dit is niet zonder problemen, omdat veel van de materialen waarmee BASF werkt, een hoog glasvezelgehalte hebben, wat vervorming bij de proefstukken kan veroorzaken. Over hoe de servogestuurde stansgrijper de uitdaging aangaat om de onderdelen veilig op de stansplaat te plaatsen, benadrukt Hausmann: “Als de proefstukken niet goed vastgezet worden, kan het gebeuren dat ze scheef worden gestanst en daardoor niet voldoen aan de gespecificeerde kwaliteitsnormen.”

Digitale integratie

Het BASF-team voert dagelijks een groot aantal verschillende proefinstellingen uit op de productiecellen. Dit betekent dat het MES van de cel telkens verschillende materiaaleigenschappen, procesparameters, proefstukgeometrieën en temperaturen voorschrijft. Elke individuele spuitcyclus wordt vervolgens digitaal vastgelegd en gedocumenteerd.

Homes legt uit: “Het nieuwe systeem onderscheidt zich doordat elke cyclus en een groot aantal gegevens worden vastgelegd, wat ons diepgaande inzichten geeft.” Deze gegevens zijn uiterst waardevol, omdat ze het volledige bewerkingsproces weergeven en we diepgaande conclusies kunnen trekken over hoe het materiaal zich onder bepaalde omstandigheden gedraagt en hoe een klant het later kan verwerken.”

Oplossingen voor de uitdagingen van onze tijd

Al meer dan 80 jaar draagt het verwerkingstechnikum in Ludwigshafen bij aan technologische vooruitgang en heeft in die tijd grote bijdragen geleverd aan het oplossen van uitdagingen in de kunststofontwikkeling en -verwerking. Maar net zoals innovaties worden aangedreven door trends, ontwikkelen geautomatiseerde processen en de beschikbare data zich tot katalysatoren voor het versnellen van praktijkgerichte materiaalkunde. De flexibiliteit van machines is voor dit succes een essentiële factor, aldus Jakobi. “Deze nieuwe cel bevestigt het belang van automatisering en digitalisering bij materiaalkunde en de simulatie en ontwerp van onderdelen.”

Maar zoals BASF heeft ondervonden, hangt het succes ook af van het bundelen van industrie- en engineeringkennis door alle partners en het delen van hun expertise op het gebied van automatisering, verwerking en integratie. Door deze kennis samen te brengen, hebben BASF, Sumitomo (SHI) Demag en H+S Automatisering een systeem ontwikkeld dat de productie van proefstukken en de materiaalkunde naar een geheel nieuw niveau tilt.

“Voor de inspanningen van BASF om duurzame producten en oplossingen voor de industrie te ontwikkelen, is zo’n geautomatiseerde spuitgietcel onmisbaar. Haar capaciteit om jaarlijks meer dan 4.000 verschillende proefinstellingen voor high-performance polymeren met complexe formuleringen uit te voeren en de resultaten digitaal te volgen via het MES-systeem versnelt deze innovaties,” concludeert Hausmann.