Sumitomo (SHI) Demag toont vandaag al de toekomst van de productie van medische onderdelen

Volautomatische en uiterst efficiënte productiezelle voor medische technische onderdelen met de volledig elektrische IntElect S-machine. / Fully automated and highly efficient production cell for medical technical parts with the all-electric IntElect S machine.

In een totale cyclustijd van ongeveer zes seconden worden op een 16-voudige mal doppen voor insulinespuiten vervaardigd. / Producing medical insulin syringe caps on a 16-cavity mould in a six second cycle time.

Die Sumitomo (SHI) Demag Plastics Machinery GmbH, Schwaig, toont op Fakuma 2021 een volledig geautomatiseerde en hoogefficiënte productiezuil voor medische onderdelen. Centraal staan de volledig elektrische spuitgietmachine IntElect S 100/460-250 en een automatiseringsinstallatie van Waldorf Technik GmbH, Engen, gebaseerd op het gepatenteerde systeem Vario Tip FSS. Het beursdepot is onvoorwaardelijk ontworpen voor de productie van medische onderdelen en produceert in een totale cyclustijd van ongeveer zes seconden doppen voor insuline-spuiten, de zogenaamde Insulin-Caps, op een 16-voudige matrijs.

FSS staat voor Floor Space Saving en beschrijft de aanzienlijk gereduceerde ruimtebehoefte van deze Vario-Tip-opbouw in vergelijking met het standaardmodel. De hoge functionaliteit en variabiliteit blijven echter behouden. Het systeem onderscheidt zich door zijn ongeëvenaarde vrijheid voor verschillende gereedschapsconfiguraties en verpakkingsunits. Daarnaast bevat het een scala aan unieke functies die op maat kunnen worden ingezet.

“Direct na het verwijderen van de doppen uit de spuitgietmachine wordt de afnamegrijper gebruikt voor de overdracht. De doppen worden volgens de cavatienummers gesorteerd op een verschuiftafel en van daaruit – uiteraard weer caviteitvrij – in rekken geplaatst,” beschrijft Anatol Sattel, Director Business Development Medical, het proces. “De installatie beschikt bovendien over een QC-station direct na de afname, waar alle 16 onderdelen tijdens de automatische werking kunnen worden uitgesorteerd. Aan het uitlooppunt wacht de Sawyer-Cobot en haalt de gevulde rekken uit de installatie.”

De automatiseringsinstallatie wordt voltooid door de integratie van de Smart Services EVE Suite van Hahn Digital, een dochteronderneming van Hahn Group, Rheinböllen. Het betreft een innovatieve oplossing waarmee de digitale transformatie voor de Smart Factory kan worden gerealiseerd. Een component heet EVE Analytics. Hiermee kunnen installaties locatie-overstijpend en in realtime worden bewaakt. Proces- en machinegegevens worden op platformonafhankelijke dashboards weergegeven en er worden aanvullende analysemogelijkheden gecreëerd.

“Door het gebruik van EVE Analytics kunnen uitvaltijden aanzienlijk worden verminderd. Gerichte meldingen in realtime en locatie-onafhankelijke statusupdates maken snelle reacties mogelijk,” meldt Sattel. “Datanalyse en op KPI's gebaseerde dashboards garanderen een efficiënte monitoring.” Het systeem voert automatisch data-analyse uit met betrekking tot de samenhang en afwijkingen van de optimale instellingen. Op basis van voorspellende analyses worden inzichten gegenereerd die een voortdurende verhoging van de output waarborgen.

Digitaliseringsproject voor uitgebreide kwaliteitscontrole en traceerbaarheid van de productie

“Met name in de medische technologie is een uitgebreide kwaliteitscontrole en traceerbaarheid van de productie onmisbaar,” legt Anatol Sattel uit. “Met ons digitaliseringsproject willen we aan deze eisen voldoen. Momenteel werken we aan de ontwikkeling van een IoT-dashboard waarmee data-analyse en visualisatie, het overdragen en opslaan van knowhow, evenals onderhoudsplanning en -voorspelling mogelijk worden. Het moet naast een assistentiesysteem voor begeleide hulpstappen ook beschikken over andere autonome functies.”

Volgens Sattel kunnen via een interface met de machine cyclus- en tijdsafhankelijke gegevens worden verzameld en weergegeven op een app-gebaseerd dashboard. In de eerste fase dienen deze gegevens voor opslag op een dataserver, het maken van KPI-dashboards, het visualiseren van live-data, het tonen van historische gegevens en trends, en voor analyse. Daarnaast helpt een Troubleshooting-gids bij het oplossen en beoordelen van procesafwijkingen.

Maar dat is nog niet alles: voor de nabije toekomst plant Sumitomo (SHI) Demag de ontwikkeling van assistentie-apps, een systeem voor het inrichten en optimaliseren van processen, de invoering van een materiaal- en kennissysteem, en de integratie van simulatiehulpmiddelen voor uitgebreide instellingen en diepere inzichten in de processen. “Onze visie is een intelligente machine die zelfstandig voorspellingen kan doen over de kwaliteit van onderdelen, slijtage van de machine en storingen, en online optimalisaties kan doorvoeren,” aldus Sattel. “Hierdoor kunnen procesconsistentie worden verhoogd, de productkwaliteit worden verbeterd en het onderhoud worden aangepast.”

Verhoogde capaciteit van het energie-terugwinningssysteem zorgt voor nog betere efficiëntie

Eerste resultaten van het digitaliseringsproject worden indrukwekkend getoond door de volledig elektrische machine IntElect S 100t op de Fakuma-stand (B1-1105). Tegelijkertijd bewijst het de expertise van Sumitomo (SHI) Demag voor medische toepassingen met extreem strakke toleranties en grote aantallen. De hoogprecisie directe aandrijftechniek zorgt voor meer precisie en reproduceerbaarheid, en daarmee voor een hogere kwaliteit van medische componenten. De installatie is bijzonder schoon, koel, snel en stil.

De energie-efficiëntie en de totale bedrijfskosten (Total Cost of Ownership, TCO) worden eveneens aanzienlijk verbeterd door de krachtige aandrijvingen, wat wordt bevestigd door uitgebreide levensduurtesten op machines en componenten. “Spindels die onder de zwaarste omstandigheden zijn getest, vertonen ook na miljoenen cycli geen tekenen van zichtbaar slijtage. De capaciteitsverhoging van het energie-terugwinningssysteem heeft niet alleen de efficiëntie verbeterd, maar ook de levensduur van de elektrische componenten verhoogd,” legt Sattel uit. Bovendien draagt een verbeterde temperatuurregeling van de spindels, motoren en omvormers bij aan een veilige werking van de machine, zelfs bij de meest veeleisende toepassingen.

“Door de gelijkmatiger bedrijfstemperatuur is het energieverbruik lager en hoeft er minder warmte uit gekoelde omgevingen te worden afgevoerd,” meldt de expert. “Hierdoor zijn de bedrijfskosten ook lager.” Duurzaamheid en energie-efficiëntie zijn cruciale factoren om de slogan van de beurs ‘Act! Sustainably’ inhoud te geven. Sumitomo (SHI) Demag heeft zich ten doel gesteld om toekomstige innovaties altijd vanuit het perspectief van duurzaamheid te stimuleren en machines te produceren die daaraan bijdragen. “Ecologisch bewustzijn is daarom onderdeel van onze maatschappelijke verantwoordelijkheid als bedrijf in het kader van een milieubewuste corporate social responsibility,” aldus Sattel.

Daarnaast wijst de Director Business Development Medical op een ander belangrijk aspect: “Om te voldoen aan de expliciete kwaliteitsmanagement- en validatiestandaarden voor medische hulpmiddelen volgens ISO 13485, zijn voor de machine nieuwe gebruikersparameters geïntroduceerd. Op deze manier blijven de processen binnen bepaalde bandbreedtes en kunnen operators zonder toestemming geen aanpassingen maken aan druk, temperatuur, doorvoer- en koelraten. Hierdoor worden gevalideerde spuitgietprocessen voor medische toepassingen mogelijk.”

Meervoudig-naaldvergrendelingssysteem voor maximale onderdelenuitvoer op minimale ruimte

De 16-voudige matrijs van het Fakuma-depot, waarmee de Insulin-Caps worden geproduceerd, wordt geleverd door Kebo AG, Neuhausen am Rheinfall. Aangezien de trend in medische technologie naar steeds kleinere onderdelen en artikelen met kritische toleranties en hoge complexiteit gaat, bedient het Zwitserse familiebedrijf de toenemende vraag naar naaldvergrendelingssystemen en introduceert voor het eerst het nieuwe Multivalve-systeem. Het biedt een eersteklas gietkwaliteit, hoge productievolumes dankzij de beproefde Kebo-clusterbouw (deelcirkel-diameter 60 mm), een compacte bouwgrootte voor zo klein mogelijke spuitgietmachines en overtuigt door lange standtijd en hoge onderhoudsvriendelijkheid.

Bij het Multivalve-systeem is het het ontwikkelingsteam gelukt om de ruimtebehoefte van de bestaande open, compacte clusteropstelling voor het naaldvergrendelingssysteem te behouden. De zeer kleine cavatienafstanden maken het maximale onderdelenuitvoer mogelijk in verhouding tot de gereedschapsoppervlakte. Op de beurs wordt de hoogste uitbreidingsvariant getoond met acht cavatien per cluster – ook zijn er versies met vier of zes cavatien, afhankelijk van de onderdeelgeometrie en de insnijdingspositie. Daarnaast biedt het systeem de unieke mogelijkheid om individuele cavatien eenvoudig en veilig uit te schakelen.

Aangezien de medische markt vooral voor cleanroom-omgevingen volledig elektrische oplossingen prefereert, bevestigt Kebo de naaldvergrendelnozzels via een elektrische plaat. Naast de hoge precisie, netheid en procesveiligheid overtuigt de oplossing met hoge herhaalnauwkeurigheid, minder slijtage en zeer goede temperatuurregeling. Bovendien is de naaldsnelheid individueel regelbaar. Als alternatief voor de elektrische naaldvergrendeling is een pneumatische aandrijving beschikbaar.

Reinraumgeschikte besturings- en regelapparatuur voor medische toepassingen

Voor de regeling van de hete-lijn-naaldvergrendelingen in het gereedschap gebruikt Kebo het regelapparaat M-Ax van Mold-Masters, Baden-Baden. Hiermee worden de hete-lijn-naalden geopend en gesloten volgens gedefinieerde snelheids- en bewegingsprofielen en eindposities. De regelaar uit de Tempmaster-serie is zeer flexibel en kan zonder programmeerkennis voor elke toepassing worden ingesteld. Daarbij kunnen alle lineaire (bijvoorbeeld kernstangen, uitwerpers) en roterende assen (bijvoorbeeld indexplaten, draaiplaten) worden aangestuurd. Bovendien is het apparaat dankzij de volledig elektrische werking geschikt voor de cleanroom en bedoeld voor medische toepassingen.

M-Ax biedt de hoogste precisie en de eenvoudigste aanpassingsmogelijkheden voor geautomatiseerde gereedschappen. De servo-assenbesturing kan worden gecombineerd met maximaal 256 temperatuurregelingszones. Voor de volledige controle over alle spuitgietfuncties zijn tot 64 in- en uitgangen mogelijk. Daarnaast is de regelaar zeer efficiënt en verbruikt tot 60 procent minder energie. De reden hiervoor zijn de servo-aandrijvingen die alleen stroom verbruiken wanneer ze bewegen. Voor meerdere gereedschappen is slechts één apparaat nodig, wat de flexibiliteit verhoogt. Naast de compacte bouw maakt het touchscreen met grote symbolen een eenvoudige bediening mogelijk en een gebruiksvriendelijke en intuïtieve servo- en temperatuurregeling.

Vloeistofdicht, prestatiegeoptimaliseerd PP-copolymeer voor veilige medische producten

Ook het kunststofgranulaat dat op de beurs wordt gebruikt, is speciaal geschikt voor toepassingen in de medische sector en kenmerkt zich door een smeltstroomindex van 70 g / 10 min, wat het vullen van de 16-caviteitvorm vergemakkelijkt. Leverancier is Borealis AG, Wenen. “Wij gebruiken een polypropyleen met de aanduiding Bormed. In samenwerking met onze partner hebben we hier al succesvolle tests uitgevoerd met pipetpunten,” zegt Sattel.

Dit vloeistofdichte, heterofasische PP-copolymeer is door Borealis speciaal ontwikkeld om klanten in de gezondheidszorg te ondersteunen bij het naleven van EU-voorschriften voor medische hulpmiddelen (MDR) en in-vitro diagnostica (IVDR), en daarmee de veiligheid voor patiënten te verhogen. Met het oog op de machineprestaties optimaliseert de hoge vloeiendheid van het materiaal de cyclustijd. Bovendien biedt Bormed een betere slagvastheid van de spuitgietonderdelen.