Sumitomo (SHI) Demag i BASF opracowują nową komórkę produkcyjną dla wysokowydajnych polimerów

- Wtryskarka IntElect 1000 kN firmy Sumitomo (SHI) Demag wykorzystywana jest w laboratorium BASF
- Innowacyjna komórka produkcyjna wytwarza szeroki zakres różnych próbek
- W pełni automatyczny system wtryskowy z robotem i systemem rejestracji danych

Rozwój polimerów jutra zaczyna się od zrozumienia ich właściwości chemicznych i mechanicznych oraz zachowania podczas przetwarzania. W laboratorium do wtrysku i ekstruzji w BASF w Ludwigshafen, nowa w pełni zautomatyzowana komórka wtryskowa firmy Sumitomo (SHI) Demag produkuje ponad 4 000 różnych ustawień próbnych rocznie.

Dla rozwoju innowacyjnej komórki produkcyjnej dział Performance Materials firmy BASF oraz Sumitomo (SHI) Demag, we współpracy z H+S Automatisierungstechnik, połączyły swoje kompetencje inżynieryjne i zasoby technologiczne. Komórka ta produkuje szeroki zakres różnych próbek do rozwoju produktu i badań z termoplastycznych polimerów i kompozytów.

W centrum komórki znajduje się precyzyjna, w pełni elektryczna wtryskarka IntElect firmy Sumitomo (SHI) Demag o sile zamknięcia 1000 kN. Oprócz kluczowych kryteriów takich jak kompaktowa budowa, efektywność energetyczna i powtarzalność, 30-osobowy zespół w laboratorium ceni sobie ulepszone wyposażenie w zakresie komfortu i bezpieczeństwa, w tym niski poziom hałasu, a także zaawansowane, w pełni cyfrowe rozwiązania do automatycznej wymiany narzędzi i sterowania robotem.

Przy optymalnym bezpieczeństwie i wydajności operacyjnej, robot liniowy SDR 5-35S realizuje dwa zadania. Po pierwsze, zapewnia pełną automatyczną wymianę 12 różnych wkładek z magazynu do wtryskarki. Po drugie, ten sam robot za pomocą wielofunkcyjnego chwytaka wyjmuje próbkę z narzędzia i przekazuje ją małemu robotowi ramieniowemu Yaskawa GP8 6-osiowemu, który umieszcza elementy na wrzecionowym stemplu, odcinającym kanał wtryskowy.

Obecna koncepcja narzędzia i dalsze funkcje specjalne jednostki wtryskowej zostały zintegrowane z nową komórką produkcyjną. Rozszerzenia obejmowały kontrolę urządzeń grzewczych i podłączenie do nowo wprowadzonego systemu MES. Dla Reinharda Jakobiego, kierownika działu technologii przetwarzania w BASF, innowacyjny przemysł maszynowy, łączący dojrzałą technologię z zaawansowaną automatyzacją i precyzją przetwarzania, stanowi podstawę sukcesu. Powodzenie tego przełomowego projektu zawdzięcza zaangażowaniu, elastyczności i rozwiązaniom zespołu projektowego.

Angelika Homes, główna inżynier projektu w BASF, dodaje: „Chociaż współpracowaliśmy z zespołem Sumitomo (SHI) Demag, korzystając z bogatego doświadczenia w produkcji na standardowych wtryskarkach, wszyscy partnerzy od początku wykazali odwagę, by odejść od istniejących koncepcji i wejść na nowe terytorium. Pomimo złożoności projektu, Sumitomo (SHI) Demag i H+S dostarczyły innowacyjny projekt komórki produkcyjnej, charakteryzujący się znacznie mniejszym śladem energetycznym i zajmującym mniej miejsca w porównaniu z innymi systemami.”

Wymiana narzędzi: zawsze gorący temat

Wiele próbek przetwarzanych w laboratorium BASF to wzmocnione włóknem szklanym, często z dodatkiem środków przeciwpożarowych, wysokotemperaturowe termoplasty. W związku z tym temperatury topnienia sięgają nawet 400°C, a temperatury narzędzi do 180°C.

Magazyn narzędzi może być załadowany przez robota 12 wkładkami wymiennymi. Dzięki integracji sterowników urządzeń grzewczych HB-Therm z systemem sterowania maszyną Sumitomo (SHI) Demag, wymiana wkładek przy wysokich temperaturach narzędzi odbywa się automatycznie, zapewniając bezpieczeństwo i wydajność.

Markus Hausmann, główny inżynier ds. systemów automatyzacji w Sumitomo (SHI) Demag, wyjaśnia: „Aby zapewnić bezpieczne wyjęcie narzędzia przez robota SDR, temperatura jest obniżana do 80°C, a ciśnienie w użyciu zmniejszane. Nasza kontrola maszyn musi bezproblemowo komunikować się z MES BASF.”
System MES BASF powiadamia komórkę, kiedy kończy się aktualne ustawienie próbne i przekazuje polecenie kolejnej wymiany narzędzia. Zaraz po wyprodukowaniu ostatniej próbki, wkładka jest chłodzona przez zintegrowany system grzewczy.

Następnie wymiana wkładek jest synchronizowana za pomocą sygnałów wejścia/wyjścia z kontrolerem komórki, a nowy zestaw danych narzędzia jest przesyłany przez interfejs robota. Po wymianie narzędzia urządzenia grzewcze ponownie się nagrzewają. Automatyczny tryb pracy jest uruchamiany, a gdy temperatura narzędzia osiągnie wymaganą wartość, rozpoczyna się produkcja nowej próbki.

Precyzyjne tłoczenie

Dla BASF rozwiązanie problemów związanych z trudnymi zadaniami tłoczenia stanowi wybitne osiągnięcie inżynierskie w ramach całego projektu. Ze względu na szerokie zastosowanie, BASF testuje szeroki zakres materiałów – od miękkich i kruchej po twarde i łamliwe polimery. Dodatkowo, próbki mają różne geometrie, a grubości ścianek wahają się od 0,5 mm do 4 mm. Wiele próbek jest produkowanych zgodnie z normą ISO 294, która określa wymagania dotyczące systemu Angus i geometrii próbek. „Oddzielenie części formą przez tłoczenie jest konieczne, ponieważ nie zmienia właściwości materiału i nie powstają pyłki,” wyjaśnia Hausmann.

Wielofunkcyjny chwytak zapewnia, że wszystkie geometrie próbek są precyzyjnie umieszczane na stole tłoczniowym. Nie jest to łatwe, ponieważ wiele materiałów, z którymi pracuje BASF, zawiera dużą ilość włókna szklanego, co może powodować odkształcenia próbek. Hausmann podkreśla: „Jeśli próbki nie są odpowiednio mocno zamocowane, mogą zostać źle tłoczone i nie spełniać wymagań jakościowych.”

Cyfrowa integracja

Zespół BASF codziennie przeprowadza wiele różnych ustawień próbnych na komórce produkcyjnej. Oznacza to, że system MES komórki przekazuje różne parametry materiałowe i procesowe, geometrie próbek i temperatury. Każdy cykl wtrysku jest następnie cyfrowo rejestrowany i dokumentowany.

Homes wyjaśnia: „Nowy system polega na tym, że każdy cykl i wiele danych jest rejestrowanych, co pozwala nam na głębokie analizy.” Te dane są niezwykle cenne, ponieważ odzwierciedlają cały przebieg procesu i umożliwiają wyciąganie wniosków na temat zachowania materiału w określonych warunkach oraz jego późniejszej obróbki przez klienta.”

Rozwiązania dla wyzwań naszych czasów

Od ponad 80 lat laboratorium przetwarzania w Ludwigshafen przyczynia się do postępu technicznego i wnosi istotny wkład w rozwiązanie wyzwań związanych z rozwojem i przetwarzaniem tworzyw sztucznych. Podobnie jak innowacje napędzane trendami, automatyzacja procesów i dostępne dane stają się katalizatorem przyspieszającym praktyczne rozwój materiałów. Elastyczność maszyn jest kluczowym czynnikiem sukcesu, podkreśla Jakob. „Ta nowa komórka potwierdza znaczenie automatyzacji i cyfryzacji w rozwoju materiałów oraz w symulacji i projektowaniu elementów.”

Jak zauważyła BASF, sukces zależy również od tego, czy wszyscy partnerzy będą dzielić się swoją wiedzą przemysłową i inżynieryjną oraz swoje doświadczenie w zakresie automatyzacji, przetwarzania i integracji. Wspólnie opracowali system, który wynosi produkcję próbek i rozwój materiałów na zupełnie nowy poziom.

„Dla BASF, które dąży do opracowania zrównoważonych produktów i rozwiązań dla przemysłu, taka zautomatyzowana wtryskarka jest niezbędna. Jej zdolność do realizacji ponad 4 000 różnych ustawień próbnych rocznie dla wysokowydajnych polimerów o skomplikowanych formulacjach i cyfrowe śledzenie wyników za pomocą systemu MES przyspiesza te innowacje,” kończy Hausmann.