Z kombinacją IML/IMD do wyświetlacza multitouch — Bez strefy kompresji z systemem plastyfikacji SL dla wyższej precyzji

Kompakte komórka produkcyjna z Systec 210, łącząca technologię IML i IMD. Na jej podstawie w jednym cyklu powstaje wyświetlacz wielodotykowy.

Na stronie zamykającej formy ramka dużego wyświetlacza 5-calowego jest dekorowana za pomocą jednostki IMD bezpośrednio podczas wtrysku. / On the clamping side of the mould the frame of the 5-inch display is decorated using the IMD unit directly during injection.

Części obudowy smartfona wykonane z mieszanki ABS/PC, wyprodukowane na w pełni elektrycznej maszynie SE 180 EV, wyposażonej w nowoczesny system plastyfikacji SL. System pracuje z całkowicie podgrzewanym śrubą plastyfikacyjną bez strefy sprężania (śruba); podawanie materiału zapewnia wstępnie zamontowana śruba dozująca (GS Loader).

Produkty wyprodukowane z pełnosilnikową precyzją IntElect: obudowa klucza inteligentnego (po lewej) z elementami wykonanymi z mieszanki PC/ABS, wyprodukowana w sześciokomorowym narzędziu rodzinnym na maszynie IntElect 100, oraz elementy do „Braunüle” (po prawej), wykonane z MABS i w warunkach czystego pomieszczenia na maszynie IntElect 50.

Innowacyjne technologie i procesy produkcyjne, realizowane w złożonych i w pełni zautomatyzowanych komorach wtryskowych, a także za pomocą precyzyjnych, dynamicznych i energooszczędnych maszyn wtryskowych, oferują rozwiązania Sumitomo o wysokiej wartości dodanej dla różnych branżowych zastosowań.

Po raz pierwszy na targach K w Düsseldorfie zaprezentowano w pełni zautomatyczną komorę produkcyjną IML/IMD, w której poprzez wtrysk w jednym cyklu powstaje 5-calowy multitouchowy wyświetlacz. Również po raz pierwszy w Europie można było zobaczyć system plastyfikacji SL, który działa bez tradycyjnej strefy sprężania, oferując tym samym korzyści w porównaniu do konwencjonalnych systemów plastyfikacji. Dodatkowo firma zaprezentowała zakres możliwości w pełni elektrycznej maszyny IntElect na przykładzie różnych zastosowań.

Komora wtryskowa do multitouchowego wyświetlacza – IML dla funkcji, IMD dla dekoracji

Po raz pierwszy w rozmiarze 5-calowym – odpowiadającym rozmiarowi dzisiejszego smartfona – produkcja multitouchowego wyświetlacza poprzez wtrysk na maszynie Systec 210 (siła zamknięcia 2100 kN) dokumentuje kompetencje firmy w zakresie złożonych, w pełni zautomatyzowanych komór wtryskowych do efektywnej i bezpiecznej w produkcji seryjnej innowacyjnych produktów. Podczas prezentacji na stoisku K, w seryjnej produkcji, zastosowano specjalne, opracowane przez PolyIC GmbH & Co. KG, należące do grupy Kurz, folie funkcjonalne w metodzie Inmold-Labeling (IML), z nakładką z PMMA. Równocześnie, wąska ramka, która jest również wtryskiwana, jest dekorowana techniką Inmold-Decoration (IMD) w czarnej lakierowanej na wysoki połysk powierzchni. Wszystkie operacje, od wkładania folii IML do formy, po ostatnie etapy wykończenia i konfekcjonowania wyświetlacza, odbywają się w komorze produkcyjnej w warunkach czystego pomieszczenia (klasa ISO 7).

Folie IML (znane jako PolyTC) zoptymalizowane przez PolyIC do przetwarzania wtryskowego to folie na bazie PET, pokryte cienkimi, metalicznymi strukturami przewodzącymi. Mogą one zastąpić wiele obecnie używanych folii do ekranów dotykowych, głównie na bazie indiozincotlenku (ITO). Alternatywy dla ITO są nie tylko technologicznie, ale i ekonomicznie bardzo interesujące, ponieważ indio jest rzadkim i rosnąco drożejącym metalem ciężkim. Dodatkowo, eliminowane jest kosztowne laminowanie folii na nośniku. Już dziś widać, że technologia ekranów dotykowych będzie coraz częściej wykorzystywana, nie tylko w technologiach komunikacyjnych. Zastosowania obejmują m.in. przemysł motoryzacyjny, elektronikę użytkową i sprzęt AGD, z różnymi funkcjami obsługi dostosowanymi do konkretnych potrzeb.

Samodzielnie, przy indywidualnym układzie, folie PolyTC od PolyIC można produkować efektywnie jako seryjne wyroby. Jednocześnie mogą one służyć jako pojedyncze etykiety, które można przetwarzać w metodzie IML. W ten sposób funkcjonalność czujnika dotyku może być ekonomicznie nanoszona bezpośrednio na elementy w dużej serii w procesie wtrysku.

Komora produkcyjna IML/IMD z maszyną Systec 210 – przegląd: dla prezentacji na targach K 2013 firma Sumitomo, we współpracy z kilkoma specjalistami, zaprojektowała modułowy system oparty na wszechstronnej maszynie wtryskowej Systec. Partnerami są oprócz PolyIC (folie funkcjonalne) i Stiftung GmbH & Co. KG (folie dekoracyjne IMD i obsługa folii IMD), firma HBW-Gubesch Kunststoff-Engineering GmbH (projekt formy wtryskowej), SAR Electronic GmbH (system integracji z robotami automatyzacji), Max Petek Reinraumtechnik (system czystego pomieszczenia) oraz Kist Maschinenbau GmbH (dostawca modułów do utwardzania i czyszczenia formowanych elementów).

Centralnym punktem w komorze wtryskowej z maszyną Systec 210 jest zawieszony robot przemysłowy (TX90 firmy Stäubli), wyposażony w trójstronny system chwytaków. Zbiera on z magazynka przewodzące etykiety Inmold (PolyTC) i precyzyjnie umieszcza je na stałej części formy wtryskowej. Równocześnie, zamontowane powyżej przestrzeni formowania urządzenie IMD podaje nośnik folii z obrazami do dekoracji elementu formowanego, dokładnie w miejscu. Po zamknięciu formy, za pomocą pomocniczego kanału, wtryskiwany jest wyświetlacz z PMMA; masa wtrysku wynosi 20 g. W tym procesie stosowana jest termiczna regulacja temperatury narzędzia, opracowana przez firmę gwk Gesellschaft Wärme Kältetechnik mbH.

Termiczna regulacja narzędzia ma szczególne znaczenie przy długich i wąskich kanałach w formie, jak w przypadku multitouchowego wyświetlacza, zapewniając powtarzalnie wysoką jakość produktu. W tym procesie, ściana formy jest tymczasowo podgrzewana do temperatury pomiędzy temperaturą przejścia szkła a temperaturą topnienia używanego plastiku. Podniesiona temperatura ściany formy opóźnia lub uniemożliwia twardnienie stopionej masy już podczas wtrysku, utrzymując jej płynność dzięki stałej niskiej lepkości do pełnego wypełnienia formy, jednocześnie redukując potrzebę ciśnienia wtrysku i siłę zamknięcia. Po pełnym wypełnieniu formy, następuje chłodzenie, aż element osiągnie temperaturę demontażu. Równomierne wypełnienie formy podczas chłodzenia pozwala na dłuższe utrzymanie ciśnienia w obszarach odległych od kanałów, co zapewnia równą długość cyklu chłodzenia w całej formie. To zmniejsza ryzyko odkształceń spowodowanych kurczeniem się, poprawia wymiarową dokładność i powtarzalność elementów wtryskowych. Dodatkowo, proces ten sprzyja uzyskaniu bardzo gładkich powierzchni i wysokiego połysku w stylu lakieru fortepianowego. Wszystkie te zalety termicznego wtrysku znajdują zastosowanie również w komorze Systec podczas łączenia technologii IML/IMD w produkcji wyświetlaczy dotykowych z ramkami w lakierze fortepianowym.

Chociaż głównym aspektem tego procesu jest sam wtrysk, to operacje wykonywane poza formą w cyklu trwającym 40 sekund znacząco wpływają na jakość elementu i opłacalność produkcji. Po wyjęciu z formy, robot sześciostanowiskowy (z robotem 6-osiowym) pobiera wyprodukowany ramkę wyświetlacza i wkłada nową folię etykietową. Następnie element trafia do zamkniętej stacji laserowej, gdzie laser CO2 z odciągiem precyzyjnie usuwa filmowy nadmiar. Kolejnym krokiem jest przeniesienie wyświetlacza do jednostki utwardzania UV, aby utwardzić lakier dekoracyjny. Ostatecznie, robot przekazuje element do stacji czyszczenia umieszczonej pod stacją UV, gdzie szczotki dokładnie i delikatnie usuwają resztki folii IMD, a odłączone od krawędzi cząstki są odsysane bez pozostałości.

Produkcja multitouchowego wyświetlacza w warunkach czystego pomieszczenia jest niezbędna dla zapewnienia jego niezawodnej funkcjonalności. W tym celu, moduł laminarnego przepływu oczyszcza zasysane powietrze zewnętrzne i zapobiega przedostawaniu się cząstek, zapewniając czystość na poziomie klasy ISO 7. Cały koncept komory wykracza jednak poza podstawowe wymagania, obejmując moduł czystego pomieszczenia nad jednostką wtryskową oraz łatwe do czyszczenia profile i powierzchnie obudowy ochronnej. Wszystkie operacje wykończeniowe, takie jak odcinanie nadmiaru, utwardzanie UV i czyszczenie, odbywają się w zamkniętych modułach, odizolowanych od przestrzeni formowania formy wtryskowej.

Cała linia produkcyjna jest modułowa, co pozwala na dodawanie lub usuwanie modułów w zależności od pożądanego poziomu automatyzacji przy tej samej podstawowej konfiguracji. Standardowy interfejs między maszyną wtryskową a automatyzacją zapewnia szybkie uruchomienie i wysoką elastyczność. Dodatkowo, aby skrócić czas uruchomienia i zmniejszyć złożoność systemu, cały proces obsługi realizuje jeden robot przemysłowy. Dzięki zawieszonej konstrukcji robota 6-osiowego i kompaktowej osłonie automatyzacji, cała linia zajmuje bardzo mało miejsca.

Nowy system plastyfikacji SL – bezsprężynowa plastyfikacja zapewnia stabilność procesu i jakość produktu

Kluczową cechą wyróżniającą nowy system plastyfikacji SL (Spiral Logic), zaprezentowany przez Sumitomo na K 2013, od konwencjonalnych systemów jest brak strefy sprężania. Materiał jest podawany za pomocą wstępnej śruby dozującej bez strefy sprężania. Optymalne napełnienie formy zależy od właściwości materiału i parametrów procesu. Granulat jest topiony głównie przez kontrolowaną dostawę ciepła za pomocą grzałek cylindrowych w jednostce plastyfikacyjnej.

W porównaniu do konwencjonalnych systemów plastyfikacji, system SL oferuje wyraźne korzyści. Dzięki kontrolowanemu trybowi pracy powstaje jednorodna stopiona masa bez wahań lepkości. To pozwala na znaczne ograniczenie wahań procesu i tym samym poprawę jakości wyrobu. Praca bez strefy sprężania i brak sprężania wstępnego zapobiegają powstawaniu zatorów i wysokim szczytom ciśnienia w obszarze stałym, które często występują przy przetwarzaniu półkrystalicznych tworzyw, takich jak poliamidy czy PBT. Dodatkowo, zmniejszone tarcie w systemie SL znacząco redukuje zużycie elementów śrubowych. Inne korzyści to mniejsza degradacja materiału, dłuższe interwały czyszczenia formy, a także oszczędność energii.

Połączenie z przełączalną blokadą powrotu ciśnienia sprawia, że system SL jest szczególnie korzystny przy produkcji precyzyjnych elementów technicznych. Również w przypadku wysokich wymagań dotyczących czystości wyrobów, np. przy wtrysku elementów optycznych, eliminacja strefy sprężania znacząco ogranicza osadzanie się zanieczyszczeń na śrubie, które w konwencjonalnych systemach mogą być widoczne jako czarne punkty w elementach formowanych. Dłuższe interwały czyszczenia podnoszą dostępność maszyny i zmniejszają ilość odpadów, nawet przy wysokich wymaganiach czystości wyrobów.

System SL jest obecnie dostępny jako opcja dla w pełni elektrycznych maszyn serii SE-EV, które oferuje firma w zakresie siły zamknięcia od 500 do 1800 kN. Prezentowany był na stoisku K na przykładzie precyzyjnego wtrysku na maszynie SE 180 EV (siła zamknięcia 1800 kN). Przy użyciu dwukomponentowego narzędzia powstały elementy obudowy do smartfona z mieszanki ABS/PC; masa wtrysku wynosi 45 g, cykl 25 s.

Precyzyjny wtrysk – domena w pełni elektrycznej IntElect

Bezpieczeństwo, powtarzalność procesu i precyzja w realizacji zadań o najściślejszych tolerancjach to charakterystyczne cechy serii IntElect. Podobnie jak w przypadku serii SE, w IntElect stosowane są własnoręcznie opracowane, zoptymalizowane pod kątem procesu wtrysku i produkowane elektryczne napędy bezpośrednie firmy Sumitomo. W porównaniu do napędów z przekładniami pasowymi, te napędy zapewniają wyższą sprawność energetyczną i szybszą reakcję, co przekłada się na wyższą precyzję, powtarzalność i krótszy czas cyklu. Maszyny elektryczne Sumitomo szczególnie dobrze sprawdzają się przy produkcji seryjnej precyzyjnych elementów.

Wyważone narzędzia wielokomorowe: na stoisku K maszyna IntElect 100-340 (siła zamknięcia 1000 kN) z mieszanki PC/ABS wyprodukowała kompletny zestaw elementów do obudowy kluczyka (Smart Key); cykl trwa 30 s, masa wtrysku 33 g. Kluczowe wyzwanie stanowiło zapewnienie bezpiecznego napełniania rodziny form z różną objętością komór, co wymagało zastosowania technologii activeFlowBalance. Na stoisku pokazano, jak działanie tego systemu wpływa na formowanie elementów w poszczególnych komorach. Narzędzie sześciokomorowe jest podzielone na dwie części na obudowę górną i dolną oraz na mniejszy przycisk.

System activeFlowBalance pozwala na skuteczne wyrównanie nierównomiernego i zmiennego napełniania wielokomorowych form, co w przeciwnym razie mogłoby prowadzić do powstawania nadliczeń, niedomiarów i uszkodzeń formy. Funkcja ta wykorzystuje podczas przejścia od wtrysku do utrzymania ciśnienia rozszerzenie sprężonej stopionej masy, co powoduje, że częściowo napełnione komory, z powodu mniejszego ciśnienia oporu, wypełniają się silniej. W ten sposób, bez wydłużania cyklu, wyrównują się stany napełnienia, zapewniając równomierne rozłożenie ciśnienia w formie.

Przydatny w czystych pomieszczeniach: na maszynie IntElect 50-45 (siła zamknięcia 500 kN) wytwarzane są z materiałów MABS elementy do peryferyjnego cewnika dożylnych (tzw. „Branule”) w cyklu 9 s. Ta aplikacja potwierdza, oprócz precyzyjnego wtrysku z podłączeniem do kanałów gorących i wielokomorową formą, również czystość i przydatność IntElect do produkcji w warunkach czystego pomieszczenia. Wymagania klasy ISO 7, często stawiane przy produkcji wyrobów medycznych, można spełnić w prosty i bezpieczny sposób, wyposażając maszynę w laminarne urządzenie przepływowe nad jednostką zamknięcia oraz ustawiając ją w czystym środowisku (czysty pokój).

IntElect 50-45 była wyposażona, we współpracy z firmą T.I.G. Technische Informationssysteme GmbH, w nową oprogramowanie MAS, umożliwiające w czasie rzeczywistym rejestrowanie, wizualizację, analizę i nadzór nad danymi operacyjnymi, produkcyjnymi i procesowymi, nawet przy dużej liczbie maszyn. To rozwiązanie, po raz pierwszy zaprezentowane na targach K, powstało we współpracy z Sumitomo. Funkcje śledzenia (Traceability) pozwalają na odtworzenie informacji o produkcie od momentu jego powstania, co jest coraz bardziej istotne w branży medycznej i motoryzacyjnej.

Firma była również obecna na stoiskach partnerów z dwoma innymi maszynami w pełni elektrycznymi. Maszyna IntElect 100-340 (siła zamknięcia 1000 kN) produkowała na stoisku Yushin Precision Equipment Co. Ltd. blisterki z PP. Na stoisku firmy Stieler Kunststoff Service GmbH służyła do produkcji osłony radiowej do wnętrza samochodu. Podczas produkcji skupiono się na jakości powierzchni tego wymagającego elementu. Wykorzystano specjalną, opracowaną przez Stieler kombinację technologii wtrysku (zmienne temperatury, technologia gazowego końca wtrysku i chłodzenie CO2). Ta metoda umożliwia bezpieczne i wysokiej jakości uzyskiwanie powierzchni.