Mérnöki kompetenciáikat és technológiai erőforrásaikat egyesítve a BASF Performance Materials részlege a Sumitomo (SHI) Demaggal és a H + S Automatisierunggal együttműködve egy innovatív gyártócellát hozott létre, amely a hőre lágyuló polimerek és vegyületek termékfejlesztési és kutatási tevékenységeihez szükséges különböző próbatestek széles skáláját állítja elő.
A cella középpontjában a Sumitomo (SHI) Demag ultraprecíz IntElect 1000 kN-os fröccsöntőgépe áll. A kompakt kialakítása, energiahatékonysága és megismételhetősége miatt választották, és a létesítmény 30 fős kutatócsapata az IntElect fokozott jóléti és biztonsági jellemzőit is üdvözölte. Ezek közé tartoznak a szerszámcserék automatizálására szolgáló progresszív megoldások és az alacsony zajkibocsátás, valamint a teljesen digitalizált robotizált feldolgozási megoldások.
Az operatív biztonság és hatékonyság érdekében a lineáris SDR 5-35S robot két célt szolgál. Új funkciója, hogy teljesen automatizálja a 12 cserélhető szerszámbetét kiválasztását és elhelyezését a cellán belül található tárból. Miután az alkatrész megformázásra került, ugyanaz a robot, amely egy többfunkciós megfogóval van felszerelve, óvatosan kiemeli a próbatestet a szerszámból, és átadja azt a kis hattengelyes, csuklós karú Yaskawa GP8 robotnak, amely egy szervoorsós lyukasztógép segítségével pontosan kivágja a próbatesteket a kapuból.
A BASF meglévő szerszámbetét-koncepcióját és speciális jellemzőit a fröccsöntő egységbe integrálva a berendezés tartalmaz egy meglévő hőszabályozó egységet és egy új digitális gyártás-végrehajtási rendszert (MES) is az egyes vizsgálati szekvenciák feltérképezésére. Reinhard Jakobi, a BASF teljesítményanyag-feldolgozásért felelős vezetője úgy jellemzi a projektet, mint a kiforrott technológiát a legmodernebb automatizálással és formázási pontossággal ötvöző fejlett mérnöki teljesítményt. Az egész csapat elkötelezettségét, rugalmasságát és megoldásorientált megközelítését tartja a legfontosabbnak egy ilyen úttörő projekt megvalósításában.
Angelika Homes, a BASF vezető projektmérnöke kifejti: "Bár a Sumitomo (SHI) Demag csapatával való együttműködésben már nagy tapasztalattal rendelkezünk a szabványos tesztalkatrészek gyártásában, a kezdetektől fogva minden partnerünknek volt bátorsága eltérni a korábbi koncepcióktól és új utakra lépni. A projekt összetettsége ellenére a Sumitomo (SHI) Demag és a H+S innovatív gyártási cellatervet szállított, sokkal kisebb energia- és térigény mellett."
Túl forró a kezelhetőséghez
A BASF műszaki központjában feldolgozott minták közül sok magas hőmérsékletű hőre lágyuló, szálerősített és gyakran lángmentesített hőre lágyuló műanyag. Ennek következtében az olvadék hőmérséklete elérheti a 400 °C-ot, a szerszámok hőmérséklete pedig a 180 °C-ot.
Az oldalsó tárba bármikor akár 12 cserélhető betét is betölthető, majd automatikusan cserélhető a fröccsöntőgépbe. A HB-Therm hőmérséklet-szabályozó rendszer integrálásával a Sumitomo (SHI) Demag gépvezérlésébe, az automatizált szerszámbetétcsere biztonságosan és hatékonyan elvégezhető, még akkor is, ha a folyamat magas szerszámhőmérsékleten zajlik.
Markus Hausmann, a Sumitomo (SHI) Demag automatizálási rendszerek vezető mérnöke elmagyarázza: "Ahhoz, hogy a hőmérsékletet 80°C-ra csökkentsük és a betétet nyomásmentesítsük, hogy az SDR robot biztonságosan eltávolíthassa a szerszámbetétet, a gépvezérlésünknek zökkenőmentesen kell kommunikálnia és együttműködnie a BASF MES-ével.
A BASF MES tájékoztatja a cellát, amikor az aktuálisan gyártott mintabeállítás hamarosan véget ér, és sorra veszi a következő szerszámbeállítást. Közvetlenül a fröccsöntési folyamat leállítása után a szerszámbetét hűtését a beépített hőmérséklet-szabályozó egység interfésze irányítja.
Ezután a szerszámbetétek cseréje a kimeneti és bemeneti jeleken keresztül szinkronizálódik a cella vezérlésével, az új szerszámadatrekordnak a robotinterfészen keresztül történő továbbításával. A szerszámbetét cseréje után a hőmérséklet-szabályozó egységek újra felmelegednek. Az automatikus működés folytatódik, és amint a célhőmérsékletet eléri, új szerszámadat-nyilvántartás indul.
Precíziós lyukasztás
A BASF számára a lyukasztási kihívás megoldása volt az egyik legnagyobb mérnöki teljesítmény. Kiterjedt alkalmazási profilja miatt a BASF az anyagok széles skáláját teszteli - a lágy és szívós, valamint a merev és rideg polimerektől kezdve. A minták geometriája is sokféle, beleértve a 0,8 mm-től 4 mm-ig terjedő vastagságokat. Minden BASF próbatest az ISO 294 szabványnak megfelelően készül. Ez meghatározza az öntőrendszer pontosságát és azokat a különleges követelményeket, amelyeknek az egyes mintageometriáknak meg kell felelniük. "A lyukasztással történő eltávolítás előfeltétel, mivel nem változtatja meg az anyag tulajdonságait, és kiküszöböli a porszemcséket" - magyarázza Markus Hausmann.
A többfunkciós megfogó biztosítja, hogy minden mintageometria pontos pontossággal kerüljön a lyukasztólemezre. Ez önmagában is összetett feladat, mivel a BASF által feldolgozott anyagok közül soknak magas az üvegszál-tartalma, ami vetemedést okozhat. Markus Hausmann leírja, hogyan oldja meg a szervo meghajtású párhuzamos lyukasztó megragadója az alkatrészek biztonságos elhelyezésének kihívását a lyukasztólemezre: "Ha a próbatesteket nem tartjuk elég jól a helyén, a lyukasztás görbülhet, vagy nem felel meg az előírt minőségi előírásoknak."
Digitális integráció
Mivel kísérleti központról van szó, a BASF kutatócsoportja jellemzően napi 20 tesztbeállítást állít be ezen a gépen. Ez azt jelenti, hogy a cella vezérlőprogramját hozzá kell igazítani a különböző anyagokhoz, mintageometriákhoz, hőmérsékletekhez és feldolgozási paraméterekhez. Minden egyes lefutó beállítást digitálisan rögzítenek és dokumentálnak.
Angelika Homes megjegyzései: "A korábbi MES-rendszereinkkel ellentétben ez a rendszer a kísérlet minden egyes szempontját és eredményét naplózza, így minden egyes felvételről betekintést nyerhetünk. Ezek az adatok rendkívül értékesek, mivel a teljes feldolgozási folyamatot reprezentálják, és lehetővé teszik számunkra, hogy mélyebb következtetéseket vonjunk le arról, hogyan teljesítenek az anyagok bizonyos körülmények között, és hogyan dolgozhatja fel később az ügyfél."
Korunk kihívásainak megoldása
A BASF ludwigshafeni fröccsöntési & Extrudálási kísérleti üzeme több mint 80 éve járul hozzá a technológiai fejlődéshez, és oldja meg a vegyipari és műanyag-feldolgozás legnehezebb kihívásait. Ám ahogyan a trendek mozgatják az innovációs folyamatot, úgy az automatizált folyamatok és a szolgáltatott adatok is a katalizátoraivá válnak a valós anyagfejlesztések felgyorsításának. A gépek rugalmassága kritikus része ennek a sikernek, magyarázza Jakobi. "Ez az új cella igazolja az automatizálás és a
digitalizálás fontosságát az anyagfejlesztésekben, valamint az alkatrész-szimulációkban és -tervezésben."
Ugyanakkor, ahogy a BASF felfedezte, a siker azon is múlik, hogy minden partner egyesíti-e az ipari és mérnöki érzékét, és megosztja-e egymással az automatizálási, feldolgozási és integrációs szakértelmét. A BASF, a Sumitomo (SHI) Demag és a H + S Automatisierung ezt a tudást egyesítve olyan rendszert fejlesztett ki, amely teljesen új szintre emeli a próbatestek gyártását és az anyagkísérleteket.
"Mivel a BASF tovább fokozza az ipar számára fenntartható termékek és megoldások kifejlesztésére irányuló erőfeszítéseit, ez az automatizált fröccsöntőcella már most bizonyítja, hogy nélkülözhetetlen. Az évente több mint 4000 szisztematikus kísérleti beállítás elvégzésére képes, nagy teljesítményű, összetett összetételű polimerek esetében, és az eredmények digitális nyomon követése a MES rendszeren keresztül felgyorsítja ezt az innovációs törekvést" - zárja Markus Hausmann.