Łącząc swoje kompetencje inżynieryjne i zasoby technologiczne, dział Performance Materials firmy BASF we współpracy z Sumitomo (SHI) Demag i H + S Automatisierung stworzył innowacyjną komórkę produkcyjną do produkcji szerokiej gamy różnych próbek testowych do rozwoju produktów i działań badawczych w zakresie polimerów termoplastycznych i mieszanek.
Centralne miejsce w celi zajmuje ultraprecyzyjna wtryskarka IntElect 1000 kN firmy Sumitomo (SHI) Demag. Wybrana ze względu na swoją kompaktową konstrukcję, wydajność energetyczną i powtarzalność, zespół 30 pracowników badawczych w zakładzie z zadowoleniem przyjął również udoskonalone funkcje IntElect w zakresie dobrostanu i bezpieczeństwa. Wśród nich znalazły się progresywne rozwiązania automatyzujące wymianę form wtryskowych i niski poziom hałasu w połączeniu z w pełni zautomatyzowanymi rozwiązaniami zrobotyzowanego przetwarzania.
Liniowy robot SDR 5-35S służy dwóm celom - bezpieczeństwu i wydajności pracy. Nowością jest pełna automatyzacja wyboru i umieszczania jednej z 12 wymiennych wkładek formy z magazynu znajdującego się w celi. Po uformowaniu części, ten sam robot wyposażony w wielofunkcyjny chwytak, delikatnie wyjmuje próbkę z formy i przekazuje ją do małego robota Yaskawa GP8 z sześcioosiowym ramieniem przegubowym w celu precyzyjnego wycięcia próbki z bramy za pomocą wykrawarki z serwowrzecionem.
Integrując istniejącą koncepcję wkładki formy BASF i specjalne funkcje z jednostką wtryskową, instalacja obejmuje również istniejącą jednostkę kontroli temperatury termicznej i nowy cyfrowy system realizacji produkcji (MES) do mapowania każdej sekwencji testowej. Reinhard Jakobi, szef działu przetwarzania materiałów w BASF, opisuje projekt jako osiągnięcie zaawansowanej inżynierii łączącej dojrzałą technologię z najnowocześniejszą automatyzacją i precyzją formowania. Przypisuje on zaangażowanie, elastyczność i zorientowane na rozwiązania podejście całego zespołu do realizacji tak pionierskiego projektu.
Angelika Homes, starszy inżynier projektu w BASF, dodaje: "Chociaż mamy bogate doświadczenie we współpracy z zespołem Sumitomo (SHI) Demag produkującym standardowe części testowe, od samego początku wszyscy partnerzy mieli odwagę odejść od wcześniejszych koncepcji i przełamać nowe schematy. Pomimo złożoności projektu, Sumitomo (SHI) Demag i H + S dostarczyły innowacyjny projekt komórki produkcyjnej o znacznie mniejszym zapotrzebowaniu na energię i przestrzeni".
Zbyt wysoka temperatura
Wiele próbek przetwarzanych w centrum technicznym BASF to wysokotemperaturowe tworzywa termoplastyczne, wzmocnione włóknami i często trudnopalne. W związku z tym temperatury stopu mogą sięgać nawet 400°C, a temperatury form do 180°C.
W dowolnym momencie do bocznego magazynka można załadować do 12 wymiennych wkładek, które następnie są automatycznie zamieniane w wtryskarce. Dzięki zintegrowaniu systemu kontroli temperatury HB-Therm z układem sterowania wtryskarki Sumitomo (SHI) Demag, zautomatyzowana wymiana wkładek do form może być przeprowadzana bezpiecznie i wydajnie, nawet przy wysokich temperaturach formy.
Starszy inżynier ds. systemów automatyzacji w Sumitomo (SHI) Demag Markus Hausmann wyjaśnia: "W celu obniżenia temperatury do 80°C i obniżenia ciśnienia we wkładce, aby zagwarantować, że robot SDR będzie mógł bezpiecznie usunąć wkładkę formy, nasze sterowanie maszyną musi rozmawiać i płynnie współdziałać z systemem MES firmy BASF".
System MES firmy BASF informuje komórkę, gdy bieżące ustawienie wyprodukowanej próbki dobiega końca, ustawiając się w kolejce do następnego zastosowania formy. Natychmiast po zatrzymaniu procesu wtrysku, chłodzenie wkładu formy jest kierowane przez zintegrowany interfejs jednostki kontroli temperatury.
Następnie zmiana wkładki formy jest synchronizowana ze sterowaniem celi za pomocą sygnałów wyjściowych i wejściowych z transmisją nowego rekordu danych formy za pośrednictwem interfejsu robota. Po wymianie wkładu formy, jednostki kontroli temperatury są ponownie podgrzewane. Automatyczna praca jest wznawiana, a nowy zapis danych formy jest inicjowany po osiągnięciu temperatury docelowej.
Precyzyjne wykrawanie
Dla firmy BASF rozwiązanie problemu wykrawania było jednym z największych osiągnięć inżynieryjnych. Ze względu na szeroki profil zastosowań, BASF testuje szeroką gamę materiałów - od miękkich i twardych po sztywne i kruche polimery. Istnieje również wiele różnych geometrii próbek, w tym grubości od 0,8 mm do 4 mm. Wszystkie próbki testowe BASF są produkowane zgodnie z normą ISO 294. Określa ona precyzję systemu wlewowego i specyficzne wymagania, które musi spełniać każda geometria próbki. "Usuwanie za pomocą stempla jest warunkiem wstępnym, ponieważ nie zmienia właściwości materiału i eliminuje cząsteczki pyłu" - wyjaśnia Markus Hausmann.
Wielofunkcyjny chwytak zapewnia precyzyjne umieszczenie wszystkich geometrii próbek na płycie wykrawającej. Samo w sobie jest to skomplikowane, ponieważ wiele materiałów, z którymi pracuje BASF, ma wysoką zawartość włókna szklanego, co może powodować wypaczenia. Opisując, w jaki sposób napędzany serwomechanizmem równoległy chwytak stempla radzi sobie z wyzwaniem bezpiecznego umieszczania części na płycie stempla, Markus Hausmann zauważa: "Jeśli próbki testowe nie są wystarczająco dobrze utrzymywane na miejscu, wykrawane elementy mogą być krzywe lub niezgodne z określonymi standardami jakości".
Integracja cyfrowa
Będąc ośrodkiem pilotażowym, zespół badawczy BASF zazwyczaj konfiguruje 20 ustawień testowych dziennie na tej maszynie. Oznacza to, że program sterujący komory musi być dostosowany do różnych materiałów, geometrii próbek, temperatur i parametrów przetwarzania. Każde uruchomione ustawienie jest rejestrowane i dokumentowane cyfrowo.
Angelika Homes komentuje: "W przeciwieństwie do naszych poprzednich systemów MES, ten rejestruje każdy aspekt próby i wyniki, dając nam wgląd w każdy pojedynczy strzał. Dane te są niezwykle cenne, ponieważ reprezentują całą sekwencję przetwarzania i pozwalają nam wyciągać głębsze wnioski na temat tego, jak materiały zachowują się w określonych warunkach i jak klient może je później przetwarzać".
Rozwiązywanie wyzwań naszych czasów
Od ponad 80 lat pilotażowy zakład formowania wtryskowego BASF & w Ludwigshafen przyczynia się do postępu technologicznego i rozwiązuje niektóre z najtrudniejszych wyzwań w przetwórstwie chemicznym i tworzyw sztucznych. Jednak tak jak trendy napędzają proces innowacji, tak zautomatyzowane procesy i dostarczane dane stają się katalizatorem przyspieszającym rzeczywiste postępy w dziedzinie materiałów. Elastyczność maszyn jest kluczową częścią tego sukcesu - wyjaśnia Jakobi. "Ta nowa komórka potwierdza znaczenie automatyzacji i cyfryzacji
w opracowywaniu materiałów oraz symulacjach i projektowaniu komponentów".
Jednak, jak odkryła firma BASF, sukces zależy również od wszystkich partnerów łączących wiedzę branżową i inżynieryjną oraz dzielących się swoją wiedzą w zakresie automatyzacji, przetwarzania i integracji. Łącząc tę wiedzę, BASF, Sumitomo (SHI) Demag i H + S Automatisierung opracowały system, który przenosi produkcję próbek testowych i eksperymenty materiałowe na zupełnie nowy poziom.
"Ponieważ BASF nadal intensyfikuje swoje wysiłki na rzecz opracowywania zrównoważonych produktów i rozwiązań dla przemysłu, ta zautomatyzowana komórka do formowania wtryskowego już teraz okazuje się niezbędna. Zdolność do przeprowadzania ponad 4000 systematycznych prób polimerów o wysokiej wydajności i złożonych formułach każdego roku oraz cyfrowego śledzenia wyników za pośrednictwem systemu MES przyspiesza wysiłki na rzecz innowacji" - kończy Markus Hausmann.