Unendo le proprie competenze ingegneristiche e le proprie risorse tecnologiche, la divisione Performance Materials di BASF, in collaborazione con Sumitomo (SHI) Demag e H + S Automatisierung, ha creato un'innovativa cella di produzione per la produzione di un'ampia gamma di campioni di prova diversi per lo sviluppo dei prodotti e le attività di ricerca sui polimeri termoplastici e sui compound.
Al centro della cella c'è la pressa a iniezione ultraprecisa IntElect 1000 kN di Sumitomo (SHI) Demag. Scelta per il suo design compatto, l'efficienza energetica e la ripetibilità, il team di 30 operatori di ricerca della struttura ha accolto con favore anche le caratteristiche di benessere e sicurezza avanzate della IntElect. Tra queste, le soluzioni progressive per automatizzare il cambio stampo e le basse emissioni acustiche, combinate con soluzioni di lavorazione robotizzate completamente digitalizzate.
Per la sicurezza e l'efficienza operativa, un robot lineare SDR 5-35S serve a due scopi. Una nuova caratteristica è la selezione e il posizionamento completamente automatico di uno dei 12 inserti stampo intercambiabili da un magazzino situato all'interno della cella. Dopo che il pezzo è stato stampato, lo stesso robot, dotato di una pinza multifunzionale, estrae delicatamente il provino dallo stampo e lo passa al piccolo robot Yaskawa GP8 con braccio articolato a sei assi per il taglio preciso dei provini dal cancello mediante una punzonatrice con servo mandrino.
Integrando il concetto di inserto stampo esistente di BASF e le caratteristiche speciali dell'unità di iniezione, l'installazione comprende anche un'unità di controllo della temperatura termica esistente e un nuovo Manufacturing Execution System (MES) digitale per mappare ogni sequenza di test. Reinhard Jakobi, responsabile del settore Performance Materials Processing di BASF, descrive il progetto come un risultato di ingegneria avanzata che combina una tecnologia matura con un'automazione e una precisione di stampaggio all'avanguardia. Egli attribuisce alla dedizione, alla flessibilità e all'approccio orientato alle soluzioni dell'intero team la realizzazione di un progetto così pionieristico.
Angelika Homes, Senior Project Engineer di BASF, aggiunge: "Sebbene abbiamo una vasta esperienza di collaborazione con il team di Sumitomo (SHI) Demag nella produzione di pezzi di prova standard, fin dall'inizio tutti i partner hanno avuto il coraggio di discostarsi dai concetti precedenti e di aprire nuove strade. Nonostante la complessità del progetto, Sumitomo (SHI) Demag e H + S hanno realizzato un design innovativo della cella di produzione con un ingombro energetico e spaziale molto ridotto."
Troppo caldo per essere maneggiato
Molti dei campioni lavorati nel centro tecnico di BASF sono termoplastici ad alta temperatura, rinforzati con fibre e spesso ritardanti di fiamma. Di conseguenza, le temperature di fusione possono raggiungere i 400°C, con temperature dello stampo fino a 180°C.
In qualsiasi momento, è possibile caricare fino a 12 inserti intercambiabili nel magazzino laterale e poi scambiarli automaticamente nella pressa a iniezione. Integrando un sistema di controllo della temperatura HB-Therm con il controllo della macchina di Sumitomo (SHI) Demag, è possibile completare il cambio automatico degli inserti nello stampo in modo sicuro ed efficiente, anche quando il processo viene eseguito a temperature elevate dello stampo.
Markus Hausmann, ingegnere senior dei sistemi di automazione di Sumitomo (SHI) Demag, spiega: "Per abbassare la temperatura a 80°C e depressurizzare l'inserto per garantire che il robot SDR possa rimuovere l'inserto dello stampo in modo sicuro, il nostro controllo macchina deve parlare e interagire perfettamente con il MES di BASF.
Il MES di BASF informa la cella quando l'impostazione del campione attualmente prodotto sta per terminare, allineando la successiva applicazione dello stampo. Subito dopo l'arresto del processo di iniezione, il raffreddamento dell'inserto dello stampo viene diretto dall'interfaccia dell'unità di controllo della temperatura integrata.
Quindi, il cambio degli inserti dello stampo viene sincronizzato con il controllo della cella tramite segnali di uscita e di ingresso con la trasmissione del nuovo record di dati dello stampo tramite l'interfaccia del robot. Dopo il cambio dell'inserto dello stampo, le unità di controllo della temperatura vengono nuovamente riscaldate. Il funzionamento automatico riprende e un nuovo record di dati stampo viene avviato non appena viene raggiunta la temperatura target.
Punzonatura di precisione
Per BASF, risolvere la sfida della punzonatura è stato uno dei più grandi successi ingegneristici. Grazie al suo ampio profilo applicativo, BASF testa un'ampia gamma di materiali, dai polimeri morbidi e tenaci a quelli rigidi e fragili. Esistono anche molte geometrie diverse di campioni, tra cui spessori che variano da 0,8 mm a 4 mm. Tutti i campioni di prova BASF sono prodotti in conformità con lo standard ISO 294. Questa specifica la precisione del sistema di colata e i requisiti specifici che ogni geometria di campione deve soddisfare. "L'asportazione mediante punzonatura è un requisito fondamentale, in quanto non modifica le proprietà del materiale ed elimina le particelle di polvere", spiega Markus Hausmann.
La pinza multifunzionale assicura che tutte le geometrie dei campioni siano posizionate con precisione sulla piastra di punzonatura. Si tratta di un'operazione di per sé complessa, dato che molti dei materiali con cui BASF lavora hanno un elevato contenuto di fibre di vetro che può causare deformazioni. Descrivendo il modo in cui la pinza a punzoni paralleli servoassistita supera la sfida di posizionare i pezzi in modo sicuro sulla piastra di punzonatura, Markus Hausmann osserva: "Se i campioni di prova non sono tenuti sufficientemente in posizione, le punzonature potrebbero risultare storte o non conformi agli standard di qualità specificati".
Integrazione digitale
Essendo un centro pilota, il team di ricerca BASF imposta in genere 20 impostazioni di prova al giorno su questa macchina. Ciò significa che il programma di controllo della cella deve essere adattato a diversi materiali, geometrie dei campioni, temperature e parametri di lavorazione. Ogni singola impostazione eseguita viene registrata e documentata digitalmente.
Angelika Homes commenta: "A differenza dei nostri precedenti sistemi MES, questo registra ogni singolo aspetto di una prova e i risultati, fornendoci informazioni su ogni singolo colpo. Questi dati sono estremamente preziosi perché rappresentano l'intera sequenza di lavorazione e ci permettono di trarre conclusioni più profonde sulle prestazioni dei materiali in determinate condizioni e sul modo in cui un cliente potrebbe lavorarli in seguito".
Risolvere le sfide del nostro tempo
Per oltre 80 anni, l'Impianto Pilota di Estrusione ad Iniezione di BASF & a Ludwigshafen ha contribuito ai progressi tecnologici e ha risolto alcune delle sfide più difficili nella lavorazione della chimica e della plastica. Tuttavia, proprio come le tendenze guidano il processo di innovazione, i processi automatizzati e i dati forniti stanno diventando il catalizzatore per accelerare i progressi dei materiali nella vita reale. La flessibilità delle macchine è una parte fondamentale di questo successo, spiega Jakobi. "Questa nuova cella conferma l'importanza dell'automazione e della digitalizzazione di
nello sviluppo dei materiali e nella simulazione e progettazione dei componenti".
Tuttavia, come ha scoperto BASF, il successo dipende anche dalla combinazione di tutti i partner con l'acume dell'industria e dell'ingegneria e dalla condivisione delle rispettive competenze in materia di automazione, lavorazione e integrazione. Mettendo insieme queste conoscenze, BASF, Sumitomo (SHI) Demag e H + S Automatisierung hanno sviluppato un sistema che porta la produzione di provini e gli esperimenti sui materiali a un livello completamente nuovo.
"Poiché BASF continua a intensificare gli sforzi per sviluppare prodotti e soluzioni sostenibili per l'industria, questa cella di stampaggio a iniezione automatizzata si sta già dimostrando indispensabile. La capacità di condurre ogni anno oltre 4.000 prove sistematiche su polimeri ad alte prestazioni con formulazioni complesse e di tracciare i risultati in modo digitale attraverso il sistema MES accelera questo sforzo di innovazione", conclude Markus Hausmann.