Reunindo as suas competências de engenharia e recursos tecnológicos, a divisão Performance Materials da BASF, em colaboração com a Sumitomo (SHI) Demag e a H + S Automatisierung, criou uma célula de fabrico inovadora para produzir uma vasta gama de diferentes amostras de teste para o desenvolvimento de produtos e actividades de investigação de polímeros e compostos termoplásticos.
No centro da célula está a máquina de moldagem por injeção ultra-precisa IntElect 1000 kN da Sumitomo (SHI) Demag. Selecionada pelo seu design compacto, eficiência energética e repetibilidade, a equipa de 30 investigadores das instalações também acolheu as características de bem-estar e segurança melhoradas da IntElect. Entre elas, soluções progressivas para automatizar as mudanças de molde e baixas emissões de ruído combinadas com soluções de processamento robótico totalmente digitalizadas.
Para a segurança e eficiência dos operadores, um robot linear SDR 5-35S serve dois objectivos. Uma nova funcionalidade consiste em automatizar totalmente a seleção e a colocação de um dos 12 insertos de molde intercambiáveis a partir de um armazém localizado no interior da célula. Após a moldagem da peça, o mesmo robô, equipado com uma pinça multifuncional, extrai cuidadosamente o espécime de teste do molde e passa-o para o pequeno robô Yaskawa GP8 de seis eixos articulados para o corte preciso dos espécimes do portão, utilizando uma máquina de perfuração com servomandril.
Integrando o conceito de inserção de molde existente da BASF e características especiais na unidade de injeção, a instalação também inclui uma unidade de controlo de temperatura térmica existente e um novo Sistema de Execução de Fabrico (MES) digital para mapear cada sequência de teste. Reinhard Jakobi, Diretor de Processamento de Materiais de Desempenho da BASF, descreve o projeto como uma realização de engenharia avançada que combina tecnologia madura com automação de última geração e precisão de moldagem. Ele atribui à dedicação, flexibilidade e abordagem orientada para soluções de toda a equipa a realização de um projeto tão pioneiro.
Angelika Homes, engenheira de projeto sénior da BASF, acrescenta: "Embora tenhamos uma vasta experiência de colaboração com a equipa da Sumitomo (SHI) Demag na produção de peças de teste normalizadas, todos os parceiros tiveram, desde o início, a coragem de se desviar de conceitos anteriores e de abrir novos caminhos. Apesar da complexidade do projeto, a Sumitomo (SHI) Demag e a H + S forneceram um design inovador de célula de produção com uma pegada energética e espacial muito menor."
Demasiado quente para manusear
Muitos dos espécimes processados no centro técnico da BASF são termoplásticos de alta temperatura, reforçados com fibras e frequentemente retardadores de chama. Consequentemente, as temperaturas de fusão podem atingir os 400°C, com temperaturas de molde a atingir os 180°C.
Em qualquer altura, podem ser carregados até 12 insertos intercambiáveis no depósito lateral e depois trocados automaticamente para a máquina de moldagem por injeção. Ao integrar um sistema de controlo de temperatura HB-Therm com o controlo de máquina da Sumitomo (SHI) Demag, as mudanças automatizadas de inserções de molde podem ser concluídas de forma segura e eficiente, mesmo quando o processo é executado a altas temperaturas de molde.
Markus Hausmann, Engenheiro Sénior de Sistemas de Automação da Sumitomo (SHI) Demag, explica: "A fim de baixar a temperatura para 80°C e despressurizar a inserção para garantir que o robô SDR possa remover a inserção do molde em segurança, o nosso controlo da máquina tem de falar e interagir sem problemas com o MES da BASF.
O MES da BASF informa a célula quando a configuração da amostra atualmente produzida está prestes a terminar, alinhando a próxima aplicação do molde. Imediatamente após a paragem do processo de injeção, o arrefecimento da inserção do molde é dirigido pela interface da unidade de controlo de temperatura integrada.
Em seguida, a mudança dos insertos do molde é sincronizada com o controlo da célula através de sinais de entrada e saída, com transmissão do novo registo de dados do molde através da interface do robô. Após a mudança do inserto do molde, as unidades de controlo da temperatura são novamente aquecidas. A operação automática é retomada e um novo registo de dados do molde é iniciado assim que a temperatura alvo é atingida.
Puncionar com precisão
Para a BASF, a resolução do desafio do punção foi uma das maiores realizações da engenharia. Devido ao seu extenso perfil de aplicações, a BASF testa uma vasta gama de materiais - desde polímeros macios e resistentes a polímeros rígidos e quebradiços. Existem também muitas geometrias de amostras diferentes, incluindo espessuras que variam de 0,8 mm a 4 mm. Todos os espécimes de teste da BASF são fabricados de acordo com a norma ISO 294. Esta especifica a precisão do sistema de jito e os requisitos específicos que cada geometria de amostra deve cumprir. "A remoção por punção é um pré-requisito, uma vez que não altera as propriedades do material e elimina as partículas de pó", explica Markus Hausmann.
A pinça multifuncional garante que todas as geometrias das amostras são colocadas com precisão exacta na placa de punção. Isto é complexo por si só, devido ao facto de muitos dos materiais com que a BASF trabalha terem um elevado teor de fibra de vidro, o que pode causar deformações. Descrevendo a forma como a pinça de punção paralela servo-accionada supera o desafio de colocar as peças de forma segura na placa de punção, Markus Hausmann observa: "Se os espécimes de teste não forem mantidos suficientemente bem no lugar, os punções podem ficar tortos ou não estar em conformidade com os padrões de qualidade especificados."
Integração digital
Sendo um centro-piloto, a equipa de investigação da BASF configura normalmente 20 configurações de teste por dia nesta máquina. Isto significa que o programa de controlo da célula tem de ser adaptado a diferentes materiais, geometrias de amostras, temperaturas e parâmetros de processamento. Cada configuração executada é registada e documentada digitalmente.
Angelika Homes comenta: "Ao contrário dos nossos sistemas MES anteriores, este regista todos os aspectos de um ensaio e os resultados, dando-nos uma visão de cada disparo. Estes dados são extremamente valiosos, uma vez que representam toda a sequência de processamento e permitem-nos tirar conclusões mais profundas sobre o desempenho dos materiais em determinadas condições e sobre a forma como um cliente os poderá processar mais tarde."
Resolvendo os desafios do nosso tempo
Há mais de 80 anos que a Fábrica Piloto de Extrusão por Injeção & da BASF em Ludwigshafen tem contribuído para os avanços tecnológicos e resolvido alguns dos desafios mais difíceis no processamento de químicos e plásticos. No entanto, tal como as tendências impulsionam o processo de inovação, os processos automatizados e os dados fornecidos estão a tornar-se o catalisador para acelerar os avanços dos materiais na vida real. A flexibilidade das máquinas é uma parte essencial deste sucesso, explica Jakobi. "Esta nova célula valida a importância da automação e da digitalização
no desenvolvimento de materiais e na simulação e conceção de componentes."
No entanto, como a BASF descobriu, o sucesso também depende de todos os parceiros que combinam a perspicácia da indústria e da engenharia e partilham os seus respectivos conhecimentos de automação, processamento e integração. Reunindo estes conhecimentos, a BASF, a Sumitomo (SHI) Demag e a H + S Automatisierung desenvolveram um sistema que leva a produção de amostras de teste e as experiências de materiais a um nível totalmente novo.
"Como a BASF continua a intensificar os seus esforços para desenvolver produtos e soluções sustentáveis para a indústria, esta célula de moldagem por injeção automatizada já está a provar ser indispensável. Capaz de efetuar mais de 4.000 ensaios sistemáticos de polímeros de alto desempenho com formulações complexas todos os anos e de acompanhar os resultados digitalmente através do sistema MES, acelera este esforço de inovação", conclui Markus Hausmann.