Reunindo 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 fabricação inovadora para produzir uma ampla gama de diferentes amostras de teste para o desenvolvimento de produtos e atividades de pesquisa de polímeros e compostos termoplásticos.
No centro da célula está a máquina de injeção de plásticos ultraprecisa IntElect 1000 kN da Sumitomo (SHI) Demag. Escolhida por seu design compacto, eficiência energética e repetibilidade, a equipe de 30 operadores de pesquisa da instalação também recebeu bem os recursos aprimorados de bem-estar e segurança da IntElect. Entre eles, soluções progressivas para automatizar as trocas de molde e baixas emissões de ruído combinadas com soluções de processamento robótico totalmente digitalizadas.
Para a segurança e a eficiência dos operadores, um robô linear SDR 5-35S tem duas finalidades. Um novo recurso automatiza totalmente a seleção e a colocação de um dos 12 insertos de molde intercambiáveis de um magazine localizado dentro da célula. Depois que a peça é moldada, o mesmo robô, equipado com uma garra multifuncional, extrai cuidadosamente a amostra de teste do molde e a passa para o pequeno robô Yaskawa GP8 de braço articulado de seis eixos para o corte preciso das amostras do portão usando uma máquina de perfuração com acionamento por servo-fuso.
Integrando o conceito existente de inserção de plásticos e recursos especiais da BASF na unidade de injeção, a instalação também inclui uma unidade de controle de temperatura térmica existente e um novo Sistema de Execução de Manufatura (MES) digital para mapear cada sequência de teste. Reinhard Jakobi, diretor de processamento de materiais de desempenho da BASF, descreve o projeto como uma conquista da engenharia avançada que combina tecnologia madura com automação de última geração e precisão de moldagem. Ele credita a dedicação, a flexibilidade e a abordagem orientada para soluções de toda a equipe à realização de um projeto tão pioneiro.
Angelika Homes, engenheira de projetos sênior da BASF, expande: "Embora tenhamos uma vasta experiência de colaboração com a equipe da Sumitomo (SHI) Demag na produção de peças de teste padrão, desde o início todos os parceiros tiveram a coragem de se desviar dos conceitos anteriores e abrir novos caminhos. Apesar da complexidade do projeto, a Sumitomo (SHI) Demag e a H + S entregaram um projeto inovador de célula de produção em um espaço muito menor de energia e espaço."
Muito quente para manusear
Muitos dos espécimes processados no centro técnico da BASF são termoplásticos de alta temperatura, reforçados com fibras e frequentemente retardantes de chamas. Consequentemente, as temperaturas de fusão podem chegar a 400°C, com temperaturas de molde atingindo até 180°C.
A qualquer momento, até 12 insertos intercambiáveis podem ser carregados no magazine lateral e, em seguida, trocados automaticamente para a máquina de injeção de plásticos. Ao integrar um sistema de controle de temperatura HB-Therm com o controle de máquina da Sumitomo (SHI) Demag, as trocas automatizadas de insertos de molde podem ser concluídas com segurança e eficiência, mesmo quando o processo é executado em altas temperaturas de molde.
O engenheiro sênior de sistemas de automação da Sumitomo (SHI) Demag, Markus Hausmann, explica: "Para baixar a temperatura para 80°C e despressurizar o inserto para garantir que o robô SDR possa remover o inserto do molde com segurança, nosso controle de máquina precisa conversar e interagir perfeitamente com o MES da BASF.
O MES da BASF informa a célula quando a configuração atual da amostra produzida está prestes a terminar, alinhando as próximas aplicações do molde. Imediatamente após a interrupção do processo de injeção de plásticos, o resfriamento do inserto do molde é direcionado pela interface da unidade de controle de temperatura integrada.
Em seguida, a troca dos insertos do molde é sincronizada com o controle da célula por meio de sinais de entrada e saída, com a transmissão do novo registro de dados do molde por meio da interface do robô. Após a troca do inserto do molde, as unidades de controle de temperatura são aquecidas novamente. A operação automática é retomada e um novo registro de dados do molde é iniciado assim que a temperatura-alvo é atingida.
Puncionamento com precisão
Para a BASF, resolver o desafio da punção foi uma das maiores realizações da engenharia. Devido ao seu extenso perfil de aplicações, a BASF testa uma ampla gama de materiais - de polímeros macios e resistentes a rígidos e quebradiços. Há também muitas geometrias diferentes de amostras, incluindo espessuras que variam de 0,8 mm a 4 mm. Todos os corpos de prova da BASF são fabricados de acordo com a norma ISO 294. Ela especifica a precisão do sistema de jito e os requisitos específicos que cada geometria de amostra deve atender. "A remoção por punção é um pré-requisito, pois não altera as propriedades do material e elimina as partículas de poeira", explica Markus Hausmann.
A pinça multifuncional garante que todas as geometrias de amostra sejam colocadas com precisão exata na placa de punção. Isso é complexo por si só, pois muitos dos materiais com os quais a BASF trabalha têm alto teor de fibra de vidro, o que pode causar empenamento. Ao descrever como a garra de punção paralela acionada por servo supera o desafio de colocar as peças com segurança na placa de punção, Markus Hausmann observa: "Se as amostras de teste não forem mantidas suficientemente bem no lugar, os punções podem ficar tortos ou não estar em conformidade com os padrões de qualidade especificados."
Integração digital
Por ser um centro piloto, a equipe de pesquisa da BASF normalmente define 20 configurações de teste diariamente nessa máquina. Isso significa que o programa de controle da célula precisa ser adaptado a diferentes materiais, geometrias de amostras, temperaturas e parâmetros de processamento. Cada configuração executada é registrada e documentada digitalmente.
Angelika Homes comenta: "Ao contrário dos nossos sistemas MES anteriores, este registra todos os aspectos de um teste e os resultados, o que nos dá uma visão de cada disparo. Esses dados são extremamente valiosos, pois representam toda a sequência de processamento e nos permitem tirar conclusões mais profundas sobre o desempenho dos materiais em determinadas condições e como um cliente poderá processá-los posteriormente."
Solucionando os desafios de nosso tempo
Por mais de 80 anos, a Planta Piloto de Extrusão por Injeção de Plásticos & da BASF em Ludwigshafen tem contribuído para os avanços tecnológicos e resolvido alguns dos desafios mais difíceis no processamento de produtos químicos e plásticos. No entanto, assim como as tendências impulsionam o processo de inovação, os processos automatizados e os dados fornecidos estão se tornando o catalisador para acelerar os avanços dos materiais na vida real. A flexibilidade da máquina é uma parte essencial desse sucesso, explica Jakobi.
"Essa nova célula valida a importância da automação e da digitalização em desenvolvimentos de materiais e simulações e projetos de componentes."
No entanto, como a BASF descobriu, o sucesso também depende de todos os parceiros que combinam a perspicácia do setor e da engenharia e compartilham seus respectivos conhecimentos de automação, processamento e integração. Reunindo esse conhecimento, a BASF, a Sumitomo (SHI) Demag e a H + S Automatisierung desenvolveram um sistema que leva a produção de amostras de teste e os experimentos de materiais a um nível totalmente novo.
"Como a BASF continua a intensificar seus esforços para desenvolver produtos e soluções sustentáveis para a indústria, esta célula automatizada de injeção de plásticos já está provando ser indispensável. Capaz de realizar mais de 4.000 configurações de testes sistemáticos em polímeros de alto desempenho com formulações complexas a cada ano e rastrear os resultados digitalmente por meio do sistema MES acelera esse esforço de inovação", finaliza Markus Hausmann.