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 destinadas às atividades de desenvolvimento de produtos e pesquisa de polímeros termoplásticos e compostos.
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 pesquisadores da unidade também valorizou os recursos aprimorados de bem-estar e segurança da IntElect. Entre eles, soluções avançadas para automatizar a troca de moldes e baixas emissões de ruído, combinadas com soluções de processamento robótico totalmente digitalizadas.
Para garantir a segurança e a eficiência dos operadores, um robô linear SDR 5-35S cumpre duas funções. Um novo recurso é a automação total da seleção e colocação de um dos 12 insertos de molde intercambiáveis a partir de um compartimento localizado dentro da célula. Após a moldagem da peça, o mesmo robô, equipado com uma pinça multifuncional, retira cuidadosamente a amostra de teste do molde e a repassa ao pequeno robô Yaskawa GP8, com braço articulado de seis eixos, para o corte preciso das amostras a partir da entrada de material, utilizando uma puncionadeira com acionamento por servo-eixo.
Integrando o conceito existente de insertos de molde da BASF e seus recursos especiais à unidade de injeção de plásticos, a instalação também inclui uma unidade de controle térmico de temperatura já existente e um novo Sistema de Execução de Manufatura (MES) digital para mapear cada sequência de teste. Reinhard Jakobi, chefe de Processamento de Materiais de Alto Desempenho da BASF, descreve o projeto como uma conquista da engenharia avançada que combina tecnologia madura com automação de ponta e precisão de moldagem. Ele atribui a dedicação, a flexibilidade e a abordagem orientada para soluções de toda a equipe à concretização de um projeto tão pioneiro.
Angelika Homes, engenheira sênior de projetos da BASF, complementa: “Embora tenhamos ampla experiência na 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 afastar 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 com um consumo de energia e ocupação de espaço muito menores.”
Quente demais para manusear
Muitas das amostras processadas 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 as temperaturas do molde atingindo até 180 °C.
A qualquer momento, até 12 insertos intercambiáveis podem ser carregados no compartimento lateral e, em seguida, trocados automaticamente na máquina de injeção de plásticos. Ao integrar um sistema de controle de temperatura HB-Therm ao controle da máquina da Sumitomo (SHI) Demag, as trocas automatizadas de insertos de molde podem ser realizadas com segurança e eficiência, mesmo durante a execução do processo em altas temperaturas do molde.
Markus Hausmann, engenheiro sênior de sistemas de automação da Sumitomo (SHI) Demag, explica: “Para reduzir a temperatura para 80 °C e despressurizar o inserto, garantindo que o robô SDR possa removê-lo com segurança, nosso sistema de controle da máquina precisa se comunicar e interagir perfeitamente com o MES da BASF.
O MES da BASF informa à célula quando a configuração atual da amostra em produção está prestes a terminar, preparando a próxima aplicação do molde. Imediatamente após a parada do processo de injeção de plásticos, o resfriamento do inserto do molde é controlado 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 pela 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.
Perfuração com precisão
Para a BASF, resolver o desafio do puncionamento foi uma das maiores conquistas da engenharia. Devido ao seu amplo perfil de aplicações, a BASF testa uma grande variedade de materiais — desde polímeros macios e resistentes até rígidos e quebradiços. Há também muitas geometrias diferentes de amostras, incluindo espessuras que variam de 0,8 mm a 4 mm. Todas as amostras de teste da BASF são fabricadas de acordo com a norma ISO 294. Essa norma especifica a precisão do sistema de alimentação e os requisitos específicos que cada geometria de amostra deve cumprir. “A remoção por punção é um pré-requisito, pois não altera as propriedades do material e elimina partículas de poeira”, explica Markus Hausmann.
A pinça multifuncional garante que todas as geometrias das amostras sejam posicionadas com precisão exata na placa de punção. Isso é complexo por si só, pois muitos dos materiais com os quais a BASF trabalha possuem alto teor de fibra de vidro, o que pode causar empenamento. Ao descrever como a pinça de punção paralela acionada por servoacionamento supera o desafio de posicionar as peças com segurança na placa de punção, Markus Hausmann observa: “Se as amostras de teste não forem mantidas suficientemente bem no lugar, as punções podem ficar tortas 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 configura 20 parâmetros de teste por dia 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 antigos sistemas MES, este registra cada aspecto de um teste e os resultados, proporcionando-nos uma visão detalhada de cada ciclo. Esses dados são extremamente valiosos, pois representam toda a sequência de processamento e nos permitem tirar conclusões mais profundas sobre o desempenho dos materiais sob determinadas condições e como um cliente poderia processá-los posteriormente.”
Superando os desafios de nossa época
Há mais de 80 anos, a Planta Piloto de Injeção de Plásticos e Extrusão da BASF em Ludwigshafen contribui para os avanços tecnológicos e resolve alguns dos desafios mais complexos 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 reais no campo dos materiais. A flexibilidade das máquinas é uma parte essencial desse sucesso, explica Jakobi. “Essa nova célula comprova a importância da automação e da digitalização e
e no desenvolvimento de materiais, bem como nas simulações e no projeto de componentes.”
No entanto, como a BASF constatou, o sucesso também depende de todos os parceiros combinarem conhecimento do setor e da engenharia e compartilharem suas respectivas especializações em automação, processamento e integração. Reunindo esse conhecimento, a BASF, a Sumitomo (SHI) Demag e a H + S Automatisierung desenvolveram um sistema que eleva a produção de amostras de teste e os experimentos com materiais a um nível totalmente novo.
“À medida que a BASF continua a intensificar seus esforços para desenvolver produtos e soluções sustentáveis para a indústria, essa célula automatizada de injeção de plásticos já está se mostrando indispensável. Capaz de realizar mais de 4.000 configurações de testes sistemáticos em polímeros de alto desempenho com formulações complexas a cada ano e acompanhar os resultados digitalmente por meio do sistema MES, ela acelera esse esforço de inovação”, conclui Markus Hausmann.