Trendy vo vstrekovaní plastov: Vložky do formy s integrovanými senzormi

Používanie vložiek s integrovanými senzormi vo formách na vstrekovanie plastov umožňuje výrobcom monitorovať procesy vstrekovania s cieľom zvýšiť efektívnosť a kvalitu dielov. V tomto článku rozoberáme, ako použitie aditívnej výroby (AM) výrazne zlepšuje tento digitálny vývoj a vedie k zlepšeniu kvality, napríklad k zníženiu množstva nepodarkov alebo k zvýšeniu produktivity.

 AKO VLOŽKY SO ZABUDOVANÝMI SNÍMAČMI POMÁHAJÚ PRI MONITOROVANÍ PROCESU?

Vstrekovacie lisy dokážu merať mnoho parametrov procesu, ako napríklad tlak a teplotu vstrekovania alebo hmotnosť vstreknutého plastu. Pomocou týchto údajov z lisov je možné odhaliť  približne 70 % príčin porúch dielov. V závislosti od aplikácie však môžu ďalšie senzory vo forme podporovať meranie údajov o kvalite, a tým pomáhať pri nastavovaní parametrov procesu, ako je napríklad teplota. Zjednodušené znázornenie procesu nájdete na obrázku nižšie.

Obrázok: Monitorovanie procesu vstrekovania plastov pomocou vložiek s integrovanými senzormi: Import údajov zo senzora, Spracovanie údajov, Analýza údajov, Úprava parametrov procesu, Proces vstrekovania plastov.

Ako je znázornené na obrázku, vďaka senzorom integrovaným do formy je možné spracovávať údaje v reálnom čase, zachytávať potenciálne problémy a podľa toho prispôsobovať parametre procesu. AM poskytuje voľnosť pri navrhovaní, ktorá umožňuje integráciu senzorov presne na správnych miestach bez negatívneho vplyvu na konštrukciu chladenia vložky.

* Spoločnosť voestalpine dodáva AM vložky a inštaluje senzory. Výroba senzorov, spracovanie a analýza údajov v súčasnosti nie sú zahrnuté v našom rozsahu služieb.

 AKÉ SÚ VÝHODY AM VLOŽIEK?

V predchádzajúcom článku sme rozoberali, ako zvýšiť efektívnosť a produktivitu pri vstrekovaní plastov. Článok si môžete prečítať tu.  Kľúčovú úlohu v tom zohrávalo použitie vložiek vyrobených aditívnou výrobou. Aditívna výroba prekonáva mnohé problémy spojené so vstrekovaním plastov, ktoré sú typické pre konvenčne vyrábané vložky do nástrojov:

• — Chyby, ako je zmrštenie v dôsledku nerovnomerného rozloženia teploty, čo vedie k vyššej miere nepodarkovosti
• — Dlhšie cykly
• — Vysoké náklady na údržbu a výrobu v dôsledku vysokého množstva nepodarkov a dlhých cyklov
• — Obmedzenia dizajnu, napr. pre konformné chladenie alebo integráciu senzorov

Jednou z mnohých výhod aditívnej výroby (AM) je realizácia konformných chladiacich kanálov vo vložkách foriem, ktoré zabezpečujú homogénne rozloženie teploty, čím sa znižuje miera nepodarkovosti a zmenšuje sa tolerančný rozsah vyrábaných plastových dielov. Podobné kanály je možné vytvoriť na integráciu senzorov na účely monitorovania. Samozrejme, senzory je možné integrovať aj do konvenčne vyrábaných vložiek. Aby sme dosiahli rovnakú flexibilitu pri ich umiestnení – teda možnosť zabudovať senzory presne tam, kde sú potrebné – je zvyčajne potrebný proces vákuového spájkovania. Konvenčný proces je však vo všeobecnosti drahší ako integrácia do vložiek AM a existujú potenciálne problémy s konštrukciou, ktoré môžu negatívne ovplyvniť konformný chladiaci výkon vložky.

Pomocou AM vložiek môžu konštruktéri vytvárať kanály na integráciu senzorov, ako sú termočlánky alebo tlakové senzory na monitorovanie. Monitorovací systém tak môže poskytovať výrobcom vstrekovacích foriem údaje o forme v reálnom čase – od teplôt, porúch až po prestoje a údržbu. Použitie termočlánkov prináša nasledujúce výhody:

• — Úspora času pri nastavovaní nových foriem a procesov
• — Odber vzoriek
• — Zvýšená stabilita procesu
• — Zníženie miery nepodarkov
• — Zvýšená životnosť vložiek vďaka prevádzke za optimálnych podmienok
• — Detekcia upchania chladenia v rámci jedného cyklu
• — Zbieranie (veľkých) dát, napr. na účely asistovanej optimalizácie procesu, Industry 4.0 a priraďovania údajov o kvalite pre OEM

Vďaka použitiu technológie AM môžu konštruktéri vytvárať vložky s nasledujúcimi vlastnosťami:

• — Kanály senzorov môžu byť zakrivené, čo umožňuje umiestnenie senzorov v kľúčových oblastiach (napríklad v blízkosti dutiny alebo chladiacich kanálov). Senzory môžu byť efektívne umiestnené kdekoľvek je to potrebné.
• — Chladiace kanály môžu byť prispôsobené tak, aby bolo možné senzory integrovať bez kompromisov v chladiacom výkone.
• — Efektívny prenos tepla medzi AM vložkou a senzorom.

Obrázok vľavo: Dizajn AM vložky s kanálmi pre konformné chladenie a integráciu senzorov.

Obrázok vpravo: Aditívne vyrobené vložky s nainštalovanými senzormi. Spolupráca medzi spoločnosťami voestalpine a SKZ – German Plastics Center.

 Vložky so senzormi, ako sú znázornené na obrázku vyššie, boli použité v spoločnom projekte so spoločnosťou German Plastics Center v spolupráci so spoločnosťou Eye, ktorá poskytla hardvér a softvér na vizualizáciu a zber údajov zo senzorov.

 AKO INTEGROVAŤ SENZORY DO PROCESU?

Ak prevádzkujete podnik v oblasti vstrekovania plastov, v spolupráci so spoločnosťou voestalpine High Performance Metals vám pomôžeme hneď od začiatku integrovať senzory do vášho výrobného reťazca.

Obrázok: Procesný reťazec integrácie senzorov. Procesy v modrej farbe (Dizajn, aditívna výroba a integrácia senzorov) ponúka spoločnosť voestalpine. Procesy v šedej farbe (monitorovanie) ponúkajú partneri v prípade potreby podpory.

Vo fáze návrhu sa poloha senzora a počet senzorov v AM vložke určuje na základe priamej konzultácie medzi zákazníkom a centrom aditívnej výroby voestalpine. Ďalšie konštrukčné hľadiská týkajúce sa polohy senzora zahŕňajú minimálnu vzdialenosť od dutiny a minimálnu vzdialenosť od chladiaceho kanála.

Po finalizácii návrhu sa AM vložka vyrobí (vrátane následného spracovania, ako je obrábanie, tepelné spracovanie a povrchová úprava).

Hoci spoločnosť voestalpine nevyrába samotné senzory ani neposkytuje monitorovanie, prostredníctvom konzultácií so zákazníkmi sme schopní integrovať senzory do AM vložiek v rámci prípravy na monitorovanie podľa monitorovacieho systému zvoleného zákazníkom.

 AKO MÔŽU VAŠE VSTREKOVACIE FORMY ŤAŽIŤ Z VLOŽIEK SO SENZORMI?

Vložky so senzormi pre formy na vstrekovanie plastov sa čoraz viac využívajú, pretože tento prístup zlepšuje výrobné procesy, zvyšuje kvalitu a podporuje digitálnu automatizáciu.  Čoskoro uverejníme na blogu zaujímavú prípadovú štúdiu, ktorá práve na toto poukazuje. Medzitým sa naši odborníci tešia na rozhovor s vami o tom, ako vám voestalpine HPM môže v tejto oblasti pomôcť. Môžete ich kontaktovať nižšie.