Aunando sus competencias en ingeniería y sus recursos tecnológicos, la división Performance Materials de BASF, en colaboración con Sumitomo (SHI) Demag y H + S Automatisierung, ha creado una innovadora célula de fabricación para producir una amplia gama de diferentes muestras de ensayo para el desarrollo de productos y las actividades de investigación de polímeros y compuestos termoplásticos.
La máquina de moldeo por inyección IntElect 1000 kN de Sumitomo (SHI) Demag es la protagonista de la célula. Seleccionada por su diseño compacto, su eficiencia energética y su repetibilidad, el equipo de 30 operarios de investigación de la instalación también ha acogido con satisfacción las características mejoradas de bienestar y seguridad de la IntElect. Entre ellas, soluciones progresivas para automatizar los cambios de molde y bajas emisiones de ruido combinadas con soluciones de procesamiento robotizado totalmente digitalizadas.
Para la seguridad y eficacia operativas, un robot lineal SDR 5-35S cumple una doble función. Una novedad es la automatización completa de la selección y colocación de uno de los 12 insertos de molde intercambiables de un almacén situado dentro de la célula. Una vez moldeada la pieza, el mismo robot, equipado con una pinza multifuncional, extrae suavemente la probeta del molde y la pasa al pequeño robot Yaskawa GP8 de brazo articulado de seis ejes para cortar con precisión las probetas de la compuerta mediante una punzonadora de servohusillo.
La instalación, que integra el concepto existente de inserción de moldes y las características especiales de BASF en la unidad de inyección, también incluye una unidad de control térmico de la temperatura y un nuevo sistema digital de ejecución de la fabricación (MES) para trazar cada secuencia de ensayo. Reinhard Jakobi, Director de Procesamiento de Materiales de Alto Rendimiento de BASF, describe el proyecto como un logro de ingeniería avanzada que combina tecnología madura con automatización y precisión de moldeo de última generación. Atribuye a la dedicación, flexibilidad y enfoque orientado a las soluciones de todo el equipo la realización de un proyecto tan pionero.
Angelika Homes, Ingeniera Superior de Proyectos de BASF, amplía: "Aunque tenemos una amplia experiencia colaborando con el equipo de Sumitomo (SHI) Demag en la producción de piezas de prueba estándar, desde el principio todos los socios tuvieron el valor de desviarse de conceptos anteriores y abrir nuevos caminos. A pesar de la complejidad del proyecto, Sumitomo (SHI) Demag y H + S entregaron un innovador diseño de célula de producción en un espacio y un consumo de energía mucho menores".
Demasiado caliente
Muchas de las muestras procesadas en el centro técnico de BASF son termoplásticos de alta temperatura, reforzados con fibra y a menudo ignífugos. En consecuencia, las temperaturas de fusión en pueden alcanzar los 400°C, con temperaturas de molde que llegan hasta los 180°C.
En cualquier momento, se pueden cargar hasta 12 insertos intercambiables en el almacén lateral y, a continuación, intercambiarlos automáticamente en la máquina de moldeo por inyección. Mediante la integración de un sistema de control de temperatura HB-Therm con el control de la máquina de Sumitomo (SHI) Demag, los cambios automatizados de insertos de molde pueden realizarse de forma segura y eficiente, incluso cuando el proceso se ejecuta a altas temperaturas del molde.
Markus Hausmann, ingeniero jefe de sistemas de automatización de Sumitomo (SHI) Demag, explica: "Para bajar la temperatura a 80 °C y despresurizar el inserto con el fin de garantizar que el robot SDR pudiera retirar el inserto del molde de forma segura, nuestro control de la máquina tiene que hablar e interactuar a la perfección con el MES de BASF.
El MES de BASF informa a la célula cuando el ajuste de la muestra producida en ese momento está a punto de finalizar, alineando la siguiente aplicación del molde. Inmediatamente después de que se detenga el proceso de inyección, la interfaz de la unidad de control de temperatura integrada dirige el enfriamiento del inserto del molde.
A continuación, el cambio de los insertos del molde se sincroniza con el control de la célula mediante señales de salida y entrada con transmisión del nuevo registro de datos del molde a través de la interfaz del robot. Tras el cambio del inserto de molde, las unidades de control de temperatura se calientan de nuevo. El funcionamiento automático se reanuda y se inicia un nuevo registro de datos del molde en cuanto se alcanza la temperatura objetivo.
Punzonar con precisión
Para BASF, resolver el reto del punzonado ha sido uno de los mayores logros de ingeniería. Debido a su amplio perfil de aplicaciones, BASF ensaya una gran variedad de materiales, desde polímeros blandos y resistentes hasta rígidos y quebradizos. También hay muchas geometrías de muestra diferentes, incluidos grosores que varían de 0,8 mm a 4 mm. Todas las probetas de ensayo de BASF se fabrican de acuerdo con la norma ISO 294. En ella se especifica la precisión del sistema de bebederos y los requisitos específicos que debe cumplir cada geometría de muestra. "La extracción mediante punzón es un requisito previo, ya que no modifica las propiedades del material y elimina las partículas de polvo", explica Markus Hausmann.
La pinza multifuncional garantiza que todas las geometrías de las muestras se coloquen con la máxima precisión en la placa de punzonado. Esto es complejo en sí mismo debido a que muchos de los materiales con los que trabaja BASF tienen un alto contenido en fibra de vidrio que puede provocar alabeos. Describiendo cómo la pinza de punzonado paralela servoaccionada supera el reto de colocar las piezas de forma segura en la placa de punzonado, Markus Hausmann señala: "Si las probetas no se sujetan lo suficientemente bien en su sitio, los punzonados podrían estar torcidos o no ajustarse a los estándares de calidad especificados".
Integración digital
Al tratarse de un centro piloto, el equipo de investigación de BASF suele configurar 20 pruebas diarias en esta máquina. Eso significa que el programa de control de la célula tiene que adaptarse a distintos materiales, geometrías de muestras, temperaturas y parámetros de procesamiento. Todos y cada uno de los ajustes que se realizan se registran y documentan digitalmente.
Angelika Homes comenta: "A diferencia de nuestros anteriores sistemas MES, éste registra todos y cada uno de los aspectos de un ensayo y los resultados, lo que nos permite conocer cada una de las tomas. Estos datos son muy valiosos, ya que representan toda la secuencia de procesamiento y nos permiten sacar conclusiones más profundas sobre el comportamiento de los materiales en determinadas condiciones y sobre cómo podría procesarlos posteriormente un cliente."
Resolviendo los retos de nuestro tiempo
Durante más de 80 años, la planta piloto de moldeo por inyección & Extrusion Pilot Plant de BASF en Ludwigshafen ha contribuido a los avances tecnológicos y ha resuelto algunos de los retos más difíciles en el procesamiento de productos químicos y plásticos. Sin embargo, al igual que las tendencias impulsan el proceso de innovación, los procesos automatizados y los datos proporcionados se están convirtiendo en el catalizador para acelerar los avances reales en materiales. La flexibilidad de las máquinas es una parte fundamental de este éxito, explica Jakobi. "Esta nueva célula valida la importancia de la automatización y la digitalización de
en el desarrollo de materiales y la simulación y diseño de componentes".
Sin embargo, como ha puesto de manifiesto BASF, el éxito también depende de que todos los socios combinen su perspicacia industrial y de ingeniería y compartan sus respectivos conocimientos sobre automatización, procesamiento e integración. Juntando estos conocimientos, BASF, Sumitomo (SHI) Demag y H + S Automatisierung han desarrollado un sistema que lleva la producción de probetas y los experimentos con materiales a un nivel completamente nuevo.
"A medida que BASF continúa intensificando sus esfuerzos para desarrollar productos y soluciones sostenibles para la industria, esta célula automatizada de moldeo por inyección ya está demostrando ser indispensable. La capacidad de realizar más de 4.000 configuraciones de prueba sistemáticas en polímeros de alto rendimiento con formulaciones complejas cada año y el seguimiento digital de los resultados a través del sistema MES acelera este esfuerzo de innovación", finaliza Markus Hausmann.