Największy na świecie detal w technologii MuCell

Innowacyjna pokrywa wielokrotnego użytku przeznaczona do palety - największa na świecie część produkowana w technologii wtrysku ze spienianiem mikrokomórkowym MuCell firmy Engel

Aktualnie największa na świecie maszyna pracująca w technologii wtrysku ze spienianiem mikrokomórkowym MuCell to ENGEL DUO 11050/1700 z siłą zamykania formy 17.000 kN i jednostką wtryskową MuCell o średnicy ślimaka 150 mm. Maszyna jest używana przez Loadhog Ltd w Sheffield, UK do wtrysku dużej 1.200mm x 1.000mm polipropylenowej (PP) podstawy pokrywy wielokrotnego użytku do palety. Pokrywa palety o nazwie "Loadhog Lid" służy do zabezpieczania i układania w stosy towarów do transportu i dystrybucji.

Jednostka produkcyjne wyposażona w MuCell w firmie Loadhog w Sheffield jest obecnie największą na świcie maszyną do wtrysku ze spienianiem mikrokomórkowym MuCell. Podstawą jest Engel Duo 11050/1700 wysokowydajna dwupłytowa maszyna wyposażona w układ zamykania formy o sile 17.000 kN i jednostkę wtryskową MuCell ze ślimakiem o średnicy 150mm. Detale odbiera standardowy robot liniowy ENGEL ERC 103/1-E
Kolejna maszyna DUO 7050/900 o sile zamykania formy 9.000 kN i ślimaku MuCell 105mm wykorzystuję tę samą technologię do produkcji dwóch górnych połówek pokrywy, które późnie składa się z podstawą i innymi elementami otrzymując kompletną pokrywę "Loadhog Lid".

Jedną z głównych zalet detali otrzymanych w technologii MuCell jest ich wyjątkowa wysoka stałość wymiarów, bez paczenia się, śladów zapadnięć i słabszych miejsc nawet w przypadku takich zastosowań jak to, w którym detal pokrywy o powierzchni 1,2m2 ma grubość tylko 2,5mm. Cechą charakterystyczną odmiany takiego procesu wtryskowego jest wybitnie regularna struktura spienionego tworzywa w całej objętości uformowanej części. Płyn w fazie nadkrytycznej (ang. supercritical fluid - SCF) z gazu atmosferycznego (zazwyczaj azotu) jest wtryskiwany bezpośrednio do cylindra uplastyczniającego, gdzie gwałtownie miesza się ze stopionym tworzywem. Podczas i po wtrysku gaz rozszerza się w gnieździe formy tworząc pianę z mikrokomórkami o średnicach nie większych niż 5-50 µm.

Nowa pokrywa "Loadhog Lid" o wymiarach 1.200mm x 1.000mm zabezpiecza podczas transportu towary umieszczone na palecie. Jest bardzo wytrzymała i można ją błyskawicznie zamontować – o wiele szybciej niż zabezpieczając towar folią i/lub opaskami. Wybitnie lekka pokrywa o wysokiej stałości wymiarów, wysokiej obciążalności i przydatności do wielokrotnego użycia została uformowana z PP przy pomocy technologii wtrysku ze spienianiem mikrokomórkowym MuCell firmy Engel. Jak do tej pory jest to największa na świecie część produkowana w tej młodej technologii.
Do innych zalet, w porównaniu z częściami formowanymi konwencjonalną metodą wtrysku, należą zredukowania waga detalu, wymagana mniejsza siła zamykania formy, łatwiejsze przetwarzanie i krótszy czas cyklu – wszystko to dało firmie Loadhog znaczne korzyści ekonomiczne. Engel był mocno zaangażowany w proces powstawania tej innowacyjnej części – od wstępnego pomysłu, aż do ostatecznego przygotowania masowej produkcji. Od rozpoczęcia działalności w technologii MuCell w roku 1999 Engel dostarczył do klientów we wszystkich częściach świata 57 maszyn wyposażonych w technologię MuCell.

Ekonomicznie uzasadnione wielokrotne użycie połączone z olbrzymimi oszczędnościami czasu i brakiem marnotrawionych dodatkowych opakowań – te wymagania były wytycznymi dla projektu firmy Loadhog i opracowania nowego systemu do zabezpieczania i ustawiania w stosy towarów: czy będą to butelki, kanistry, beczki czy inne pojemniki, wszystkie one mogą być zabezpieczone na palecie prawie od ręki dzięki nowej, wyjątkowo mocnej pokrywie z wbudowanymi, wyciąganymi paskami. Zanim Loadhog wybrał technologię do produkcji pokrywy było rozważanych kilka innych opcji. W serii testów porównawczych walczyły części wyprodukowane metodą konwencjonalnego wtrysku, wtrysku z tłoczeniem oraz wtrysku spienianego chemicznymi środkami spieniającymi.

Wybór bardzo wyraźnie padł na korzyść technologii MuCell i to nie tylko z przyczyn technologicznych, ale także z ekonomicznego punktu widzenia. Poza faktem, że w konwencjonalnym formowaniu nieuniknione jest to, że części są cięższe, krzywią się i posiadają ślady kurczenia się i zapadania, to jeszcze konieczne było zastosowanie większej wtryskarki. 30.000 kN dla detalu formowanego konwencjonalnie w porównaniu z 17.000 kN dla części MuCell – to 75% większa siła zamykania dla detalu o takich samych wymiarach. Loadhog musiałby zainwestować w większą, a tym samym droższą maszynę. Mimo iż dodanie chemicznych środków spieniających częściowo rozwiązało problem wypaczania się detalu i śladów kurczenia, to jednak chropowata powierzchnia i niejednorodna struktura piany powodowała powstawanie pewnych słabych punktów, które były dużym minusem zwłaszcza w przypadku tak cienkościennej części. To tylko niektóre z wielu wad innych rozważanych w projekcie sposobów produkcji.

MuCell daje wiele korzyści

Porównując z konwencjonalnym formowaniem wtryskowym, stopione tworzywo we wtryskarce wyposażonej w MuCell łatwiej płynie dzięki zawartemu SCF. Ten sam czynnik redukuje wymagane ciśnienie wtrysku, a co za tym idzie wymaganą siłę zamykania formy. Tak jak w przypadku pokrywy "Loadhog Lid" redukcja może wynieść nawet 60%. Dzięki mniejszej lepkości stopionego materiału można produkować detale o grubości ścianki mniejszej od 1mm. W zależności od zastosowania, można osiągnąć oszczędność na wadze od 10 do 30%. Przy takiej samej geometrii detalu oszczędność 25% wagi powoduje zmniejszenie sztywności detalu tylko o 7%.

Ciśnienie wywierane przez gaz w formowanym detalu działa jak ciśnienie docisku, co powoduje skrócenie czasu cyklu oraz szczególnie trwałe ułożenie łańcuchów cząsteczek.
Przy konwencjonalnym wtrysku w fazie docisku ciśnienie docisku jest wywierane przez wprowadzenie dodatkowego roztopionego materiału. Oznacza to, że wewnętrzne naprężenia w detalu MuCell są drastycznie zredukowane – detal się nie wypacza i wyróżnia się dużą stałością wymiarów.

Engel zaprojektował jednostkę wtryskową specjalnie przeznaczoną do technologii MuCell: ślimak trzysekcyjny (L/D = 24) z kolejną sekcją mieszającą SCF. Gaz azot albo dwutlenek węgla podawany z butli gazowej lub z jednostki generującej gaz, po przetworzeniu do fazy nadkrytycznej jest wprowadzony do stopionego tworzywa poprzez wtryskiwacze gazu. Hydrauliczny akumulator ze sprzężeniem zwrotnym zapewnia optymalną prędkość wtrysku tworzywa do formy. Aby zapoznać użytkowników z tą innowacyjną technologią Engel planuje od lutego 2005 udostępnienie maszyny do testów i nowych projektów w swoim zakładzie w St. Valentin. Dwupłytowa maszyna ENGEL DUO będzie posiadała jednostkę zamykającą formę o sile 15.000 kN i jednostkę wtryskową MuCell ze ślimakiem o średnicy 120 mm.
Proces MuCell® został opracowany w Massachusetts Institute of Technology (MIT) w USA. Od jego wprowadzenia na rynek w 1995 firma Trexel Inc. z Wobrun w USA ciągle rozwija i ulepsza technologię przyznając licencje na jej użytkowanie. Maszyny firmy Engel stanowią przynajmniej ćwierć ze wszystkich około 200 licencji, które zostały przyznane na całym świecie.

Więcej informacji:
Dipl.-Ing. Reinhard Bauer
Communications Department, ENGEL AUSTRIA GmbH, Ludwig-Engel-Straße 1, A-4311 Schwertberg/Austria,
Tel.: +43 (0)50 620-0, Fax: -3009
E-Mail: reinhard.bauer@engel.at

Zdjęcia: Engel/Loadhog