Nowe technologie wtrysku tworzyw

Oprócz standardowego procesu wtryskiwania tworzyw sztucznych współcześni przetwórcy mają do dyspozycji całą gamę rozmaitych, wysoko wyspecjalizowanych technologii, które umożliwiają uzyskanie detali o pożądanych właściwościach. Poniżej przedstawiamy kilka propozycji zaprezentowanych w ostatnich miesiącach przez znanych producentów wtryskarek.

Podczas tegorocznych Dni Technologii Arburg zaprezentował po raz pierwszy nowe rozwiązanie w zakresie wtrysku tworzyw spienionych. Nieskomercjalizowana jeszcze technologia Profoam polega na fizycznym procesie spieniania, którego zastosowanie znacznie oszczędza materiał i skraca czas chłodzenia, pozwalając jednocześnie na uzyskanie efektu podobnego do produktów procesu MuCell, opracowanego przez firmę Trexel.

W konwencjonalnych procesach spieniania tworzyw pojawiają się problemy z powierzchnią wypraski, a spienianie wiąże się z utratą właściwości mechanicznych produkowanych detali. Problemów tych udaje się uniknąć dzięki procesowi MuCell, tam jednak konieczne jest zastosowanie specjalnej jednostki plastyfikującej. Tymczasem nowy proces Profoam, opracowany przy współpracy z naukowcami z Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) z Aachen, pozwala na uzyskanie spienionych detali o wysokich właściwościach mechanicznych bez konieczności stosowania jakichkolwiek urządzeń peryferyjnych, jest zatem osiągalny na standardowej wtryskarce. Ślimak w jednostce wtryskowej może mieć typową geometrię, musi jednak zawierać na końcu uszczelkę, aby zapobiegać uwalnianiu się gazu.

Podczas procesu Profoam granulat tworzywa jest mieszany z płynnym propelentem - dwutlenkiem węgla luz azotem - wewnątrz maszyny, gdzie gaz się uwalnia. W ten sposób uzyskuje się stabilne elementy o homogenicznej strukturze i niskim poziomie zniekształceń. Według przedstawicieli Arburga, proces Profoam jest łatwy do kontrolowania, a temperatura topnienia tworzywa nie powoduje uszkodzenia materiałów w przypadku stosowania wzmocnień włóknami. Podczas Dni Technologii na elektrycznej wtryskarce Allrounder 820 A zaopatrzonej w dwugniazdową formę produkowane były obudowy poduszek powietrznych w cyklu o długości 70 s. Produkowane cienkościenne detale o długości 280 mm odznaczały się niewielką masą, wynoszącą zaledwie 272 g - jak przekonują producenci maszyn, o 18 proc. niższą niż w przypadku tradycyjnych technologii.

Jedną z najbardziej wymagających technologii specjalistycznych jest mikrowtrysk. Konieczne jest tu zachowanie ogromnej precyzji, bowiem produkowane w tej technologii detale mają często masę poniżej 1 g. Do najistotniejszych zagadnień należą tu między innymi takie kwestie, jak uzyskanie homogeniczności tworzywa oraz odpowiedni czas cyklu.

W tym roku podczas targów NPE 2015 w Orlando swoje najnowsze rozwiązanie w zakresie mikrowtrysku przedstawiła firma Sumitomo (SHI) Demag. Producent wtryskarek zademonstrował proces wytwarzania kółka POM odgrywającego ważną rolę w nowo opracowanym urządzeniu do leczenia zaćmy. Podczas targów w pełni elektryczna maszyna SE30DUZ wytarzała kółko zębate o masie 0,524 gramów w pojedynczej formie zimnokanałowej Sansyu FineTool. Wypraski odbierał robot Yushin America. O tym, jak precyzyjne jest to zadanie świadczy fakt, że odległość miedzy zębami wynosiła zaledwie 85 mikronów, a średnica kółka - 0,775 mm.

Zadaniem produkowanego kółka jest obracanie ostrza chirurgicznego w urządzeniu I-core Capsulorrhexis firmy Eye Care and Cure. Urządzenie to używane jest w kapsulotomii, zabiegu polegającym na wykonaniu okrągłego otworu w tylnej torebce oka, dzięki czemu można usunąć zmętnienie soczewki. Do wykonania tego typu zabiegu chirurgicznego używa się narzędzi różnego rodzaju, z których dużą popularnością cieszą się urządzenia laserowe. Ich wadą jest jednak cena, tymczasem nowe urządzenie dzięki niewielkim kosztom może być z powodzeniem stosowane np. w krajach rozwijających się.

W tradycyjnym procesie wtrysku ciepło ścinania wzrasta ze względu na tarcie powstające w wyniku przesuwania się tworzywa między ślimakiem i ścianą cylindra. Powoduje to szereg problemów, m.in. wywołuje zmienną gęstość płynnego tworzywa. Tymczasem zastosowany we wtryskarce SE30DUZ ślimak SL (Spiral Logic) pozwala uniknąć tych problemów dzięki wyeliminowaniu niestabilności ciepła ścinania. Ślimak wykonany został bez strefy kompresji, co pozwala uniknąć problemu stagnacji czy degradacji tworzywa. Zastosowano także zawór GS, który uniemożliwia cofnięcie się tworzywa do cylindra. W ten sposób uzyskano jednakowe ciśnienie na całej długości ślimaka, stabilność procesu oraz jego pełną powtarzalność.

Precyzję mikrowtrysku gwarantują także inne parametry maszyn z serii SE-DUZ, wśród których można wyliczyć system Z-Modling FFC i Z-Molding MCM, silniki z napędem bezpośrednim oraz unikalny system korekcji siły zamykania, który kompensuje wzrost temperatury formy.

Inną popularną obecnie specjalistyczną technologią jest wtrysk wielokomponentowy, który umożliwia połączenie różnych materiałów lub kolorów w wysokiej jakości produkty końcowe. W ten sposób można uzyskać wyroby ciekawe pod względem wzornictwa i funkcjonalności.

Podczas targów NPE firma KraussMaffei zaprezentowała maszynę z serii GX, umożliwiającą wtrysk wielokomponentowy i produkcję detali o różnych kolorach i wykonanych z różnych materiałów, jak np. termoplasty, elastomery czy poliuretany. Podczas największej imprezy wystawienniczej w USA niemiecki producent pokazał wtryskarkę GXH 550-1400/1400 współpracującą z robotem liniowym LRX i wytwarzającą pokrywy dla lamp przeciwmgłowych.

Seria maszyn dwupłytowych GX zawiera pięć wariantów wtryskarek - GXH, GXL, GXV, GXW oraz GXZ. Idealnie nadają się do wtrysku wielokomponentowego, a jedną z ważniejszych nowości jest nowy zintegrowany stół obrotowy oraz serwoelektryczna jednostka napędowa zapewniająca szybkie obroty, ruchy paralelne i precyzyjne pozycjonowanie. W zależności od potrzeb klient może wybrać odpowiednią pozycję jednostki wtryskowej. W symbolu GXH litera H oznacza obecność dwu lub więcej paralelnych jednostek wtryskowych. W ułożeniu horyzontalnym tworzywo jest kierowane bezpośrednio do odpowiedniej połówki formy. W ten sposób ogranicza się zjawisko tzw. ślepych kanałów. Inne zalety zastosowania jednostek wtryskowych w układzie paralelnym to możliwość uzyskania prostszej konstrukcji formy oraz całej maszyny. Typowe produkty wytwarzane za pomocą wtryskarek serii GXH to np. komponenty optyczne pojazdów czy dwukomponentowe zamknięcia typu screw cap.

Nieprezentowane na NPE warianty maszyny charakteryzują się innym położeniem drugiej jednostki wtryskowej. W modelach GXL jest to położenie boczne horyzontalne, w modelach GXV - wertykalne. Maszyny oznaczone symbolem GXZ to wtryskarki typy piggyback, zaś GXW to urządzenie zaopatrzone w technologię SpinForm.

Jak przekonuje producent, nowe wtryskarki KraussMaffei z serii GX pozwalają na szeroki zakres przetwórstwa tworzyw, gdzie zestawiane mogą być nie dwa, ale nawet cztery różne komponenty.

Na koniec warto wspomnieć jeszcze o technologii wtrysku z doprasowaniem, pozwalającej na produkcję grubościennych elementów o małych naprężeniach wewnętrznych, przy dużej powtarzalności kształtu. Zazwyczaj wspomina się tu o wtrysku tworzyw termoplastycznych, warto jednak zwrócić uwagę na ofertę firmy Wittmann Battenfeld, która proponuje wykorzystanie tej technologii do wtrysku duroplastów. Wtryskarki do duroplastów firmy Wittmann Battenfeld zostały wykorzystane m.in. przez Winkelmann Gruppe do produkcji kół pasowych, wykonywanych w technologii wtrysku z doprasowaniem z tłoczyw fenolowych wzmacnianych włóknem szklanym lub włóknami mineralnymi. Zastosowanie kół pasowych wykonanych z tworzyw pozwala na zmniejszenie kosztów produkcji i obniża wagę auta. Dzięki tym zaletom produkcja ta ma bardzo dobrą pozycję do dalszego rozwoju.

W technologii wtrysku z doprasowaniem firmy Battenfeld tłoczywo fenolowe wtryskiwane jest pod niskim ciśnieniem do formy wtryskowej. Stosuje się ograniczone ciśnienie wtrysku w celu uniknięcia orientacji rozkładu włókien wzmacniających tłoczywo. Po wypełnieniu formy następuje etap prasowania. W etapie tym wypraska uzyskuje właściwą i ostateczną geometrię. Proces prasowania realizowany jest aż do pełnego chemicznego utwardzenia tworzywa. Dzięki zastosowaniu tworzyw termoutwardzalnych uzyskane wyroby wykazują bardzo dobre własności termiczne i zachowują swój kształt w wysokich temperaturach. Wykorzystanie tłoczyw termoutwardzalnych ma szereg innych zalet, jak np. redukcja ciężaru i kosztów w stosunku do elementów wykonanych z metalu, większa skuteczność tłumienia hałasu, uzyskanie powierzchni ulegającej mniejszemu zużyciu eksploatacyjnemu, bardzo wysoka odporność na działanie zmiennych temperatur i odporność na działanie agresywnych mediów. Jak zauważają przedstawiciele firmy, czynione w ostatnich latach próby wykorzystania tworzyw termoplastycznych w technologii wtrysku z doprasowaniem zakończyły się tylko połowicznym sukcesem. Z racji wymagań stawianych wyrobom końcowym, zastosowane tworzywa termoplastyczne były znacząco droższe od tłoczyw termoutwardzalnych.

Koła pasowe wykonywane z duroplastów zastępują więc coraz częściej te wykonane z metalu w pompach wodnych, systemach wspomagania układu kierowniczego, tłumikach wału korbowego czy układach sterowania. Przyszłością są koła pasowe wykonywane w technologiach hybrydowych łączących stal, duroplasty i elastomery. W firmie Winkelmann zarówno produkcja, jak i badania nowych technologii realizowane są z wykorzystaniem wtryskarek Wittmann Battenfeld do duroplastów. Obecnie w zakładzie w Ahlen pracują 23 wtryskarki Battenfeld o siłach zamykania 100-150 t. W roku 2013 Battenfeld dostarczył do zakładu Winkelmann pierwsze 2 wtryskarki HM 150/1000 ServoPower z energooszczędnym napędem, wyposażone w roboty Wittmann W821 przygotowane do uzbrajania form w elementy obtryskiwane i do odbierania gotowych detali. Wyposażenie uzupełnione zostało o termostaty Wittmann Tempro plus D wykorzystywane do termostatowania układu plastyfikacji wtryskarki.