New trends in injection molding after the K 2013, Part 2

Evropské a vst�ikovací stroje s Dálného Východu

P�i své, ji� jedenácté v nep�etr�ité �ad�, návšt�v� veletrhu K v Düsseldorfu jsem si ud�lal malou statistiku:

- 9 evropsky etablovaných výrobc� vst�ikovacích stroj� - abecedn�:Arburg - N�mecko, BMB - Itálie, Engel - Rakousko, Fanuc - Lucembursko, Ferromatik Milacron - N�mecko, KraussMaffei - N�mecko, Netstal - Švýcarsko, Wittmann Battenfeld - Rakousko, Zhafir Plastics Machinery - N�mecko - vystavovalo na svých stáncích 58 vst�ikovacích stroj�

- z uvedených 58 stroj� bylo 10 stroj� s pln� elektrickým pohonem s uzavírací silou do 1 500 kN, 6

pln� elektrických s uzavírací silou do 4 500 kN, 8 stroj� m�lo hybridní pohon a zbytek 34 vystavovaných vst�ikovacích stroj� bylo s pohonem elektrohydraulickým

- konstatování o p�evládajícím systému pohonu vst�ikovacích stroj� pomocí elektrohydraulických pohonných jednotek platí i pro stroje dodávané z jiných �ástí sv�ta, zejména z východní Asie

- na veletr�ních stáncích výrobc� vst�ikovacích stroj� bylo mo�no pozorovat dva p�ístupy k problematice výroby výst�ik�

- asijští výrobci vesm�s vystavovali vst�ikovací stroje se základními periferiemi - p�ímo�arý nebo víceosý robot, sušárna granulátu, doprava granulátu, standardní tempera�ní p�ístroj a osazené relativn� jednoduššími vst�ikovacími formami

- evropští výrobci vst�ikovacích stroj�, krom� obdobného p�ístupu jako asijští nabízeli „p�idanou hodnotu“ ve form� sdru�ení firem, které ke konkrétnímu vst�ikovacímu stroji, výst�iku a vst�ikovací form� p�i�azují celou �adu, zejména automatiza�ních periférií, p�i�em� vlastní vst�ikovací proces zahrnuje více vst�ikovacích postup�, nap�íklad – vst�ikování 3K+duté výst�iky, zakládání slo�itých insert�, leh�ené díly s vysokým povrchovým leskem, vst�ikování hybridních díl�, technologie IML, atd.

- p�i porovnání jednotlivých vst�ikovacích stroj� od výrobc� evropských a asijských je mo�no zobecnit n�které rozdíly - asijské stroje obvykle mají:

   - menší po�et stroj� v nabízené typové �ad�

   - jiné rozd�lení uzavíracích sil stroj� v typové �ad�

   - menší pr�chod mezi vodícími sloupy stroj�

   - v d�sledku starších konstruk�ních p�ístup� zabírají v�tší podlahovou plochu

   - obvykle jsou osazovány mechanicko - hydraulickými (klubovými) uzavíracími jednotkami

   - mají špatný p�ístup k p�ipojení vyhazovacích systém� formy a stroje

   - upínací desky vst�ikovacích stroj� jsou �asto osazeny drá�kami pro šrouby s T hlavou

Zvládnutí klasických vst�ikovacích postup� a zvládnutí jednotlivých modifikací vst�ikovacího procesu, nap�íklad kaskádové vst�ikování, více komponentní vst�ikování, vst�ikování strukturn� leh�ených plast�, atd. je dnes, pro standardní vst�ikovny, b�nou normou.

Stále více výrobc� vst�ikovacích stroj� se stává ur�itými integrátory, kte�í zajiš�ují zákazníkovi dodávku automatizovaného pracovišt� - vst�ikovací stroj, vst�ikovací formu a integrující periferní za�ízení - vyjímání a manipulace s výst�iky, zakládací roboty pro r�zné typy insert� ukládaných do vst�ikovacích forem, t�ídící za�ízení, stohovací za�ízení, testovací za�ízení, za�ízení pro opracování výst�ik�, clean room aplikace, dopravní za�ízení, atd.

P�idaná hodnota u evropských vst�ikovacích stroj�

V tomto krátkém p�ísp�vku nelze postihnout vše z p�edstavených inovací a proto se na tomto míst� budu v�novat inovacím v problematice náhrady kovových díl� díly plastovými, respektive na zpracování materiál� vyztu�enými dlouhými vlákny, p�i�em� vlákna mohou být na bázi skla, uhlíku, p�írodních materiál� - nap�íklad len, sisál, konopí atd.

Na otázku pro� práv� tento segment výroby výst�ik� z termoplast� je mo�no jednoduše odpov�d�t, �e se jedná o nové mo�nosti pro výrobu pevn�jších a leh�ích konstrukcí s vyu�itím nejen v automobilovém pr�myslu i kdy� zde zatím mají nejv�tší rozší�ení.

Takové konstrukce výrazn� p�ispívají ke sní�ení spot�eby automobil� a ke sní�ení emisí kysli�níku uhli�itého, v�etn� sní�ení tzv. uhlíkové stopy.

Krom� uvedených environmentálních vlastností mají konstrukce s dlouhými vlákny, hybridní konstrukce, v�etn� konstrukcí vyu�ívajících kombinací r�zných technologií zpracování a modifikací vst�ikování termoplast� oproti jiným kompozitním materiál�m s polymerní matricí výhodu ve:

 - sní�ení hmotnosti p�i zvýšení mechanických vlastností

 - zvýšení rozm�rové a tvarové stability p�i zvýšené pracovní teplot�

 - sní�ení tendence k toku p�i zatí�ení - creepu

 - mo�nost tvorby konstrukcí tzv. „na míru“ - velká variabilita vst�ikovacího procesu

 - v závislosti na orientaci a typu výztu�e mo�nost optimalizace p�enosu zatí�ení na díl

 - mo�nost designu integrálních konstrukcí s integrovanou funk�ností

Cílem p�i vst�ikování materiál� s dlouhými vlákny je zachování jejich co nejv�tší délky. D�vodem je skute�nost, �e vyztu�ující efekt, krom� orientace vláken a jejich distribuce, je p�ímo závislý na pom�ru délky vlákna k jeho pr�m�ru. �ím je uvedený pom�r v�tší, tím jsou v�tší i vyztu�ující vlastnosti - tuhost, pevnost, schopnost p�enosu síly, atp.

Dalším cílem je mo�nost pou�ití polypropylenových kompozit�, které vyztu�ením dlouhými vlákny mohou získat mechanické vlastnosti odpovídající dra�ším kompozit�m s polyamidovou matricí, p�i�em� PP má ni�ší specifickou hustotu ne� PA a tedy díly z nich jsou leh�í.

Vst�ikování termoplast� je zalo�eno na p�íprav� polymerní taveniny v plastika�ním válci vst�ikovací jednotky vst�ikovacího stroje. Plastikace probíhá za p�ívodu tepla z vn�jších topných element� pomocí smykového a t�ecího tepla ve šnekové komo�e. Práv� p�i pr�chodu kompozitního materiálu s dlouhými vlákny - obvykle cca 12 mm, vále�ek o pr�m�ru cca 2 mm - šnekovou komorou dochází k degradaci - zkrácení délky vlákna a tedy k výraznému sní�ení pom�ru délka/pr�m�r vlákna.

Uvedený problém se �eší mnoha inovativními postupy.

Jedno z prvních za�ízení nabízejících p�ímé vst�ikování materiál� s dlouhými vlákny vystavovala na K 2007 kanadská firma HUSKY. Jednalo se o integrovaný vst�ikovací stroj jeho� sou�ástí byl míchací dvoušnekový vytla�ovací stroj, v�etn� dávkovacích za�ízení pro nekone�né vlákno a další aditiva. Do, na dvou šneku, p�ipravené polymerní taveniny, na konci její p�ípravy, bylo dávkováno vlákno o p�edem zvolené délce, kompozit byl p�esunut do vst�ikovací komory a odtud pístem vtla�en - vst�íknut do formy. U�ivatel stroje tedy nebyl vázán na dodavatele granulátu, ale mohl si vyrobit sv�j vlastní vst�ikovací materiál.

Jednodušší a lacin�jší podobu p�ímého vst�ikování dlouhých vláken, ve spolupráci s dalšími firmami, p�edstavila n�mecká firma ARBURG. I p�i �ešení firmy Arburg se dlouhá vlákna do polymerní taveniny zpracované na b�ném vst�ikovacím stroji dávkují speciálním dávkovacím za�ízením s volitelnou délkou vlákna z boku vst�ikovací jednotky, kde je sm�s p�ed vst�ikovací tryskou zhomogenizována. Dávkovací plni� vláken je zkonstruován jako dvoušneková vytla�ovací jednotka podávající svazek nekone�ného vlákna k rotujícímu �ezacímu no�i. Vlákna o zvolené délce jsou dávkována do polymerní taveniny.

P�i pou�ití dlouhých vyztu�ujících vláken je krom� uvedených výhod - nap�íklad p�i vst�ikování nárazníku z PP kompozitu s krátkými sklen�nými vlákny - délka vláken cca 0, 6 mm - je vlivem orientace modul pru�nosti cca 2 000 MPa, pro dlouhá - cca 12 mm - sklen�ná vlákna cca 5 000  MPa - velká nevýhoda v anizotropii smršt�ní a vlastností - rozdílné vlastnosti ve sm�ru orientace vláken, nap�íklad menší smršt�ní ve sm�ru podél vláken, kolmo na tento sm�r v�tší.

Krom� anizotropie vlastností ovliv�uje orientace vláken i deforma�ní chování výst�ik� po jejich vyhození z formy. Deformace je zp�sobena stavem reziduální napjatosti, vzniká p�sobením vnit�ních sil generovaných tokem taveniny a následnou orientací a objemovými zm�nami p�i anizotropním smršt�ní. Jak orientace, tak i objemové zm�ny jsou ovlivn�ny distribucí, nato�ením vláken v polymerní matrici.

Kombinace metod zpracování termoplast�, hybridní technologie a lokální vyztu�ení výst�ik�

Plasty a kompozity s polymerní matricí se za�ínají výrazn�ji uplat�ovat nejen v konstrukci automobil� a letadel, ale i v konstrukci výrobních stroj�, energetických za�ízení, r�zných p�ístroj�, atp.

U takových aplikací je nutná spolupráce konstruktér� a vývojových pracovník�. Bohu�el, zde nará�íme na výrazné nedostatky ve výuce na našich technických st�edních i vysokých školách, kde se absolventi obvykle dozv�dí o konstrukci kovových díl�, p�ípadn�, ovšem velmi z�ídka, o technologi�nosti konstrukce díl� z plast�, ale o symbióze v konstrukcích kov - plast, p�ípadn� plast - kompozit v jednom výrobku, jako o materiálové strategii se, mimo letecké specializace, prakticky neu�í.

P�itom práv� p�sobení výhodných vlastností plast� a kov� efektivn� vyu�itých v takových integrovaných konstrukcích umo��uje, mimo jiné, zmenšovat po�et montá�ních krok� a dokon�ovacích operací.

P�i výrob� takovýchto konstruk�ních díl� se pou�ívají kombinace r�zných technologických výrobních postup� a výrazn� do pop�edí vystupuje i výrobní forma, která se stává slo�itým výrobním za�ízením.

Jednou z uvedených aplikací jsou nap�íklad odleh�ené konstruk�ní díly obsahující materiály o vysokých pevnostních charakteristikách - sklen�nými nebo uhlíkovými vlákny vyztu�ené prepregy, které jsou v pre - konsolidovaném stavu termoplastické matrice vytvarovány do p�íslušného tvaru a vlo�eny do vst�ikovací formy, p�ípadn� s kovovými inserty nebo tkaninami �i PC dekorativními t�ídimenzionálními fóliemi. Ve vst�ikovací form�, která m��e být osazena horkými systémy, v�etn� kaskádových se vyztu�ené prepregy zast�íknou technologií strukturálního leh�ení fyzikálními postupy, nap�íklad technologií MuCell.

Integrace uvedených postup� vede, zejména pro st�ední a velké výrobní série, k vysoké efektivit� vynalo�ených náklad�.

Zast�ikování termoplastických t�ídimenzionáln� tvarovaných prepreg� se na výstav� K objevilo ji� v roce 2007, ale v roce 2013 bylo výrazn� rozší�eno na více firem a ve velké kombinaci s dalšími technologickými postupy.

Obdobou popsané technologie kombinující r�zné metody zpracování termoplast� je hybridní vst�ikovací technologie.

P�edešlou technologii m��eme nazvat technikou insert� nebo technikou vlo�ek, hybridní technologií jsou materiály - obvykle kovový díl ( profil ) nebo díly a plastový díl - spojeny do jednoho celku, ale s r�znými funk�ními vlastnostmi, tj. v takových konstrukcích je systematicky vyu�íván synergický efekt kombinace výhodných vlastností obou materiál�, v�etn� výrobních a zpracovatelských technik.

Synergie hybridních struktur je v tom, �e plast dává konstrukci lehkost a kovová profilovaná a �ebrovaná konstrukce pevnost. Pro ohybová zatí�ení je výhodné podélné �ebrování, pro torzní k�í�ové, které je schopno p�enášet vyšší kroutící momenty.

Uvedené konstrukce se stále vyvíjejí - mají vývojový potenciál, který spo�ívá ve zvyšování odolnosti proti namáhání zvyšováním adheze mezi materiály, dalším odleh�ením konstrukcí pou�itím termoplastických kompozit� vyztu�ených p�írodními vlákny, p�ípadn� aplikací ji� uvedené technologie MuCell.

Krom� uvedených díl� vyrobených kombinací technologických postup� a hybridních díl� je inova�ní sna�ení zam��eno na díly s lokálními výztu�emi.

Výsledkem inovací u t�chto díl� je, krom� redukce hmotnosti i nahrazení kovových nosných zást�ik� a vlo�ek lokálním vyztu�ením pomocí krátkých nebo dlouhých vláken.

Kombinace plastu a kovových vlo�ek u pevnostních výst�ik� nahrazuje u plast� omezené mechanické vlastnosti, jako je tuhost a rázová hou�evnatost. Dále omezuje nevýhodu, kterou je viskoelastické chování polymerní matrice p�i zvýšených teplotách a pod trvalým zatí�ením - creep.

Práv� lokální vyztu�ení pomocí vláknitých struktur m��e, krom� sní�ení hmotnosti, odstranit výše uvedené nevýhody výst�ik�.

Do procesu vývoje se zapojují matematické simulace, kdy z pr�b�hu a analýzy k�ivky nap�tí a gradientu zatí�ení v daném díle je tento rozd�len na nosné a nenosné �ásti.

Vst�ikováním jsou potom vytvo�eny výkonné hybridní díly tvo�ené vyztu�enými materiály - vinuté struktury, tkaniny, vláknité profily, pásky, atp. - propojené standardními vst�ikovanými strukturami.

Výhody takových konstrukcí p�inášejí:

 - sní�ení hmotnosti spolu s dobrými mechanickými vlastnostmi

 - zvýšení stability dílu p�i vyšších teplotách

 - sní�ení tendence ke creepu

 - výroba výst�ik� na míru

 - integrální konstrukce s integrovanou funk�ností.

Krom� inovací v pevnostních charakteristikách výst�ik� byly jedním z obnovených trend� p�edstaveny inovace v prom�nách plastových výst�ik� - t�ídimenzionální a kompozitní povrchové úpravy výst�ik�.

Jedná se o úpravy �ešící neustále se m�nící se po�adavky na vzhled, dekor, ochranu p�ed UV zá�ením, p�ed ot�rem, atd. Svým zp�sobem individualizují vzhled díl� pomocí nanášení r�zných fólií na jejich povrch.

Mezi nanášecí techniky pat�í:

 - Inmold Labeling - IML - 2D i 3D

 - Inmold Decoration - IMD - pro slo�it�jší 3D tvary

 - Insert Molding - pro velmi slo�ité 3D tvary

 - horká ra�ba na povrch dílu - 2D

Vyu�ití nacházejí p�i vst�ikování r�zných díl� pou�ívaných v konstrukci tablet�, smartphon�, elektronických �te�ek, mobilních p�ístroj� a telefon�, elektronických p�ístroj�, zdravotnických p�ístroj�, díl� do interiér� i exteriér� automobil�, atd.

Fólie se vyráb�jí v mnoha provedeních - r�znobarevné, zlaté, st�íbrné, kovové povrchy v r�zných tónech a optických jakostech povrchu.

Holografické zobrazení, optické, spektrální, difrak�ní efekty, povrchy hrubé, jemné, matové, polomatové, lesklé, metalické, napodobeniny d�ev�ných povrch� - vlašský o�ech, t�eše�, mahagon atd. V r�zných barevných odstínech a tónech, podle p�ání zákazníka.

Uvedené dekora�ní úpravy jsou vhodné zejména pro PP, PS, ABS, PC, SAN, PMMA a PVC.

1. �as� »
3. �as� »