Műanyagok feldolgozása, additív technológiák

A nagy teljesítményű műszaki műanyagok nyomtatása, mint amilyen a PEEK, nagy odafigyelést igényelnek rendkívül magas olvadáspontjuk és üvegesedési hőmérsékletük miatt, mert a hűlési és újrakristályosítási viszonyok változása igen nagy eltéréseket okoz a nyomtatott tárgyak modulusában, szilárdságában és ütésállóságában.

A cikkben különböző, kombinált fröccsöntési eljárásokat (szerszámban végzett dekoráció, préseléssel egybekötött fröccsöntés, ko-injektálás, hab-fröccsöntés), termeléstámogató, szimulációs és tervező programokat, egyedi termékjelölő eljárásokat, szerszámba és feldolgozó gépekbe építhető érzékelőket, valamint a piacra frissen bevezetett fröccsöntő gépeket mutatunk be a világ vezető gyártóitól.

A napjainkban egyre komplexebbé váló szerkezeti elemek és alkatrészek tervezésénél nagy szerepet játszhat a virtuális terméktervezés. Különösen nagy a jelentősége ennek a habosított műanyagtermékeknél. A cikk bemutatja a terméktervezés egyes lépéseit és az azokat befolyásoló tényezőket. A szerszámgyártók és a megrendelők kapcsolatát az elkészült szerszámok átadását és kipróbálását a Covid járvány terelte a virtuális térbe.

Gépkocsikban, orvosi eszközökben, mobiltelefonokban, órákban és más testen hordozható eszközökben egyre gyakrabban alkalmaznak szinte észrevehetetlenül apró – mg tömegű – elemeket, amelyeket folyékony szilikongyantából (LSR – liquid silicone resin) fröccsöntéssel sokfészkes szerszámokban állítanak elő. Gyártásuk rendkívül precíz gyártóberendezéseket és nagy tapasztalatot igényel, mert a hőre lágyuló polimerekkel ellentétben, amelyek ömledéke hűtés hatására szilárdul meg, az LSR-nek a fröccsöntés folyamata alatt a hozzá kevert térhálósítóval kémiai reakció lefutásával kell vulkanizálódnia. Az ausztriai Engel és németországi KraussMaffei cég az utóbbi években ennek a technológiának specialistái lettek. Publikációnk múlt számában megjelent 1. részében az Engel, lapunk ebben a számában megjelenő 2. részben a KraussMaffei fejlesztéseiről számolunk be.

A hőre lágyuló műanyagok nyomtatásában új fejezetet jelentett az üveg- szén- és aramidszálakkal erősített hőre lágyuló anyagok bevezetése, amelyek a nem erősített típusokhoz képest jelentősen megnövelték a nyomtatott anyag modulusát és szilárdságát. A szálerősítés javítja a termikus jellemzőket is, de vannak hátrányai is, elsősorban a nagyobb porozitás. Az alábbiakban a rövidszállal és a folyamatos szálakkal erősített nyomtatás előnyeit és hátrányait hasonlítjuk össze a szakirodalom alapján.

Röviden bemutatjuk az USA egyik innovatív és piacformáló, elsősorban fúvott műanyagipari termékeket gyártó cégének újdonságait, amely nemcsak a saját gyártástechnológiájának és termékportfóliójának megreformálásán keresztül, hanem a vevőivel szorosan együttműködve, azokat oktatva alakítja, formálja a piaci/vevői trendeket. Új termékdizájnokat, gyártási modelleket hoztak létre, melyek értékesebbek a piaci szereplő számára, mindamellett kedvezőbb az ökológiai lábnyomuk. Szó lesz még a fúvás területén bevezetett más újdonságokról, elsősorban nagy űrtartalmú és komplex formájú termékek gyártására szolgáló berendezésekről.

A modern granuláló berendezések legfőbb követelményei közé tartoznak a gyorsaság, a hatékonyság, a nagy töltőanyag- és reciklátum tartalmú kompaundok kezelésének rugalmassága. A kompaundáló ipar igényei folyamatosan változnak, ezért a granulátorok gyártói termékkínálatukat a felhasználói igényekhez igazítják. A legújabb berendezések a nagyobb rugalmasság, a gyorsabb átállás és a magasabb szintű automatizálás iránti igényt is kielégítik. A regranulátumok hatékony kezelése különösen fontos a fröccsöntő üzemekben, ugyanis néhány kulcsfontosságú lépés megtételével jelentősen csökkenthető az energiafelhasználás.

Sok fröccsöntő számára egy másik termékre történő gyors átállás nehéz feladat. A gyors átállások feltétlenül szükségesek a vevőigények kielégítéséhez és megfelelő nyereség eléréséhez. Mik az okai annak, hogy sok fröccsöntő cég fél leállítani a gyártást, szerszámot cserélni és új termékkel elindulni – gyorsan? Ebben a cikkben ismertetjük az átállás menetét, mely tágabb értelemben három, megkülönböztethető lépésből áll: tervezés, szerszámcsere és elindítás.

A szerszámkészítés technológiája az évek során jelentősen fejlődött, és a gyártás szempontjain alapuló tervezés (DFM – Design for Manufacturig) egész folyamata is. Felismertük, hogy nem csak a fröccsöntés hatékonyságát, hanem a felszerszámozást és a szerszámok karbantartását is figyelembe kell venni a tervezésnél. A közlemény egy DFM2-nek nevezett rendszert mutat be, ahol szerszámgyártás és fröccsöntés is folyik.

A szerszám elektromos eszközökkel történő „feljavítása” (elektrifikálása) csökkenti a hibás darabok keletkezésének esélyét, segíti a tiszta feldolgozási körülményeket és valós idejű (real time) visszajelzésekkel javítja a folyamat ellenőrzését. Ez szervomotorok alkalmazásával történik, melyek vezérlik a szerszám mozgásait

Fontos feladat a műanyag-feldolgozó gépek, szerszámok és kisegítő berendezések karbantartása. Ha elég gyakran elvégezzük az alapvető karbantartási ellenőrzéseket, és az itt feltárt problémák kezelését, az biztosítja fröccsöntő gépjeink hosszú élettartamát és a termelés zavartalanságát. A megfelelő karbantartás elmaradása mellett a fröccsöntő gépek meghibásodásának egyik leggyakoribb oka a hidraulika olaj szennyezettsége.

Szín-vagy anyagváltás, illetve elszennyeződés esetén szükség van a fröccsöntő gép és szerszám tisztítására. Ezt leghatékonyabban kereskedelmi forgalomban kapható tisztító polimerekkel végezhetjük. E téren különösen gondos odafigyelést igényelnek a forrócsatornás szerszámok. Az optimális tisztítóanyag kiválasztása és eljárás a technológiai előírás betartása gyorsabbá teszi az átállást/tisztítást és az ilyenkor keletkező hulladék mennyisége is jelentősen csökken.

Gépkocsikban, orvosi eszközökben, mobiltelefonokban, órákban és más testen hordozható eszközökben egyre gyakrabban alkalmaznak szinte észrevehetetlenül apró – mg tömegű – elemeket, amelyeket folyékony szilikongyantából (LSR, liquid silicone resin) fröccsöntéssel sokfészkes szerszámokban állítanak elő. Gyártásuk rendkívül precíz gyártóberendezéseket és nagy tapasztalatot igényel, mert a hőre lágyuló polimerekkel ellentétben, amelyek ömledéke hűtés hatására szilárdul meg, az LSR-nek a fröccsöntés folyamata alatt a hozzá kevert térhálósítóval kémiai reakció lefutásával kell vulkanizálódnia. Az ausztriai Engel és a németországi KraussMaffei cég az utóbbi években ennek a technológiának specialistái lettek. Publikációnk 1. részében az Engel, lapunk következő számában megjelenő 2. részben a KrausMaffei fejlesztéseiről számolunk be.

A hőformázás a műanyag-feldolgozás egyik legkorábbi technológiáinak egyike. Fejlesztése folyamatos, és ezt napjainkban is intenzíven végzik. A kisebb újítások a fröccsöntő üzemekben történnek, ezek legtöbbször az alkalmazott anyagokat érintik, újabban pl. arra törekszenek, hogy egyre több hulladékból visszanyert műanyagot forgassanak vissza a hőformázott termékekbe. Kutatóintézetekben és nagyvállalatoknál azonban már a 21. század és az Ipar 4.0 technológiai újdonságaival, továbbá a korábbiaknál sokkal igényesebb termékek hőformázására is alkalmas új anyagokkal foglalkoznak.

A fújt fóliákat gyártó extruderek szerszáma fölött elhelyezkedő, hűtőlevegőt adagológyűrűk nagyon fontosak pl. a tömlő stabilitása és a termelékenység fenntartása terén. A gépgyártók különböző megoldásokkal támogatják a felhasználókat. További termelékenységjavulást lehet elérni a német IKV kutatói által kifejlesztett, több egymás felett elhelyezett írisz-gyűrű által kifeszített fólia légterelővel.

Jól ismert, hogy adalékokkal a műanyagok tulajdonságait célirányosan lehet módosítani, javítani. Újdonságnak számítanak a nanokompozitok, amelyekben a nanoanyagok kompaundálása nem kis feladat. Erre új szuszpenziós technológiát is kidolgoztak. Egy másik fejlemény, hogy a vevők egyre kisebb tételeket szeretnének gyártani.

műanyagokban jelenlévő és a polimer degradációjából származó kismolekulájú vegyületek egy része idővel kirakódhat a szerszám falán. A műanyagok kisebb-nagyobb mértékben rátapadhatnak a szerszám falára, ami a darabok kidobását gátolhatja. A szerszámok eltérő anyaga és felületkezelése eltérő tapadást eredményeznek, melynek mérésére német kutatók új, tribometrikus módszert dolgoztak ki.

Az egyre dráguló energia és a környezetvédelmi megfontolások következtében egyre több vállalat kezdett el foglalkozni az egységnyi termék előállításához szükséges energia mennyiségének csökkentésével. Egyrészt a gépgyártók is erre törekednek új fejlesztéseiknél, másrészt a műanyag-feldolgozó üzemek is sokat tehetnek egy megfelelő energiamenedzsment bevezetésével.

A vezérlőrendszerekkel ma már a granulátorok is az „intelligens” fröccsöntő üzem részei. Az alábbiakban a granulátorok vezérlőegységeit gyártó cégek újdonságait ismertetjük. Másik témánk a granulátorok vágókéseinek beállításával, karban tartartásával foglalkozik.

60 évvel ezelőtt a legtöbb műanyag-feldolgozó ugyanazt a csigát alkalmazta különféle műanyagok fröccsöntéséhez vagy extrudálásához. Ma már a legtöbb feldolgozó tudja, hogy minden polimerhez annak tulajdonságaihoz optimált csigát kellene alkalmaznia, ha el akarja érni a legjobb termelékenységet és a legjobb minőséget. Újabban ismét felszínre került a „mindenre jó” (GP) csiga iránti igény. Egyes szakértők szerint ilyen nem létezik, egy csigagyártó viszont már feltalálta. Ilyen csigával szeretnének dolgozni a hulladékfeldolgozók is, mert a nagyon gyakori csigacsere nagy időveszteséggel jár. Nem nagyon biztatják őket, inkább a csigacsere gyorsítását ajánlják nekik.