ENGEL lanceert infrarood-gestuurde robotcel voor efficiënte grootschalige productie van thermoplastische composieten

Spruitgietmachinesfabrikant en systeemoplossingenleverancier ENGEL Austria heeft aangekondigd dat op de K 2019 beurs (Düsseldorf, Duitsland, 16-23 okt.) een infrarood-uitbrandings technologie geïntroduceerd wordt als onderdeel van de productiecel die composiet pre-vorming combineert met thermoplastische spruitgiet-overmolding.

ENGEL zal het organomelt proces gebruiken om demonstratieonderdelen te produceren die de nieuwste innovaties voor autodeurpaneelmodules weerspiegelen. ENGEL's productiecel wordt gezegd de eerste ter wereld te zijn die infraroodstraling gebruikt om drie organovellen van verschillende diktes op te warmen en te vormen, alsook een hoogwaardig zichtbaar oppervlak te vormgeven in dezelfde spruitgietprocesstap. Het systeem zal uitgerust zijn met drie ENGEL easix gelenkige robots die simultaan opereren.

Thermoplastische composieten groeien in belang voor gewichtsbesparing in de auto-industrie, zegt Dr. Norbert Müller, hoofd van ENGEL's Center for Lightweight Composite Technologies.

Er zijn twee hoofdredenen hiervoor. Ten eerste maakt de consistente thermoplastische aanpak het mogelijk om de vormgeving en functionalisering van vezelversterkte prepregs efficiënt te integreren, wat de stukkosten verlaagt. Ten tweede maakt het uitsluitend gebruik van thermoplastische polymeren het makkelijker om recyclingstrategieën te ontwikkelen.

Het terugbrengen van composietcomponenten in de materialenketen aan het einde van hun levensduur is een van de prioriteiten voor lopende ontwikkeling in de elektrisch voertuig sector, merkt Müller op. Thermoplastische oplossingen worden nu ook steeds vaker een methode, zelfs binnen de vliegtuigbouw.

Organomelt: antwoord op duurzame transport

ENGEL's antwoord op de behoefte aan duurzame transport is organomelt. In het organomelt proces worden vezelversterkte prepregs met een thermoplastische matrix zoals organovellen en banden verhit, in de vorm geplaatst, gevormd en direct overmold met thermoplast. Het proces wordt al gebruikt in hoog-volume productie, met ENGEL organomelt voor volledig geautomatiseerde productie van items zoals front-end carriers.

Naarmate het proces verder ontwikkeld, werkt ENGEL samen met klanten en partners aan de productieaspecten van het ontwerpen van composietcomponenten met een gerichte belastingverdeling.

In de toekomst zullen verschillende prepregs per component gecombineerd worden om de lichtgewichtconstructie-eigenschappen af te stemmen op de vorm van het relevante component en de verschillende belasting op individuele gebieden binnen het component, legt Müller uit. De productiecel op de K-beurs zal dat potentieel duidelijk demonstreren.

Het vormproces is ontwikkeld in partnerschap met auto-leverancier Brose (Coburg, Duitsland). ENGEL stelt dat de productiecel momenteel het enige systeem ter wereld is dat drie verschillend gevormde organovellen tussen 0,6 mm en 2,5 mm dikte simultaan kan verwerken in een volledig geautomatiseerd proces met geïntegreerde IR-ovens. De verschillende belasting op de individuele componentgebieden kan worden aangepakt dankzij de gerichte selectie van organovellen op basis van belastingverdeling – een resultaat dat Brose heeft geholpen waarborgen door diverse simulatieprocessen. Het demonstratieonderdeel dat op de K-beurs geproduceerd wordt, is bijvoorbeeld stijver in het raamframegebied dan aan de binnenkant van de deur.

Ultra-compacte IR-oven integratie

Een van de uitdagingen bij het verwerken van organovellen is de verhitting van de prepregs. De tijd die ze nodig hebben om op te warmen en af te koelen hangt af van hun dikte. Het materiaal snel verwarmen zonder het te beschadigen is belangrijk, evenals een snelle en eenvoudige overgang naar de vorm voor de verhit prepreg. ENGEL's organomelt productiecel is gebaseerd op een duo 3660/800 spruitgietmachine en bevat twee geïntegreerde IR-ovens. Er is een verticale IR-oven direct boven de sluiteenheid gepositioneerd om het organovel van slechts 0,6 mm dik op te warmen. Op deze manier bereikt het dunne organovel de vorm snel, zodat het nog niet is uitgekoeld en onmogelijk te vormen. Een standaard, horizontale IR-oven op een voetstuk boven de bewegende platen zal gebruikt worden voor de twee dikke organovellen (1 mm en 2,5 mm). Deze rangschikking verkort de afstand tussen de oven en de vorm, evenals ruimtebesparing omdat de oven geen afzonderlijke vloerruimte nodig heeft. Beide IR-ovens zijn in-house ontwikkeld en gefabriceerd door ENGEL. Deze en de drie easix robots zijn volledig geïntegreerd met de IMM's CC300 besturingseenheid en kunnen centraal worden bediend via het display van de machine.

Alle drie organovellen worden tegelijk opgewarmd. Twee van de drie easix robots zijn dan beschikbaar om de organovellen te hanteren. Deze bevinden zich naast elkaar boven de sluiteenheid. Terwijl de eerste robot verantwoordelijk is voor het hanteren van de twee dikke organovellen, zorgt de tweede robot voor het dunste vel. Gedurende het gehele verhittingsproces houdt het het organovel voor het verticale stralingsveld zodat het na de ingestelde opwarmperiode in de vorm kan worden geplaatst. De derde robot bevindt zich naast de sluiteenheid. Zijn taak is het verwijderen van het gevormde deel, terwijl tegelijkertijd een van de drie organovellen in de vorm wordt verplaatst voor het spruitgietproces.

De organovellen, verkregen van Chinese grondstoffenproducent Kingfa (Shanghai, China), zijn gemaakt van glasvezels en gebruiken polypropyleen als hun matrixmateriaal. Wanneer de vorm – gebouwd door Georg Kaufmann Formenbau (Remetschwil, Zwitserland) – sluit, worden de organovellen gevormd. Onmiddellijk daarna worden ze overmold met glasvezel-versterkte polypropyleen binnen dezelfde vorm. Versterkende ribben worden aan de achterkant van het component gevormd, terwijl een leerlook-korrelling aan de zichtbare zijde wordt gevormd.

Bij directe overmolding van de organovellen kunnen we een uitstekende korrelde leerlook bereiken, wat voorheen als onmogelijk werd gezien bij organovellen, zegt Müller. In die zin leggen we de basis voor de productie van grote structurele thermoplastische deurstructuren met het organomelt proces in de toekomst.

Automatisering speelt sleutelrol

De productieoplossingen ontwikkeld door ENGEL op het Center for Lightweight Composite Technologies zijn kenmerkend voor hun hoge efficiëntie en kosteneffectiviteit – beide essentiële eisen voor hoog-volume productietoepassingen.

ENGEL's uitgebreide expertise in automatisering speelt een grote rol, zegt Walter Aumayr, vice-president van ENGEL's Automation and Composite Systems divisie.

Met drie ENGEL easix gelenkige robots die allemaal tegelijk opereren, zal de organomelt cel op ENGEL's beursstand een state-of-the-art voorbeeld bieden van geïntegreerde composietverwerking, en is het de meest complexe productiecel die ENGEL ooit op een beurs heeft getoond.

Hoewel meer processtappen we incorporeren en hoe meer individuele systemen een productiecel bevat, des te complexer het proces als geheel wordt, zegt Aumayr. Dus als systeemoplossingenleverancier heeft ENGEL gezorgd voor een consistente bedieningslogica en gezamenlijk databeheer door de hele cel, wat het veel makkelijker maakt om gelenkige robots te gebruiken. De easix robots kunnen relatief eenvoudig worden bediend door de werknemers betrokken bij spruitgieten op de shopfloor.

Een bijzonder aspect van ENGEL systemen is dat de IR-ovens ook volledig geïntegreerd zijn in de CC300 besturingseenheid, wat een uniforme bedieningslogica voor het gehele proces garandeert. Bovendien, omdat de vormmachine, robots en periferie-eenheden allemaal toegang hebben tot dezelfde database in de ENGEL systeemoplossing, daalt het foutrisico en stijgt de efficiëntie. Zonder behoefte aan extra hardware kunnen de easix gelenkige robots hun bewegingen synchroniseren met de bewegingen in de vorm, zoals die van kern-trekkers of uwdrukkers.

Als resultaat kunnen we zowel cyclus tijden als kapitaaluitgaven verminderen, vooral bij grootschalige systemen, zegt Aumayr.