En mettant en commun leurs compétences en ingénierie et leurs ressources technologiques, la division Performance Materials de BASF, en collaboration avec Sumitomo (SHI) Demag et H + S Automatisierung, a créé une cellule de fabrication innovante pour produire une large gamme de spécimens d'essai différents pour le développement de produits et les activités de recherche sur les polymères et les composés thermoplastiques.
La machine de moulage par injection ultra-précise IntElect 1000 kN de Sumitomo (SHI) Demag occupe une place centrale dans la cellule. Choisie pour sa conception compacte, son efficacité énergétique et sa répétabilité, l'équipe de 30 chercheurs de l'installation a également apprécié les caractéristiques de bien-être et de sécurité améliorées de l'IntElect. Il s'agit notamment de solutions progressives pour automatiser les changements de moules et de faibles émissions sonores combinées à des solutions de traitement robotique entièrement numérisées.
Pour la sécurité et l'efficacité des opérations, un robot linéaire SDR 5-35S remplit deux fonctions. Une nouvelle fonction permet d'automatiser entièrement la sélection et la mise en place d'un des 12 inserts de moule interchangeables à partir d'un magasin situé à l'intérieur de la cellule. Une fois la pièce moulée, le même robot, équipé d'une pince multifonctionnelle, extrait délicatement le spécimen d'essai du moule et le transmet au petit robot Yaskawa GP8 à bras articulé sur six axes pour la découpe précise des spécimens de la porte à l'aide d'une poinçonneuse à entraînement par servo-broche.
Intégrant le concept d'insert de moule existant et les caractéristiques spéciales de BASF dans l'unité d'injection, l'installation comprend également une unité de contrôle de la température thermique existante et un nouveau système numérique d'exécution de la fabrication (MES) pour cartographier chaque séquence d'essai. Reinhard Jakobi, responsable du traitement des matériaux de performance chez BASF, décrit le projet comme une réalisation d'ingénierie avancée combinant une technologie mature avec une automatisation de pointe et une précision de moulage. Il attribue au dévouement, à la flexibilité et à l'approche orientée vers les solutions de l'ensemble de l'équipe la réalisation d'un projet aussi novateur.
Angelika Homes, ingénieur principal de projet chez BASF, ajoute : "Bien que nous ayons une grande expérience de la collaboration avec l'équipe Sumitomo (SHI) Demag pour la production de pièces d'essai standard, dès le départ, tous les partenaires ont eu le courage de s'écarter des concepts antérieurs et d'innover. Malgré la complexité du projet, Sumitomo (SHI) Demag et H + S ont mis au point un concept de cellule de production innovant dans un espace et une consommation d'énergie beaucoup plus réduits.
Trop chaud pour être manipulé
La plupart des échantillons traités au centre technique de BASF sont des thermoplastiques à haute température, renforcés de fibres et souvent ignifugés. Par conséquent, les températures de fusion peuvent atteindre 400°C et les températures des moules 180°C.
À tout moment, jusqu'à 12 inserts interchangeables peuvent être chargés dans le magasin latéral, puis échangés automatiquement dans la machine de moulage par injection. L'intégration d'un système de contrôle de la température HB-Therm à la commande de la machine de Sumitomo (SHI) Demag permet d'effectuer des changements automatisés d'inserts de moule de manière sûre et efficace, même lorsque le processus est exécuté à des températures de moule élevées.
Markus Hausmann, ingénieur en chef des systèmes d'automatisation chez Sumitomo (SHI) Demag, explique : "Pour abaisser la température à 80°C et dépressuriser l'insert afin de garantir que le robot SDR puisse retirer l'insert du moule en toute sécurité, la commande de notre machine doit communiquer et interagir de manière transparente avec le MES de BASF.
Le MES de BASF informe la cellule lorsque le réglage de l'échantillon produit en cours est sur le point de s'achever, ce qui permet d'aligner la prochaine application du moule. Immédiatement après l'arrêt du processus d'injection, le refroidissement de l'insert du moule est dirigé par l'interface de l'unité de contrôle de la température intégrée.
Ensuite, le changement des inserts du moule est synchronisé avec le contrôle de la cellule via des signaux de sortie et d'entrée, avec transmission du nouvel enregistrement des données du moule via l'interface du robot. Après le changement de l'insert du moule, les unités de contrôle de la température sont à nouveau chauffées. Le fonctionnement automatique reprend et un nouvel enregistrement des données du moule est lancé dès que la température cible est atteinte.
Poinçonner avec précision
Pour BASF, relever le défi du poinçonnage a été l'une des plus grandes réalisations techniques. En raison de son vaste profil d'application, BASF teste une large gamme de matériaux - des polymères souples et résistants aux polymères rigides et cassants. Il existe également de nombreuses géométries d'échantillons différentes, y compris des épaisseurs variant de 0,8 mm à 4 mm. Tous les échantillons BASF sont fabriqués conformément à la norme ISO 294. Cette norme spécifie la précision du système de carotte et les exigences spécifiques auxquelles chaque géométrie d'échantillon doit répondre. "L'enlèvement par poinçonnage est une condition préalable, car il ne modifie pas les propriétés du matériau et élimine les particules de poussière", explique Markus Hausmann.
Le préhenseur multifonctionnel garantit que toutes les géométries d'échantillons sont placées avec une précision exacte sur la plaque de poinçonnage. Il s'agit d'une tâche complexe en soi, car de nombreux matériaux utilisés par BASF contiennent beaucoup de fibres de verre, ce qui peut provoquer des déformations. Markus Hausmann explique comment la pince de poinçonnage parallèle à servomoteur permet de relever le défi consistant à placer les pièces en toute sécurité sur la plaque de poinçonnage : "Si les échantillons ne sont pas suffisamment bien maintenus en place, les poinçonnages risquent d'être déformés ou de ne pas être conformes aux normes de qualité spécifiées."
Intégration numérique
En tant que centre pilote, l'équipe de recherche de BASF établit généralement 20 paramètres d'essai par jour sur cette machine. Cela signifie que le programme de contrôle de la cellule doit être adapté à différents matériaux, géométries d'échantillons, températures et paramètres de traitement. Chaque réglage effectué est enregistré et documenté numériquement.
Angelika Homes commente : "Contrairement à nos anciens systèmes MES, celui-ci enregistre tous les aspects d'un essai et les résultats, ce qui nous donne un aperçu de chaque tir. Ces données sont extrêmement précieuses car elles représentent l'ensemble de la séquence de traitement et nous permettent de tirer des conclusions plus approfondies sur la façon dont les matériaux se comportent dans certaines conditions et sur la façon dont un client pourrait les traiter par la suite."
Relever les défis de notre temps
Depuis plus de 80 ans, l'usine pilote de moulage par injection & Extrusion de BASF à Ludwigshafen contribue aux avancées technologiques et résout certains des défis les plus difficiles dans le domaine de la transformation des produits chimiques et des matières plastiques. Cependant, tout comme les tendances alimentent le processus d'innovation, les processus automatisés et les données fournies deviennent le catalyseur de l'accélération des progrès des matériaux dans la vie réelle. La flexibilité des machines est un élément essentiel de cette réussite, explique M. Jakobi. "Cette nouvelle cellule confirme l'importance de l'automatisation et de la numérisation (
) dans le développement des matériaux et la simulation et la conception des composants.
Cependant, comme BASF l'a découvert, le succès dépend également de la capacité de tous les partenaires à combiner leur sens de l'industrie et de l'ingénierie et à partager leurs compétences respectives en matière d'automatisation, de traitement et d'intégration. En rassemblant ces connaissances, BASF, Sumitomo (SHI) Demag et H + S Automatisierung ont mis au point un système qui porte la production de spécimens d'essai et les expériences sur les matériaux à un tout autre niveau.
"Alors que BASF continue d'intensifier ses efforts pour développer des produits et des solutions durables pour l'industrie, cette cellule de moulage par injection automatisée s'avère déjà indispensable. La capacité de réaliser chaque année plus de 4 000 essais systématiques sur des polymères haute performance avec des formulations complexes et de suivre les résultats numériquement grâce au système MES accélère cet effort d'innovation", conclut Markus Hausmann.