מיקרו הזרקה – "הדרך החדשה" למוצרים קטנים.
מוצרים מזעריים הקטנים מרבע גרגר פלסטיק מצריכים חשיבה מחדש להנדסה ועיצוב התבנית.
הצדקת עלות המוצר נעשית אתגרית יותר בשל עליית פחת חומר הגלם ועלות התבנית. שימוש במיכון קומפקטי עונה על הדרישות לדיוק ופשטות ללא צורך בפונקציות מסובכות כגון מנועי סרוו וכו.
טכניקת יחידת ההזרקה של מכונת Babyplast מאפשרת עיבוד פוליאוליפנים פשוטים ועד לחומרי טמפ' גבוהה כגון LCP. שימוש במספר מינימאלי של מרכיבים בעיצוב המוצר מקנה את פשטות השיטה.
תהליך המיקרו הזרקה נעשה פופולארי בתקופה האחרונה בתחומים שונים כתוצאה מהקטנה של רכיבים אלקטרונים, מכאניים ורפואיים.
מוצרים בגודל גרגר חול יוצרו עד לא מזמן בעזרת ציוד סטנדרטי בעלות ייצור גבוהה בשל כמות הפחת הגבוה הנכלל בתבנית ובאנגוסים ועלות התבנית הגבוהה.
דוגמאות למוצרים קטנים
כיום, קיים מספר מצומצם של יצרני מכונות המתמחים במיקרו הזרקה ובכל – ביעילות עלות הייצור.
אחד היצרנים הבולטים והייחודיים הוא Babyplast אותו מייצגת חברת "ריפאל כימיקלים ופלסטיקה בע"מ".
המכונה הראשונה יוצרה בברצלונה, ספרד לפני כ – 14 שנה ע"י יצרן תבניות אשר השתמש בה לייצור מהיר של אבי-טיפוס קטנים. במהרה פוטנציאל המכונה הוביל להצגתה הראשונה ב K'92, דיסלדורף.
כיום, יותר מ 7000 תבניות עובדות ברחבי העולם בשימוש חומרים תרמו-פלסטיים, קראמיים, ואקסים ומתכות.
מכונת Babyplast 6/10P היא פרי הניסיון הנרכש מאלפי השימושים בתחומי הרפואה, אלקטרוניקה, מיקרו-הנדסה ומחקר ופיתוח.
שימושי המכונה:
– ייצור מוצרים מדויקים.
– ייצור מנות קטנות וגדולות
– ייצור רציף
– פיתוח אבי-טיפוס
– מבחני מעבדה
קונספט המכונה מצריך גישה חדשה של מעצב התבנית, מעצב המכונה ואנשי התפעול להקניית אמינות מקסימאלית בפתרון יעילות העלות. יש להבין שכמות מוצרים יומית יכול להיות מאוחסן בקופסה בגודל של כוס בירה אחת. אסטרטגיות של תכנון חדר או אולם ייצור שונה לחלוטין מהתכנון הסטנדרטי.
מעצב התבנית חייב לחשוב במונחים של מיקרונים כי זוהי רמת הדיוק הנמדדת במוצר ובתבנית. חלקי תבניות גדולים ומערכות זרימה אינם כלולים כבר במשוואה. גודל תבנית נורמאלי, עם או בלי Hot runners (להפחתת כמות חומר הגלם) הוא כגודל כף יד. הזרקה ישירה לתבליט היא אלטרנטיבה נוספת לעיצוב תבנית פשוט מהיר וזול. (תמונות 2A,2B).
הנעילה ההידראולית מציעה יתרונות רבים בניגוד למכאניקת ה Toggle כאשר מדובר במוצרים קטנים בשל העובדה שהם מאוד רגישים להגנת לחץ נמוך. שיטה ייחודית להתאמת התבנית למכונה היא שפלטת החיבור היא גם בסיס התבנית! כך התאמת חלקי התבנית מתבצעת ללא עזרה בפיני תיאום למיניהם, דבר המאפשר אזור פתוח יותר למיקום חלל התבליט בתבנית, החלפת תבנית מהירה מאוד, ובסיסי תבניות סטנדרטים.
מיקום התבנית במכונה
מערכות הקירור במכונה מובנות בחלקי הפלטות הנעות והקבועות ,נשלטות מיחידת קירור עצמאית חיצונית ומבוקרות ע"י 4 אזורי טמפרטורה. (כולל אזור חופשי נוסף ל Hot runner או בקרת טמפרטורה תבנית, אפשרות לאזור חמישי ע"פ דרישה).
בעוד שתהליך ההזרקה באמצעות בורג ובוכנה הוכיח את יעילותו, עיצוב פשוט וחדש שולב במכונה. שלב ההתכה הראשון מתבצע ע"י כדוריות מחוממות ע"י גופי חימום להקניית חום ההתכה של חומר הגלם. קנה מבודד זה מקנה היתך קבוע ויציב למעבר לצילינדר ההזרקה בשלב הבא. רק כמות קטנה של חומר מוחזקת בצילינדר וכך זמן שהיית החומר ((Residance time בטמפרטורת ההתכה שלו קטן משמעותית וכך קטן סיכון לדגרדציה.
מערכת זו מאפשרת שימוש בחומר גרוס בנוסף לחומר הבתול וכמו כן עבודה בחומרים מחוזקים בסיבי זכוכית. יתרון בחומרים אלו בשיטה זו הוא הפחתת שבירת הסיבים בשימוש בבורג סטנדרטי.
חמישה קטרים שונים של צילינדרים קיימים למתן גמישות ודיוק בגודל המנה, 3-15 ס"מ מעוקב, בלחץ של 815-2650 בר. פחות חלקים נעים ביחידת ההזרקה משמעו פחות שחיקה ואחזקה. ערבוב צבע נעשה ע"י מיקסר סטטי קטן המתווסף לחזית יחידת ההזרקה.
יחידת ההזרקה
בקרה ושליטה על כל תנועות המכונה (המונעות הידראולית ע"י משאבה), זמנים וטמפרטורות נעשות ע"י ארבעה מיקרו-פרוססורים חזקים. קריאה דיגיטאלית של מיקום וטמפרטורות ע"י מתקני מיקום לינארים מביאים לכך שכיוון המכונה ההתחלתי פשוט מאוד ומדויק. (בניגוד לחישניי מיקום מסורבלים וחסרי דיוק).
המכונה מאפשרת הפעלה אוטומטית בשעה מסוימת בתחילת משמרת לדוגמא.
כל תנועות המכונה נשלטות ע"י כפתורי לחיצה במסומנים בסמלים בינלאומיים בדומה למכונות ההזרקה הגדולות. גודל הכפתורים מקנה פשטות ודיוק של הכנסת הנתון הרצוי.
ברגע שכל הפרמטרים לכיוון התבנית הוכנסו למערכת, ניתן לשמור אותם בזיכרון המכונה המוגן ע"י סיסמא וכל שינוי מחויב בהכנסתה.
לוח הבקרה
בקרת זיכרון זו יכולה לשמור כ 100 תוכניות שונות בתהליכים שונים. מערכת שליטת החום להתכת החומר, ההזרקה והדיזה יכולות להיות מבוקרות במונחים של אחוזי זמן או ע"י חיישני חום.
בקרת איכות ברוב התחומים חשובה ביותר במיוחד בתחום הרפואה.
במידה ומערכת הבקרה מזהה שינוי באחד או בכמה מהפרמטרים שנבחרו מראש, המכונה תזהיר על שינוי זה ובמידה ולא יתוקן המכונה תיעצר אוטומטית לאחר זמן מסוים.
לבקרה יכולת להפעלה והפסקה לאחר כל מחזור ייצור ע"י הכנסה לתוכנה את מספר המוצרים שיש לייצר. כמו כן, מערכת הבקרה והשליטה פועלות ע"פ כל תקנוני הבטיחות הנדרשים במכונות הזרקה קטנות.
ה"חבילה" הכוללת של מכונת ההזרקה השולחנית מותאמת בעיצוב ובמבנה של המכונה. כל דרישות המכונה תוכננו, מכניסת חומר הגלם ועד חליצת המוצר הסופי. המכונה מיוצרת לעבודה בחדר נקי – מתכות אל-חלד. העיצוב הקומפקטי מאפשר גישה נוחה לכל חלקי המכונה. כל אזורי החימום מבודדים כדי לאבטח את המפעיל.
קירור מים וחשמל הם שני האמצעים היחידים להפעלת המכונה. נקודת חיבור המים מאשפרת הזנה למחליף החום, לפלטה הנעה והנייחת.
ציוד היקפי כגון שואב חומר גלם, ייבשן, ואמצעים רובוטים מוצעים גם כן.
יתרונות על פני פתרונות קונבנציונאליים:
לקוח נדרש לייצר מאוורר קטן מ PP עם אינסרט מתכת למייבש שיער בכמות של 2000 יחידות ליום. כדי להבטיח איזון המוצר היה צורך להזריקו במרכז שלושה מקומות שונים ב 120 מעלות אחד מהשני. (האיזון נדרש למניעת רעש ורעידות בזמן הפעלת המייבש).
הפתרון הקונבנציונאלי היה ייצור 4 מוצרים בתבנית עם מערכת Hot runner להזרקה לא ישירה במכונת הזרקה של 60 טון ובעזרת רובוט להזנת האינסרטים.
מכונת Babyplast – 6.2 טון ותבנית בעלת מוצר אחד בעזרת מיני רובוט הזנת האינסרטים נבחרה בפרוייקט זה. הלקוח גילה שפתרון יחידת ההזרקה השולחנית הביא לתוצאות מפתיעות: תבנית בעלת מוצר אחד מבטיחה ייצור מוצר מאוזן לחלוטין, זמן החלפת התבנית ותחילת העבודה קטנו משמעותית ועלות הייצור הייתה קטנה פי 4 מעלות מכונת הזרקה רגילה. כיום, המכונה השולחנית מיועדת בלעדית לייצור מוצר זה!!!
לקוח נוסף נדרש לייצר 2,500,000 חלקים בחודש של PA 66 + 30% GF במשקל של 0.1 גרם. הם חישבו שבפתרון הקונבנציונאלי יש צורך בתכנון תבנית בעלת 250 תבליטים בעלת מערכת Hotrunner להקטנת גודל האנגוס.
הלקוח החליט במקום זה להיעזר במכונת ההזרקה הקומפקטית. בדרך זו, בהשקעה נמוכה ב 20% מעלות התבנית לבד, הצליח לייצר תבנית בעלת 40 תבליטים ומשקל אנגוס של 2 גרם. (אורך – 100 מ"מ, גובה – 30 מ"מ). כמו כן מחזור החומר היה קל יותר בשל הקטנת גודל האנגוס, עלות אנרגיה נמוכה (1.5-2קילוואט).
Babyplast 6/10V – המכונה האנכית:
מכונה זו פותחה נוכח דרישת הלקוחות והצלחתה של המכונה האופקית.
המכונה ללא tie-bar ולכן מתאימה מאוד להזנת אינסרטים ע"י רובוט או שולחן מסתובב.
בסיס המכונה הכולל את יחידות הבקרה ההידראולית והחשמלית יכולות להתנתק מהמבנה הראשי שבזכות מימדיו הקטנים יכול להיות ממוקם ישירות בקווי ייצור אוטומטי.
גם במכונה זו אפשרות ל 5 קטרי צילינדרים להבטחת משקל הזרקה מדויק.
Babyplast UAI/10 – יחידת ההזרקה העצמאית:
יחידה זו פותחה לאחר שימוש באפליקציות מיוחדות אשר נעזרו רק ביחידת ההזרקה אשר מוקמו במכונות סטנדרטיות וישירות בקווי ייצור.
יתרון יחידת ההזרקה בייצור מוצר בעל כמה קומפוננטים הוא באוטונומיה המוחלטת של היחידה בכל הקשור באלקטרוניקה, הידראוליקה ובחיבור ממשק כמעט לכל מכונת הזרקה קיימת. לאור העובדה שברוב המקרים בייצור מוצר בעל כמה קומפוננטים, החלק המרכזי גדול יותר בנפחו וגודלו מהחלק השני, יחידת ההזרקה מקנה דיוק מנת הזרקה מירבי במינימום זמן שהייה בטמפרטורת ההיתוך. היחידה מציעה פתרון אקונומי להפיכת מוצר קיים, סטנדרטי אחד למכונה בעלת כמה קומפוננטים.
הודות למימדיה הקטנים, יחידת ההזרקה יכולה להתמקם ישירות על התבנית – בצורה אופקית או אנכית, על הפלטה הנעה או הנייחת. אפשרות זו מקנה את פשטות מבנה התבנית ומקנה חופש בבחירת נקודת ההזרקה הטובה ביותר למרכיב השני בחלק המוזרק.
לסיכום, הצגת טכנולוגיית מיקרו ההזרקה הקנתה לתעשיית הרפואה ושאר הענפים אפשרויות שהיו קודם לכן בלתי כלכליות, לייצר מוצרים מדויקים בגדול של ראש סיכה.
כדי להשיג הוזלה בעלות הייצור, הנדסת התבנית ועיצובה חייב לעבור תכנון מחדש.
המאמר מבוסס על נתונים טכניים של חברת Rambaldi + CO ו Cronoplast,Se וכן מאמר של B.Kadykowski; J.Catanzaro מחברת Milacron.
http://www.ripal.co.il/Images/Sup/%D7%9E%D7%90%D7%9E%D7%A8Babyplast.doc