Riešenia pre vstrekovanie plastov: voestalpine vložka pre vstrekovacie formy

S rastúcim dopytom zákazníkov po vysokokvalitných plastových dieloch čelia vstrekolisovne mnohým výzvam. Okrem základnej technickej funkcie plastového dielu zohrávajú dnes pri rozhodovaní o kúpe významnú úlohu najmä estetické aspekty.

V tomto článku sa pozrieme na to, ako know-how, materiály, technológie a služby spoločnosti voestalpine môžu pomôcť výrobcom plastových dielov nielen splniť očakávania zákazníkov, ale ich aj prekonať prostredníctvom špičkových riešení v celom hodnotovom reťazci.

ZVÝŠTE HODNOTU VAŠICH PLASTOVÝCH VÝROBKOV A OPTIMALIZUJTE PRODUKTIVITU

Neoptimalizovaný tepelný manažment vložky môže viesť nielen k rozmerovým odchýlkam, ale aj k viditeľným líniám okolo funkčných prvkov a otvorov. To má často za následok vyššiu mieru nepodarkovosti, ako aj dlhší čas cyklu v dôsledku úprav súvisiacich s procesom. Aplikácia konceptov variotermickej regulácie teploty ponúka výhodu presnejšieho riadenia procesu chladnutia vo forme, a tým vplyv na zmršťovanie a kvalitu povrchu. Avšak pri konvenčnom usporiadaní vŕtaných chladiacich kanálov táto zmena koncepcie riadenia teploty zvyčajne vedie k predĺženiu doby cyklu v dôsledku dodatočnej fázy ohrevu.

Integrácia textúr do povrchu plastového dielu je ďalším spôsobom zvýšenia hodnoty produktu. Prémiové povrchové vzory môžu byť použité na špecifickú úpravu vzhľadu aj dojmu. Variotermická regulácia teploty tu umožňuje cielené lokálne nastavenie teploty dutiny pre lepšie vstrekovanie alebo tvarovanie rôznych povrchových štruktúr a textúr. Toto je najmä prípad, keď je skutočná textúra prekrytá mikroštruktúrami, aby sa do plastového výrobku začlenili neviditeľné, ale čitateľné informácie. Na umožnenie čitateľnosti týchto informácií je potrebná vysoká úroveň presnosti, ktorú je možné ovplyvniť presným tepelným manažmentom.

Plasty s plnivami a prísadami môžu spôsobiť opotrebenie mikroštruktúry, preto je potrebné ju chrániť. Na tento účel sú ideálne PVD povlaky.

VOESTALPINE VLOŽKY PRE VSTREKOVACIE FORMY

Spoločnosť voestalpine High Performance Metals (HPM) predstavuje riešenie pre vstrekovanie plastov a na príklade voestalpine vložky pre vstrekovacie formy je možné vidieť kompletný hodnotový reťazec výrobných činností – od konceptu až po finálny produkt.

Obrázok 1: voestalpine vložka vstrekovacej formy pre plastovú krytku (vľavo) a hotový plastový diel s hologramovým efektom a s DigiMarc (digitálnym vodoznakom) skrytým v textúre pozadia (vpravo).

Aplikovaním optimalizovaného postupu sa podarilo úplne eliminovať prietokové čiary na plastovom diele a skrátiť čas cyklu o 18 %*. Tieto vylepšenia v procese vstrekovania a kvalite dielov boli umožnené vďaka variotermickej regulácii teploty konformných chladiacich kanálov, ktoré sú vyrábané aditívnou výrobou (3D tlačou). Nové dizajnové prvky, ako napríklad DigiMarc a hologram, boli dosiahnuté textúrovaním. Kombinácia s PVD povlakom zabezpečila ochranu proti opotrebovaniu, a tým aj vysokú životnosť.

* V porovnaní s pôvodnou konvenčne vyrábanou vložkou.

SKRÁTENIE ČASU CYKLU O 18 % VĎAKA VYUŽITIU KONFORMNÉHO CHLADENIA

Obrázok 4: Porovnanie času cyklu pri forme s konvenčnou reguláciou teploty a pri forme s AM – variotermickou reguláciou teploty.

ČO PRESNE ROBÍ VOESTALPINE VLOŽKY PRE VSTREKOVACIE FORMY TAKÝMI JEDINEČNÝMI?

Na výrobu vysokokvalitných a technicky zložitých dielov musia byť splnené požadované podmienky, a to dosiahneme presnou súčinnosťou každého výrobného procesu v hodnotovom reťazci. Rovnako dôležitá je kvalita jednotlivých procesných krokov (ako je aditívna výroba, textúrovanie, povrchová úprava atď.) a ich bezproblémová interakcia. Vložka vstrekovacej formy pre plastovú krytku od voestalpine ukazuje potenciál, ktorý je možné dosiahnuť kombináciou najmodernejších metód od návrhu a simulácie cez výrobné technológie a materiál.

Od optimalizovaného tepelného manažmentu a senzorového monitorovania procesu na odstránenie chýb, ako sú prietokové čiary, a zvýšenie produktivity až po jedinečné textúrovanie povrchu odolné voči opotrebovaniu na integráciu neviditeľného vodoznaku (DigiMarc) – mnohé vlastnosti a výhody vložky sú uvedené nižšie.

HODNOTOVÝ REŤAZEC VOESTALPINE VLOŽIEK PRE VSTREKOVACIE FORMY

Na diagrame nižšie môžete vidieť celý hodnotový reťazec počnúc výberom správneho prášku pre aditívnu výrobu a končiac finálnym PVD povlakovaním. Zlepšenia v procese vstrekovania a v kvalite plastového dielu sa dosahujú vzájomným pôsobením procesov a presnou koordináciou jednotlivých krokov.

Obrázok 5: Kompletné riešenia v rámci jedného hodnotového reťazca voestalpine vložky pre vstrekovacie formy

V závislosti od konštrukčnej požiadavky sú na vytvorenie voestalpine vložky k dispozícii všetky jednotlivé kroky procesu. Či už zákazníci spoločnosti voestalpine HPM potrebujú len jeden proces (napríklad PVD povlak) alebo celý hodnotový reťazec pre riešenie na mieru, majú k dispozícii všetky technológie z jedného dôveryhodného zdroja.

Komplexnú prezentáciu všetkých procesov uvedených v hodnotovom reťazci nájdete na našej webovej stránke voestalpine HPM Slovakia tu.

Pri výrobe tejto vložky možno výrobný proces zhrnúť takto:

1. Prémiové prášky, aditívna výroba, tepelné spracovanie, obrábanie a leštenie

Obrázok 6: Vytlačená vložka formy na 3D tlačiarni

S použitím prémiového AM prášku značiek BÖHLER / Uddeholm a optimalizovaných procesných parametrov bola vložka vyrobená aditívnym spôsobom podľa konštrukčných požiadaviek (vrátane integrácie konformných chladiacich kanálov), aby sa dosiahla najvyššia možná kvalita dielu. Následné spracovanie pokračovalo optimálnym tepelným spracovaním vo vákuovej kaliacej peci. Po tepelnom spracovaní sa opracoval povrch do požadovaného tvaru. Následným leštením, ktoré vykonali naši odborníci zo spoločnosti voestalpine eifeler Group, sa dosiahol vysoký lesk povrchu. Základom, pre dosiahnutie vysokého lesku, je kombinácia práškov a optimalizovaných parametrov procesu AM.

2. Variotermická regulácia teploty a integrácia senzorov

Integrované konformné chladiace kanály kopírujú zložité obrysy stien dutiny, čím poskytujú oveľa rovnomernejší odvod tepla v porovnaní s konvenčne vŕtanými chladiacimi kanálmi. Homogénne rozloženie teploty v dutine eliminuje horúce miesta, minimalizuje tepelné napätie, a tým umožňuje dosiahnuť vynikajúcu kvalitu dielu (eliminácia prietokových línií) a skrátenie času cyklu.

Konformné usporiadanie chladenia vo vložke bolo optimalizované na variotermickú reguláciu teploty – so zväčšenou ohrevnou plochou a minimalizovanými vzdialenosťami medzi chladiacimi kanálmi a stenami dutiny. Umožnením rýchleho ohrevu stien dutiny sa z povrchu vstrekovaného dielu odstránili prietokové čiary a umožnili reprodukovateľne zapracovať jemné povrchové textúry (napríklad hologram).

Pomocou patentovanej technológie voestalpine HPM boli vo vložke integrované dva termočlánky, ktoré umožňujú monitorovanie v reálnom čase, ako je uvedené nižšie, aby sa zabezpečila kvalita dielu a umožnilo optimálne prepínanie z ohrevu a chladenia.

3. Kontrola teploty a monitorovanie snímačov

Konformná konfigurácia chladiaceho kanála vo vložke dutiny umožňuje variotermickú reguláciu teploty (70/140 °C). Zvýšená teplota na čele toku pri variotermickom procese eliminuje prietokové línie.

Napriek variotermickej regulácii procesu sa čas cyklu môže skrátiť o 18 % v porovnaní s konvenčným procesom (konvenčne vyrobená vložka).

Dva termočlánky integrované v demonštračnej vložke sú na obrázku vyššie znázornené zelenou farbou. Jeden snímač meria teplotu steny formy v oblastiach prietokových liniek; druhý snímač meria oblasť hologramovej štruktúry. Tieto presne umiestnené snímače umožňujú meranie fáz ohrevu a chladenia v reálnom čase, čím umožňujú optimalizovať proces vstrekovania s cieľom odstrániť chyby a skrátiť čas cyklu. Patentovaný proces integrácie snímačov umožňuje umiestnenie termočlánkov v blízkosti steny dutiny bez negatívneho ovplyvnenia konštrukcie chladiaceho kanála.

4. Textúrovanie a PVD povlak

Obrázok 11: Forma s textúrou pozadia a integrovaným digitálnym vodoznakom (vľavo) a hologramový efekt vygravírovaný na povrchu formy pomocou technológie femto-laseru (vpravo).

Vďaka odborným znalostiam spoločnosti voestalpine Eschmann Textures bola vložka spracovaná femto-laserovou technológiou, aby sa vytvorila vizuálne atraktívna textúra pozadia povrchu, do ktorej je integrovaný digitálny znak. Digitálny vodoznak možno použiť na integráciu neviditeľných informácií do povrchu plastových výrobkov.

Použitie DigiMarcu je všestranné, od integrácie informácií o recyklácii priamo na povrch súčiastky až po ochranu pred plagiátorstvom. V tomto prípade bol DigiMarc použitý ako prepojenie na webovú stránku, kde zákazník nájde ďalšie informácie o projekte.

Technológia femto-lasera umožňuje aj gravírovanie mimoriadne presných jemných štruktúr do povrchu formy, ako je napríklad hologramový efekt (na obrázku vyššie), ktorý zvýrazňuje logo: voestalpine – one step ahead.

Tieto jemné povrchové štruktúry využívajú jav difrakcie, pri ktorom sa svetelné vlny dopadajúce na štruktúry rozptyľujú namiesto toho, aby sa odrážali len jedným smerom. V závislosti od polohy pozorovateľa a zdroja svetla sa svetlo láme v rôznych spektrálnych farbách.

Použitý polymér – PC/ABS s prísadami na spomaľovanie horenia a ochranu proti UV žiareniu – vyžaduje ochranu jemnej štruktúry pred opotrebovaním. Presnosť hologramu sa dá zachovať počas celej životnosti nástroja len vďaka presnej interakcii povlaku a textúry v kombinácii s konformnou reguláciou teploty chladenia a senzorovým monitorovaním procesu. Povlak voestalpine TiN-ultrafine  zabezpečuje vysokú ochranu proti opotrebeniu, a zároveň vysokú kvalitu povrchu alebo povlak CHROME-X umožňuje zachovať úroveň lesku a najvyššiu kvalitu povrchu plastového dielu.

Tento hologramový efekt sa dá na povrch dielu vylisovať pomocou procesu vstrekovania. Popri nespočetnom množstve kreatívnych optických aplikácií možno hologramový efekt použiť aj na bezpečnostné účely.

STE PRIPRAVENÍ ZVÝŠIŤ EFEKTÍVNOSŤ A PRIDAŤ HODNOTU SVOJIM VÝROBKOM PRI VSTREKOVANÍ?

Ako ste sa dozvedeli v tomto článku, voestalpine vložka pre formy na vstrekovanie plastov je ukážkou kompletného riešenia v rámci jedného hodnotového reťazca – od konceptu až po hotový výrobok. Naše riešenie umožňuje nielen vylepšenia procesu vstrekovania prostredníctvom funkcií, ako je konformná konštrukcia AM chladenia a variotermická regulácia teploty, ale umožňuje aj pridať hodnotu výrobkom použitím technológií, ako je textúrovanie a PVD povlak (DigiMarc a hologramový efekt).

Ak máte záujem o ďalšie informácie, kontaktujte nás