Řešení pro vstřikování plastů: vložka do vstřikovací formy voestalpine

Zvyšte hodnotu vašich plastových výrobků a optimalizujte produktivitu

Neoptimalizovaný tepelný management vložky může vést nejen k rozměrovým odchylkám, ale také k viditelným liniím kolem funkčních prvků a otvorů. To má často za následek vyšší zmetkovitost i delší dobu cyklu v důsledku úprav souvisejících s procesem. Aplikace konceptů variotermické regulace teploty nabízí výhodu přesnějšího řízení procesu chladnutí ve formě, a tím vliv na smrštění a kvalitu povrchu. Avšak při konvenčním uspořádání vrtaných chladicích kanálů tato změna koncepce řízení teploty obvykle vede k prodloužení doby cyklu v důsledku dodatečné fáze ohřevu.

Integrace textur do povrchu plastového dílu je dalším způsobem zvýšení hodnoty produktu. Prémiové povrchové vzory mohou být použity ke specifické úpravě vzhledu i dojmu. Variotermická regulace teploty zde umožňuje cílené lokální nastavení teploty dutiny pro lepší vstřikování nebo tvarování různých povrchových struktur a textur. To je zejména případ, kdy je skutečná textura překryta mikrostrukturami, aby se do plastového výrobku začlenily neviditelné, ale čitelné informace. Pro umožnění čitelnosti těchto informací je potřebná vysoká úroveň přesnosti, kterou lze ovlivnit přesným tepelným managementem.

Plasty s plnivy a přísadami mohou způsobit opotřebení mikrostruktury, proto je nutné ji chránit. Pro tento účel jsou ideální PVD povlaky.

voestalpine vložky pro vstřikovací formy 

Společnost voestalpine High Performance Metals (HPM) představuje řešení pro vstřikování plastů a na příkladu voestalpine vložky pro vstřikovací formy lze vidět kompletní hodnotový řetězec výrobních činností – od konceptu až po finální produkt.

Obrázek 1: voestalpine vložka vstřikovací formy pro plastovou krytku (vlevo) a hotový plastový díl s hologramovým efektem a s DigiMarc (digitálním vodoznakem) skrytým v textuře pozadí (vpravo)

Aplikováním optimalizovaného postupu se podařilo zcela eliminovat tokové čáry na plastovém dílu a zkrátit dobu cyklu o 18 %*. Tato vylepšení v procesu vstřikování a kvalitě dílů byla umožněna díky variotermické regulaci teploty konformních chladicích kanálů, které jsou vyráběny aditivní výrobou (3D tiskem). Nové designové prvky, jako například DigiMarc a hologram, byly dosaženy texturováním. Kombinace s PVD povlakem zajistila ochranu proti opotřebení, a tím i vysokou životnost.

* V porovnání s původní konvenčně vyráběnou vložkou.

Úplné odstranění povrchových defektů:                                                                                                 

Obrázek 2: Konvenční regulace teploty (viditelné tokové čáry)	Obrázek 3: AM – variotermická regulace teploty  (žádné viditelné tokové čáry)

Obrázek 4: Porovnání času cyklu u formy s konvenční regulací teploty a u formy s AM – variotermickou regulací teploty

Co přesně činí vložky voestalpine pro vstřikovací formy tak jedinečnými? 

Pro výrobu vysoce kvalitních a technicky složitých dílů musí být splněny požadované podmínky, a toho dosáhneme přesnou součinností každého výrobního procesu v hodnotovém řetězci. Stejně důležitá je kvalita jednotlivých procesních kroků (jako je aditivní výroba, texturování, povrchová úprava atd.) a jejich bezproblémová interakce. Vložka vstřikovací formy pro plastovou krytku od voestalpine ukazuje potenciál, kterého lze dosáhnout kombinací nejmodernějších metod od návrhu a simulace přes výrobní technologie a materiál.

Od optimalizovaného tepelného managementu a senzorového monitorování procesu pro odstranění vad, jako jsou tokové čáry, a zvýšení produktivity až po jedinečné texturování povrchu odolné vůči opotřebení pro integraci neviditelného vodoznaku (DigiMarc) – mnohé vlastnosti a výhody vložky jsou uvedeny níže.

Hodnotový řetězec vložek voestalpine pro vstřikovací formy

Na diagramu níže můžete vidět celý hodnotový řetězec počínaje výběrem správného prášku pro aditivní výrobu a konče finálním PVD povlakováním. Zlepšení v procesu vstřikování a v kvalitě plastového dílu se dosahuje vzájemným působením procesů a přesnou koordinací jednotlivých kroků.

Obrázek 5: Kompletní řešení v rámci jednoho hodnotového řetězce vložky voestalpine pro vstřikovací formy

1. Prémiové prášky, aditivní výroba, tepelné zpracování, obrábění a leštění

2. Variotermická regulace teploty a integrace senzorů

Obrázek 7: Konvenční uspořádání	Obrázek 8: Konformní uspořádání

Integrované konformní chladicí kanály kopírují složité obrysy stěn dutiny, čímž poskytují mnohem rovnoměrnější odvod tepla v porovnání s konvenčně vrtanými chladicími kanály. Homogenní rozložení teploty v dutině eliminuje horká místa, minimalizuje tepelné napětí, a tím umožňuje dosáhnout vynikající kvality dílu (eliminace tokových čar) a zkrácení doby cyklu.

Konformní uspořádání chlazení ve vložce bylo optimalizováno pro variotermickou regulaci teploty – se zvětšenou ohřevnou plochou a minimalizovanými vzdálenostmi mezi chladicími kanály a stěnami dutiny. Umožněním rychlého ohřevu stěn dutiny se z povrchu vstřikovaného dílu odstranily tokové čáry a umožnilo se reprodukovatelně zapracovat jemné povrchové textury (například hologram).

Pomocí patentované technologie voestalpine HPM byly ve vložce integrovány dva termočlánky, které umožňují monitorování v reálném čase, jak je uvedeno níže, aby se zajistila kvalita dílu a umožnilo optimální přepínání mezi ohřevem a chlazením.

3. Kontrola teploty a monitorování snímačů

Obrázek 9: Dva termočlánky integrované ve vložce formy	Obrázek 10: Konvenční vs. variotermická regulace teploty

Konformní konfigurace chladicího kanálu ve vložce dutiny umožňuje variotermickou regulaci teploty (70/140 °C). Zvýšená teplota na čele toku při variotermickém procesu eliminuje tokové čáry.

Navzdory variotermické regulaci procesu se doba cyklu může zkrátit o 18 % v porovnání s konvenčním procesem (konvenčně vyrobená vložka).

Dva termočlánky integrované v demonstrační vložce jsou na obrázku výše znázorněny zelenou barvou. Jeden snímač měří teplotu stěny formy v oblastech tokových čar; druhý snímač měří oblast hologramové struktury. Tyto přesně umístěné snímače umožňují měření fází ohřevu a chlazení v reálném čase, čímž umožňují optimalizovat proces vstřikování s cílem odstranit vady a zkrátit dobu cyklu. Patentovaný proces integrace snímačů umožňuje umístění termočlánků v blízkosti stěny dutiny bez negativního ovlivnění konstrukce chladicího kanálu.

4. Texturování a PVD povlak

Obrázek 11: Forma s texturou pozadí a integrovaným digitálním vodoznakem (vlevo) a hologramový efekt vygravírovaný na povrchu formy pomocí technologie femto-laseru (vpravo)

Díky odborným znalostem společnosti voestalpine Eschmann Textures byla vložka zpracována femto-laserovou technologií, aby se vytvořila vizuálně atraktivní textura pozadí povrchu, do níž je integrován digitální znak. Digitální vodoznak lze použít k integraci neviditelných informací do povrchu plastových výrobků.

Použití DigiMarcu je všestranné, od integrace informací o recyklaci přímo na povrch součásti až po ochranu před plagiátorstvím. V tomto případě byl DigiMarc použit jako odkaz na webovou stránku, kde zákazník najde další informace o projektu.

Technologie femto-laseru umožňuje také gravírování mimořádně přesných jemných struktur do povrchu formy, jako je například hologramový efekt (na obrázku výše), který zvýrazňuje logo: voestalpine – one step ahead.

Tyto jemné povrchové struktury využívají jev difrakce, při němž se světelné vlny dopadající na struktury rozptylují místo toho, aby se odrážely jen jedním směrem. V závislosti na poloze pozorovatele a zdroje světla se světlo láme v různých spektrálních barvách.

Použitý polymer – PC/ABS s přísadami pro zpomalování hoření a ochranu proti UV záření – vyžaduje ochranu jemné struktury před opotřebením. Přesnost hologramu lze zachovat po celou životnost nástroje jen díky přesné interakci povlaku a textury v kombinaci s konformní regulací teploty chlazení a senzorovým monitorováním procesu. Povlak voestalpine TiN-ultrafine zajišťuje vysokou ochranu proti opotřebení a zároveň vysokou kvalitu povrchu nebo povlak CHROME-X umožňuje zachovat úroveň lesku a nejvyšší kvalitu povrchu plastového dílu.

Tento hologramový efekt lze na povrch dílu vylisovat pomocí procesu vstřikování. Vedle nesčetného množství kreativních optických aplikací lze hologramový efekt použít také pro bezpečnostní účely.