Fabricarea eficientă a lentilelor cu grosime mare

Materiale Plastice

de Engel Injectie

Fabricarea eficientă a lentilelor cu grosime mare

Fabricarea unor piese optice pretenţioase, cum sunt lentilele pentru LED-uri, cu toleranţe de ordinul micronilor, arată, încă odată, adaptabilitatea prelucrării materialului plastic prin injectare. În cazul lentilelor pentru LED-uri a fost dezvoltată o tehnologie specială, bazată pe procedeul de injectare multi-strat, tehnologie care permite chiar şi o creştere de productivitate.

În Europa, lentilele cu grosime mare sunt folosite pe scară largă pentru LED-uri (în industria auto sau în alte domenii). La injectarea acestora, timpul de răcire este direct proporţional cu pătratul grosimii de perete, de unde obiectivul proiectanţilor este de a găsi o metodă de a produce mai eficient (prin metode clasice pentru o grosime uzuală de 30 mm se impune ciclu cu durată de aprox. 20 min.).

O posibilitate de reducere a duratei este tehnologia multistrat, în care piesele cu pereţi groşi sunt realizate din mai multe straturi succesive. Structura multistrat se poate obţine prin suprainjectarea unilaterală sau bilaterală a unui prim strat, ori prin îmbinarea a două straturi, iniţial independente, cu ajutorul unui strat intermediar (figura 1).

 

În general, toate straturile sunt realizate pe aceeaşi maşină de injectat. Un prim pas pentru reducerea duratei ciclului este utilizarea unor agregate de injectat separate pentru cele trei straturi. Astfel, etapele procesului - injectare, presiune de menţinere şi dozare - au loc simultan şi independent una de cealaltă.

„Unde există lumină, există şi umbră”. Fiecare din metodele prezentate prezintă avantaje şi dezavantaje - injectarea unilaterală, de ex., necesită numai o masă rotativă, spre deosebire de matriţa mult mai complexă necesară pentru suprainjectare bilaterală. Pe de altă parte, calitatea înaltă a suprafeţei la injectarea unilaterală trebuie supravegheată strict numai la ultimul strat, spre deosebire de injectarea bilaterală.

Pur teoretic, s-au putut deduce formule de aproximare pentru timpul de răcire şi productivitate, însă cer-cetările au dovedit că aceste formule duc la rezultate prea optimiste.

Este cert că tehnologia multistrat permite temperaturi mai reduse ale zonelor matriţei pentru suprafeţele care urmează să fie suprainjectate, deoarece calitatea acestor suprafeţe nu influenţează semnificativ calitatea lentilei finalizate. Dacă se foloseşte acest potenţial, reducerea duratei ciclurilor practice este destul de apropiată de rezultatul simulării teoretice.

Pentru determinarea grosimii optime a fiecărui strat sunt necesare simulări.

Din încercări şi simulări rezultă unele consideraţii calitative:

  • Din punct de vedere al timpului de răcire pe cavitate este indiferent dacă suprainjectarea se execută unilateral sau bilateral. Acesta scade proporţional cu creşterea numărului de straturi.
  • Suprainjectarea unilaterală necesită un număr mai mare de cavităţi decât suprainjectarea bilaterală; deci şi matriţe mai mari
  • Suprainjectarea unilaterală prezintă o productivitate semnificativ mai mare, numai pentru un număr mare de straturi. Dar aceasta trebuie verificată practic, deoarece, în simularea teoretică, nu s-a luat în considerare influenţa timpului pentru deschidere, închidere, transfer, rotire.
  • În schimb, suprainjectarea bilaterală duce la o creştere a productivităţii prin simpla introducere a unei mese rotative.

 

Varianta sandwich prezintă un avantaj evident faţă de suprainjectarea unilaterală. Aceasta asigură o mai bună respectare a conturului, deoarece retasurile din cauza contracţiei sunt compensate prin suprainjectare, iar conturul este influenţat numai de retasurile straturilor exterioare, care sunt mai subţiri.

 

La ambele metode se pot enumera şi alte avantaje. Canalele reci sau elementele cu pereţi subţiri limitează durata presiunii de menţinere, dar presiunea de menţinere ridicată este necesară pentru a preveni retasuri la piesele de grosime mare, ceea ce impune maşini cu forţe de închidere mai mari. Astfel, în anumite condiţii, piesele groase nu pot fi realizate decât cu tehnologia multistrat. Odată cu reducerea duratei ciclului se reduce şi durata de staţionare a materialului în cilindrul de plastifiere şi în canalul cald. Astfel, se obţine o transparenţă superioară.

Imaginea titlu prezintă o aplicaţie a procedeului sandwich cu 3 straturi - fabricarea de lentile pentru LED-uri folosite la faruri la Lighting Reutlingen GmbH.

 

Durate de ciclu mai scurte folosind timp de răcire mai mare

S-a pornit de la faptul că mai multe piese subţiri se răcesc mai repede decât o piesă cu grosime egală cu suma grosimilor pieselor subţiri. Cercetările au arătat că, folosind acest lucru, productivitatea poate creşte de aproape 2 ori. La stabilirea grosimii fiecărui strat se are în vedere că atât stratul iniţial, cât şi următoarele trebuie să fie la temperatură mai mică decât cea de tranziţie vitroasă. Încercările au arătat, însă, că stratul iniţial poate fi extras din matriţă înainte de a atinge această temperatură. Respectiv, stratul limită îngheţat trebuie să fie suficient de gros pentru a rezista la presiunea internă şi să excludă deformarea în timpul extragerii din matriţă. Însă nu ar avea sens suprainjectarea imediată cu stratul următor, deoa­rece, astfel, zonele calde interne ar fi la distanţă mai mare de matriţă şi ar necesita un timp de răcire şi mai mare.

Astfel, apare procedeul care prevede o etapă de răcire a stratului iniţial în afara matriţei între injectări. Deşi răcirea în aer durează mai mult decât în matriţă, acest lucru nu influenţează durata ciclului. În funcţie de durata de răcire în aer, stratul iniţial poate avea temperatură medie mai mică decât cea la tehnologia sandwich tradiţională. Ca urmare, stratul iniţial preia mai multă căldură, reducând şi mai mult timpul de răcire. Efectul poate fi amplificat dacă stratul iniţial are grosime mai mare, iar straturile suprainjectate sunt mai subţiri.

Programul de injectare cu răcire în exterior

Un prefabricat (un strat) răcit în exterior la o temperatură definită se reintroduce în matriţă şi se suprainjectează. În funcţie de numărul agregatelor de injectat, se injectează un alt prefabricat, simultan sau ime-diat după aceea. La deschiderea matriţei se extrage o piesă finalizată şi un alt prefabricat şi în matriţă se aşază, din nou, un prefabricat răcit în exterior. Prefabricatul se aşază într-un post de răcire.

Figura 3 prezintă o comparaţie între durata de ciclu în cazul injectării într-un strat, în 3 straturi sandwich convenţional şi în 3 straturi sandwich cu răcire în exterior. Specialiştii de la Bayer Material Science AG, Leverkusen, au efectuat studiul pentru o piesă paralelipipedică cu o grosime de 20 mm din policarbonat. Graficele se referă la o topitură cu temperatură de 280°C, temperatura matriţei (straturi exterioare şi injectare un strat – 120°C), temperatura matriţei – strat interior – 70°C. Se poate observa distribuţia temperaturii după 164 s.

În timpul studiului, grosimea straturilor a fost adaptată procesului respectiv. Timpul de răcire pentru straturile superioare cu grosime de 4 mm, la injectarea în 3 straturi sandwich, este acelaşi cu timpul de răcire al unui prefabricat (strat iniţial) cu o grosime de 12 mm. Pentru varianta de injectare în 3 straturi sandwich cu răcire în exterior s-a folosit un strat iniţial cu o grosime de 12,8 mm şi straturi exterioare de câte 3,6 mm.

La injectarea într-un singur strat, temperatura cea mai mare apare, totdeauna, în miezul piesei. Acest lucru diferă, însă, la injectarea multistrat.

Criteriul pentru calcularea timpului de răcire a piesei finalizate este: Toate zonele piesei trebuie răcite la o temperatură mai mică decât temperatura de tranziţie vitroasă de 150°C. În cazul injectării cu răcire intermediară în exterior, prefabricatul se extrage din matriţă în momentul în care, la exterior, s-a format un strat îngheţat de 2,4 mm, deşi temperatura miezului este, încă, de 220°C. Numărul de cavităţi fiind acelaşi ca la injectarea sandwich tradiţională rezultă, astfel, o creştere a productivităţii proporţională cu scăderea timpului de răcire.

Viteza mare de solidificare a policarbonatului este în avantajul ciclurilor scurte. Calculele pentru polimetil-acrilat (PMMA) – cu adaptarea temperaturilor pentru topitură şi pentru matriţă - au condus la un timp de răcire aproape dublu, de 314 s.

 

 

Încercările şi calculele pe baza simulărilor au dovedit că, la fabricarea pieselor cu grosime mare, prin metoda cu răcire în exteriorul matriţei, se poate obţine – în funcţie de geometria piesei - o reducere de la 25 la 50% faţă de injectarea multistrat tradiţională.

La K 2013 producătorul de maşini Engel, împreună cu partenerul său Bayer Material Science, a prezentat fa­bricarea unei lentile optice din policarbonat (tip makrolon LED 2245), cu o durată a ciclului care poate participa la un concurs pentru stabilirea unui record.


Prelucrare după articolul de specialitate „Dickwandige Linsen” de Christian Maier, Josef Gießauf, Georg Steinbichler publicat în revista „Kunststoffe”din septembrie 2013, Carl Hanser Verlag, München.



Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord