Model injeksi robotik untuk komposit yang difungsikan
Anybrid GmbH (Dresden, Jerman) adalah cabang dari Institut Teknik Ringan dan Teknologi Polimer (ILK) di TU Dresden. ILK bekerja dengan industri untuk mengembangkan teknologi ringan baru, dengan fokus pada komposit polimer yang diperkuat. “Kami mengembangkan mesin cetak injeksi robot ini dua tahun lalu untuk memproduksi komponen hibrida,” kata Michael Stegelmann, kepala komersial di Anybrid. Komponen hibrida mengacu pada memfungsikan struktur — misalnya, tabung komposit atau sasis kendaraan listrik logam — dengan plastik cetakan injeksi untuk membuat titik pemasangan lokal, tulang rusuk yang kaku, dll.
Proses ini, yang disebut sebagai overmolding atau pencetakan injeksi hibrida, telah mendapatkan banyak perhatian selama 5-6 tahun terakhir, tetapi dalam bentuk yang lebih tradisional — cetakan baja dalam mesin cetak dengan unit injeksi terpasang. Anybrid pada dasarnya telah mengecilkan pengaturan ini menjadi efektor ujung berbentuk C merah dan hitam yang ditunjukkan pada robot Kuka pada gambar di atas dan video di bawah. Hasilnya revolusioner, memungkinkan pultrusions atau ekstrusi menjadi overmolded saat keluar dari cetakan atau struktur besar untuk difungsikan saat bergerak ke jalur perakitan.
ROBIN
ROBIN, kependekan dari “robotized injection molding”, pertama kali dipresentasikan pada 2019 di K show di Dusseldorf, Jerman. “Kami kemudian mendirikan perusahaan tahun lalu dan sekarang bekerja dengan pelanggan untuk membangun jalur produksi percontohan menggunakan peralatan tersebut,” kata Stegelmann. Konsepnya, jelasnya, adalah untuk mengurangi massa mesin injection moulding dengan menggunakan unit injection kecil dan alat moulding yang ringkas dan murah yang dapat ditukar dengan cepat.
“Efektor ujung ROBIN terdiri dari rangka-C yang terbuat dari komposit serat karbon dan di bagian luar Anda melihat bingkai aluminium,” jelas Stegelmann. “Rangka berisi sistem penguncian ringan, yang menangani hingga 12 ton gaya pemuatan selama pencetakan injeksi, yang dibawa dari sisi atas ke sisi bawah cetakan.” ROBIN juga dapat menjangkau kantilever 1 meter di seluruh struktur besar. “Ini adalah pengetahuan kami dalam ILK — cara menggunakan serat karbon dan material ringan dengan cara yang benar.”
Pendekatan tradisional untuk cetakan injeksi membutuhkan mesin press yang besar dan alat cetakan yang mahal. Dengan demikian, telah terbatas pada produksi seri besar/volume tinggi. Sebaliknya, ROBIN memungkinkan pembuatan seri kecil atau beberapa, cetakan berbeda pada komponen yang lebih besar. “Prinsipnya adalah kami memiliki fleksibilitas dalam mesin sehingga kami dapat memfungsikan hampir semua material atau struktur komposit,” catat Stegelmann.
“Kami mencoba meminimalkan ukuran cetakan untuk mengurangi biaya, jadi Anda hanya perlu beberapa ribu euro untuk membuat cetakannya,” Stegelmann menjelaskan. “Ini memungkinkan sistem penggantian cepat terintegrasi karena hanya area cetakan kecil yang harus diubah. Idenya, misalnya, adalah bahwa Anda memiliki jalur perakitan dengan kemungkinan untuk dengan cepat mengubah cetakan dan melakukan bagian yang berbeda pada dua sisi jalur yang berbeda. Anda dapat menggunakan dua sistem Robin atau satu sistem Robin dan dengan cepat mengubah cetakan. Jadi, Anda memiliki fleksibilitas yang tinggi.”
Pengurangan ukuran ini memang membatasi area yang bisa di-overmolding. “Saat ini, kami membatasi 50-60 gram untuk suntikan injeksi,” kata Stegelmann. “Kami mengembangkan ROBIN dengan berat hanya 140 kilogram, yang memungkinkan penggunaan otomatisasi yang lebih kecil dan lebih terjangkau. Kami fokus sekarang pada memfungsikan pipa dan profil dan menambahkan elemen yang lebih kecil ke struktur yang lebih besar.”
Mencapai ikatan yang baik dalam overmolding
“Ini sebenarnya latar belakang kami,” kata Stegelmann, mengacu pada empat pendiri Anybrid. “Kami melakukan ini di banyak proyek selama 10 atau 15 tahun terakhir, menggabungkan bahan yang berbeda dan menemukan ikatan yang tepat, saya menyelesaikan PhD saya pada proses ekstrusi, dan selalu menantang ketika Anda menggabungkan bahan yang berbeda. Anda selalu memerlukan beberapa persiapan tambahan untuk pengikatan seperti perawatan plasma atau perawatan laser, untuk mengubah struktur permukaan, terutama saat merekatkan plastik atau plastik yang diperkuat ke logam. Komposit sedikit lebih mudah, karena Anda dapat mencocokkan matriks polimer dalam bahan cetakan injeksi dan substrat.”
Misalnya, dalam tabung overmolded yang ditunjukkan di bawah ini, Mitsui Chemicals Europe (Dusseldorf, Jerman) memasok pita polipropilen (PP) searah (UD) yang diperkuat serat karbon dan INOMETA (Herford, Jerman) menggunakannya untuk memproduksi tabung komposit, yang kemudian Anybrid berlebihan. “Fungsinya menggunakan bahan yang sama dengan pembuatan pipa,” kata Stegelmann. “Kami melapisinya dengan bahan PP yang tidak diperkuat dan diperkuat serat karbon, tetapi juga dengan penguat serat kaca. Dengan ROBIN, Anda dapat memproduksi dengan bahan termoplastik apa pun yang ada di pasaran.”
Yang terakhir adalah mengapa Anybrid membantu pelanggannya dengan pengujian. “Kami mendapatkan pelanggan yang tidak yakin apakah materi mereka akan terikat satu sama lain,” catat Stegelmann. “Kami meminta mereka untuk mengirimkan beberapa materi kepada kami dan kami kemudian membuat beberapa struktur kecil dan sederhana untuk diuji. Kami memiliki cetakan kecil untuk tulang rusuk yang kaku sehingga kami dapat menyuntikkan cetakan ke pelat yang berbeda. Misalnya, jika pelanggan mengirimkan sampel beberapa pelat komposit kepada kami, kami dapat melapisinya dengan bahan cetakan injeksi mereka. Itulah langkah pertama, bahwa kami memiliki studi kelayakan tentang perilaku ikatan bahan yang berbeda. Setelah itu, kami dapat melakukan beberapa analisis dan menawarkan saran untuk pengoptimalan.”
Aplikasi potensial
“Kami masih mengeksplorasi aplikasi, tetapi kami awalnya bekerja dengan pipa dan profil,” kata Stegelmann. “Salah satu ide kami adalah untuk secara berurutan membawa struktur yang berbeda ke dalam bentuk yang berkelanjutan dan berpotensi sangat panjang ini,” kata Stegelmann. “Jadi, elemen bisa langsung diaplikasikan ke pipa. Konsep seperti itu sudah digunakan oleh INOMETA dan Herone (Dresden, Jerman) untuk mengintegrasikan sistem sambungan aksial dan roda gigi yang sesuai dengan bentuk. Ini juga mungkin menarik di industri penerbangan, di mana Anda memerlukan berbagai peningkatan kekakuan dan mungkin ingin menambahkan fungsi seperti attachment. Juga, Anda mungkin memiliki stringer atau bingkai, misalnya, tetapi banyak variasi panjangnya. Dengan teknologi kami, ada kemungkinan untuk mempertahankan otomatisasi tingkat tinggi dan hanya memvariasikan elemen yang Anda fungsikan dari satu bagian ke bagian berikutnya.”
“Ada juga potensi dengan komponen besar,” kata Stegelmann. “Bekerja di ILK selama beberapa tahun terakhir, kami mengembangkan banyak komponen hybrid yang berbeda menggunakan baja, plastik, dan komposit. Kita bisa melihat bahwa klip overmolded pada rangka struktural dan sasis masuk akal untuk perakitan. Dan dengan perpindahan ke kendaraan listrik dan sistem hidrogen, kami melihat bahwa penting untuk membuat jalur perakitan dan proses sefleksibel mungkin, untuk mempersiapkan berbagai komponen berbeda yang mungkin diperlukan di masa depan. Dengan ROBIN, Anda dapat dengan mudah menyesuaikan perangkat tambahan lokal untuk perakitan tetapi juga untuk kekakuan struktur, misalnya. Namun, kami ingin memperluas kemampuan ini lebih dari sekadar otomotif dan kedirgantaraan. Ide kami adalah membuat ini lebih terjangkau untuk perusahaan kecil dan memungkinkan teknologi hibrida ini untuk jumlah yang lebih kecil di bidang lain dan aplikasi lain.”
