Pengeboran Injeksi Robotik Canggih untuk Komponen Kompos Fungsional

Anybrid GmbH (Dresden, Jerman) adalah spin-off dari Institut untuk Rekayasa Ringan dan Teknologi Polimer (ILK) di TU Dresden. ILK bekerja sama dengan industri untuk mengembangkan teknologi ringan baru, dengan fokus pada komposit polimer terkuat. "Kami mengembangkan mesin injeksi robotik ini dua tahun yang lalu untuk memproduksi komponen hibrid," ujar Michael Stegelmann, chief commercial officer di Anybrid. Komponen hibrid merujuk pada fungsionalisasi struktur — misalnya, tabung komposit atau rangka kendaraan listrik logam — dengan plastik injeksi untuk menciptakan titik pemasangan lokal, tulang penguat, dll.

Proses ini, disebut overmolding atau injeksi hibrid, telah mendapat banyak perhatian selama 5-6 tahun terakhir, tetapi dalam bentuk yang lebih tradisional — cetakan logam dalam press cetakan dengan unit injeksi yang terpasang. Anybrid pada dasarnya telah meminimalkan pengaturan ini menjadi pengakhir C-merah dan hitam yang ditunjukkan pada robot Kuka di gambar di atas dan video di bawah. Hasilnya revolusioner, memungkinkan pultrusi atau ekstrusi di-overmold saat keluar dari cetakan atau struktur besar difungsikan saat bergerak di garis montase.

ROBIN

ROBIN, singkatan dari "injeksi robotik", pertama kali diperkenalkan pada 2019 di pameran K di Düsseldorf, Jerman. "Kami kemudian mendirikan perusahaan tahun lalu dan sekarang bekerja sama dengan pelanggan untuk mendirikan garis produksi pilot menggunakan peralatan," ujar Stegelmann. Konsepnya, katanya, adalah untuk mengurangi massa mesin injeksi dengan menggunakan unit injeksi kecil dan alat cetakan yang kompakt dan murah yang dapat ditukar dengan cepat.

"Pengakhir ROBIN terdiri dari bingkai C yang terbuat dari komposit serat karbon dan di luar Anda melihat bingkai alumunium," jelas Stegelmann. "Bingkai berisi sistem kunci ringan yang menangani hingga 12 ton gaya beban selama injeksi, yang dibawa dari sisi atas ke sisi bawah cetakan." ROBIN juga dapat menjangkau kantilever 1 meter di seluruh struktur besar. "Ini adalah keahlian kami di dalam ILK — bagaimana menggunakan serat karbon dan bahan ringan dengan cara yang tepat."

Pendekatan tradisional injeksi memerlukan press besar dan alat cetakan mahal. Akibatnya, telah terbatas pada produksi skala besar/volume tinggi. Di sisi lain, ROBIN memungkinkan manufaktur seri kecil atau banyak cetakan yang berbeda pada komponen yang lebih besar. "Prinsipnya adalah kita memiliki fleksibilitas yang besar dalam mesin sehingga kita dapat difungsikan hampir semua bahan komposit atau struktur," kata Stegelmann.

"Kami mencoba untuk meminimalkan ukuran cetakan untuk mengurangi biaya, jadi Anda hanya membutuhkan beberapa ribu euro untuk membangun cetakan," ujar Stegelmann. "Ini memungkinkan sistem pertukaran cepat terintegrasi karena hanya area cetakan kecil yang harus ditukar. Idealnya, misalnya, Anda memiliki garis montase dengan kemampuan untuk mengganti cetakan dengan cepat dan melakukan bagian yang berbeda di dua sisi garis yang berbeda. Anda dapat menggunakan dua sistem Robin atau satu sistem Robin dan mengganti cetakan dengan cepat. Jadi, Anda memiliki fleksibilitas tinggi."

Pengurangan ukuran ini membatasi area yang dapat di-overmold. "Saat ini, kami terbatas pada 50-60 gram untuk suntikan injeksi," ujar Stegelmann. "Kami mengembangkan ROBIN untuk menimbang hanya 140 kilogram, yang memungkinkan penggunaan otomatisasi yang lebih kecil dan lebih terjangkau. Kami sedang fokus saat ini untuk difungsikan pipa dan profil serta menambahkan elemen yang lebih kecil pada struktur yang lebih besar."

Mencapai ikatan yang baik dalam overmolding

"Ini sebenarnya latar belakang kami," ujar Stegelmann, merujuk pada empat pendiri Anybrid. "Kami melakukan ini dalam banyak proyek selama 10 atau 15 tahun terakhir, menggabungkan bahan yang berbeda dan menemukan ikatan yang tepat, saya melakukan PhD saya pada proses ekstrusi, dan selalu tantang saat Anda menggabungkan bahan yang berbeda. Anda selalu membutuhkan persiapan tambahan untuk ikatan seperti perlakuan plasma atau perlakuan laser, untuk mengubah struktur permukaan, terutama saat mengikat plastik atau plastik terkuat pada logam. Komposit sedikit lebih mudah, karena Anda dapat mencocokkan matriks polimer dalam bahan injeksi dan substrat."

Misalnya, dalam tabung di-overmold yang ditunjukkan di bawah, Mitsui Chemicals Europe (Düsseldorf, Jerman) menyediakan pita serat karbon terkuat polipropilena (PP) unidireksional (UD) dan INOMETA (Herford, Jerman) menggunakan ini untuk menghasilkan tabung komposit, yang kemudian di-overmold oleh Anybrid. "Fungsionalisasi adalah bahan yang sama seperti yang digunakan untuk membuat pipa," ujar Stegelmann. "Kami di-overmold dengan bahan PP yang tidak terkuat dan terkuat serat karbon, tetapi juga dengan penguat kaca serat. Dengan ROBIN, Anda dapat memproduksi dengan semua bahan termoplastik yang ada di pasar."

Itulah sebabnya Anybrid membantu pelanggan dengan pengujian. "Kami mendapatkan pelanggan yang tidak yakin apakah bahan mereka akan saling terikat," kata Stegelmann. "Kami meminta mereka mengirimkan beberapa bahan kepada kami dan kemudian kami membuat beberapa struktur kecil dan sederhana untuk diuji. Kami memiliki cetakan kecil untuk tulang penguat yang dapat kami injeksi pada berbagai plat. Misalnya, jika pelanggan mengirimkan sampel beberapa plat komposit kepada kami, kami dapat di-overmold pada ini dengan bahan injeksi pelanggan. Itu adalah langkah pertama, bahwa kami memiliki studi kelayakan perilaku ikatan dari bahan yang berbeda. Setelah itu, kami dapat melakukan beberapa analisis dan menawarkan saran untuk optimasi."

Aplikasi potensial

"Kami masih menjelajahi aplikasi, tetapi kami awalnya bekerja dengan pipa dan profil," ujar Stegelmann. "Salah satu ide kami adalah untuk secara berurutan membawa berbagai struktur ke bentuk kontinu, yang sangat panjang," ujar Stegelmann. "Jadi, elemen dapat diterapkan langsung pada pipa. Konsep seperti ini sudah digunakan oleh INOMETA dan Herone (Dresden, Jerman) untuk mengintegrasikan sistem koneksi aksial dan gigi yang cocok. Ini juga mungkin menarik di industri penerbangan, di mana Anda memerlukan berbagai peningkatan kekakuan dan mungkin ingin menambahkan fungsi seperti pemasangan. Juga, Anda mungkin memiliki stringer atau bingkai, misalnya, tetapi banyak variasi panjang. Dengan teknologi kami, ada kemungkinan untuk mempertahankan tingkat otomatisasi yang tinggi dan hanya mengubah elemen yang difungsikan dari satu bagian ke bagian lain."

"Ada juga potensi dengan komponen besar," ujar Stegelmann. "Selama beberapa tahun terakhir di ILK, kami mengembangkan banyak komponen hibrid yang berbeda menggunakan logam, plastik, dan komposit. Kami dapat melihat bahwa klip di-overmold pada bingkai struktural dan rangka masuk akal untuk montase. Dan dengan peralihan ke kendaraan listrik dan sistem hidrogen, kami melihat bahwa penting untuk membuat garis montase dan proses sejauh mungkin fleksibel, untuk mempersiapkan berbagai komponen yang mungkin diperlukan di masa depan. Dengan ROBIN, Anda dapat dengan mudah menyesuaikan peningkatan lokal untuk montase tetapi juga untuk kekakuan struktur, misalnya. Namun, kami ingin memperluas kemampuan ini di luar otomotif dan penerbangan. Ide kami adalah untuk membuat ini lebih terjangkau untuk perusahaan kecil dan mengaktifkan teknologi hibrid ini untuk kuantitas yang lebih kecil di bidang lain dan aplikasi lain."