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La celda de producción que Engel exhibió en la K es la primera en el mundo en utilizar la radiación infrarroja para calentar y formar tres láminas orgánicas de diferentes espesores

Producir compuestos termoplásticos ultra eficientes con la distribución de carga

Redacción Interempresas23/03/2020

Engel Austria ha dado un nuevo gran paso en el desarrollo de la producción en serie de compuestos ligeros termoplásticos. En la feria de Düsseldorf, Alemania, el fabricante de máquinas de inyección y proveedor de soluciones de sistemas utilizó el proceso organomelt para producir piezas de demostración que reflejen las últimas innovaciones en módulos para puertas de automóviles. La celda de producción que Engel, representada por Roegele, exhibió es la primera en el mundo en utilizar la radiación infrarroja para calentar y formar tres láminas orgánicas de diferentes espesores, así como para dar forma a una superficie visible de alta calidad en la misma etapa del proceso de moldeo por inyección. Otra de las novedades es que el sistema estará equipado con tres robots articulados Engel easix, todos ellos operando al mismo tiempo.

“Los compuestos termoplásticos tienen una relevancia cada vez mayor en la construcción ligera de automóviles”, explica Norbert Müller, director del Centro Tecnológico para Compuestos de Construcción Ligera de Engel. Ello se debe, fundamentalmente, a dos razones. Por un lado, el uso de polímeros exclusivamente termoplásticos permite integrar con eficiencia el moldeo y la funcionalización de productos semielaborados de compuestos de fibra, lo que se traduce en una disminución de los costos unitarios; por otro, facilita el desarrollo de modelos de reciclaje. “Una de las principales tareas en el constante desarrollo de la movilidad eléctrica es el reciclaje de los componentes de material compuesto al final de su vida útil”, explica Müller. “En la industria aeronáutica también se está apostando cada vez más por las soluciones termoplásticas”.

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La celda de producción que Engel exhibió es la primera en el mundo en utilizar la radiación infrarroja para calentar y formar tres láminas orgánicas de diferentes espesores, así como para dar forma a una superficie visible de alta calidad en la misma etapa del proceso de moldeo por inyección. (Imágenes: Engel).

La respuesta de Engel a la movilidad sostenible se llama organomelt. En el proceso organomelt, primero se calientan los productos semielaborados de matriz termoplástica reforzados con fibra –como las láminas orgánicas y cintas–, después se transfieren al molde, donde reciben la forma, y, por último, se sobremoldean directamente con termoplástico. El proceso está ya tan perfeccionado que ha alcanzado la fase de producción a gran escala. Con Engel organomelt se fabrica de forma totalmente automatizada, entre otros productos, parrillas de autos.

Engel trabaja ya mano a mano con sus socios y clientes en el constante desarrollo del proceso, en concreto estudiando los aspectos de fabricación de un diseño conforme a la carga para componentes de materiales compuestos. “En el futuro, la combinación de varios productos semielaborados de compuestos de fibra permitirá adaptar expresamente las propiedades de la construcción ligera a las diversas geometrías y cargas variables de las distintas áreas dentro de cada componente”, explica Müller. “La celda de producción de la K pone claramente de manifiesto el enorme potencial que se abre ante nosotros”. El proceso que se presentó en la feria ha sido desarrollado en colaboración con el proveedor de la industria automotriz Brose.

Se trata de la única máquina del mundo en la actualidad que procesa simultáneamente tres láminas orgánicas de distintas geometrías y grosores, entre 0,6, y 2,5 mm, mediante un proceso totalmente automatizado con hornos de infrarrojos integrados. La selección conforme a la carga de las láminas orgánicas permite considerar específicamente las diferentes cargas en las distintas áreas del componente, algo que Brose ha garantizado con diversos métodos de simulación. Así, por ejemplo, la pieza de demostración fabricada en la K presenta una mayor rigidez en el área del marco de la ventanilla que en el interior de la puerta.

Hornos de infrarrojos sumamente compactos

Uno de los retos habituales a la hora de procesar las láminas orgánicas suele ser el calentamiento de los productos semielaborados de compuestos de fibra. El tiempo necesario para el calentamiento y la refrigeración varían en función del grosor. Hay dos aspectos que son fundamentales: calentar los productos semielaborados rápidamente y de forma respetuosa con el material, y que la distancia entre los productos semielaborados calentados y el molde donde reciben la forma sea lo más reducida posible. Para ello, en la unidad de producción de organomelt sobre la base de una máquina de moldeo por inyección duo 3660/800 que se pudo ver en la K se integraron  dos hornos de infrarrojos. Uno de ellos es vertical y estaba situado directamente encima de la unidad de cierre; es el que se encarga de calentar la lámina orgánica de solo 0,6 mm. De este modo, la fina lámina orgánica puede llegar muy rápidamente al molde antes de enfriarse y dejar de ser moldeable. Por su parte, para las dos láminas orgánicas más gruesas (1 y 2,5 mm), se utiliza un horno de infrarrojos horizontal estándar situado sobre una plataforma en la platina móvil. La integración en la máquina disminuye también la distancia entre horno y molde, y contribuye al ahorro de espacio, ya que el horno no requiere superficie propia adyacente. Ambos hornos han sido desarrollados y fabricados por Engel y, al igual que los tres robots easix, están totalmente integrados en el control CC300 de la inyectora, por lo que pueden manejarse de forma centralizada en la pantalla de la máquina.

Las tres láminas orgánicas se calientan de forma simultánea. De su manipulación se encargan dos de los tres robots easix, que están situados uno junto a otro sobre la unidad de cierre. Mientras que el primer robot manipula las dos láminas más gruesas, el segundo se encarga de la más fina. El robot mantiene la lámina frente al campo de radiación vertical durante todo el proceso de calentamiento para, una vez transcurrido el tiempo de calentamiento definido, depositarla en el molde. El tercer robot se encuentra junto a la unidad de cierre. Su tarea consiste en retirar la pieza acabada y, al mismo tiempo, transferir al molde una de las tres láminas para el proceso de moldeo por inyección.

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La selección conforme a la carga de las láminas orgánicas permite considerar específicamente las diferentes cargas en las distintas áreas del componente. (Imagen: Engel).

Las láminas orgánicas proceden del fabricante chino de materias primas Kingfa y están formadas por una matriz de polipropileno y fibras de vidrio. Tras el cierre del molde, construido por Georg Kaufmann Formenbau, se procede al moldeo de las láminas orgánicas que, inmediatamente después, se sobremoldean en el mismo molde con polipropileno reforzado con fibra de vidrio. En la parte posterior del componente se moldean nervios de refuerzo y, en el lado visible, un relieve con efecto cuero. “Al sobremoldear las láminas orgánicas directamente, conseguimos un efecto cuero excepcional que hasta ahora se consideraba inalcanzable en combinación con lámina orgánica”, destaca Norbert Müller. “Esto nos permite sentar las bases para la futura producción de grandes estructuras de puertas termoplásticas estructurales con organomelt”.
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Un proceso complejo fácil de controlar

Las soluciones de fabricación desarrolladas por Engel en el Centro Tecnológico de Compuestos para Construcción Ligera se caracterizan por su alta eficiencia y rentabilidad, algo indispensable para su uso en la producción a gran escala. “La dilatada experiencia de Engel en automatización ha supuesto una gran contribución en este sentido”, explica Walter Aumayr, director de Automatización y Sistemas Compuestos en Engel. Con tres robots de brazo articulado Engel easix manipulando simultáneamente, la unidad organomelt del stand de Engel representó lo último en procesamiento integrado de compuestos. Con su alto grado de integración, la celda de producción es la más compleja presentada jamás por Engel en una feria y una de las máquinas más complejas de la historia de la K 2019.

“Cuantos más pasos del proceso integremos y cuantos más sistemas individuales tenga una celda de producción, más complejo será el proceso en su conjunto”, afirma Aumayr. “Como proveedor de sistemas, Engel garantiza una única lógica de manejo y una gestión datos común para toda la unidad de producción, lo que facilita considerablemente el uso de robots de brazo articulado. El manejo de los robots easix es, por tanto, relativamente sencillo y puede ser llevado a cabo por los empleados en la fabricación mediante moldeo por inyección”.

Una de las características destacadas de Engel es que los hornos de infrarrojos también están totalmente integrados en el control CC300, lo que garantiza un funcionamiento uniforme durante todo el proceso. Además, en la solución de sistema de Engel la máquina de procesamiento, los robots y los periféricos acceden a una base de datos común, lo que reduce el riesgo de errores y mejora la eficiencia. Los robots de brazo articulado easix son capaces de sincronizar sus movimientos con los movimientos del molde (por ejemplo, de los noyos o expulsores) sin un hardware adicional. “Esto nos permite acortar los tiempos de ciclo y disminuir los costos de inversión, sobre todo con las máquinas de mayor tamaño”, asegura Aumayr.

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