Page 1

Nr 1/2019 (49) rok X cena 18,00 zł (w tym 8% VAT)

i s s n 2082-6877 dwumiesięcznik

T

w o r z y w a

p o l i m e r o w e

w

n a u c e

i

p r a k t y c e

5 technologii, które zobaczymy w fabrykach przyszłości Urządzenia peryferyjne – przegląd rozwiązań firm Targi INNOFORM – skuteczne narzędzie innowacji Numeryczna symulacja procesu wtryskiwania Dodatek tematyczny Druk 3D i Filamenty

fot.: pixabay.com


WITTMANN DRYMAX

Suszarki z obrotowym sitem

energooszczędne | dokładne | niezawodne

WITTMANN BATTENFELD POLSKA Sp. z o.o. 05-825 Grodzisk Mazowiecki | Adamowizna | ul. Radziejowicka 108 | Tel.: +48 22 724 38 07 | info@wittmann-group.pl | www.wittmann-group.pl


SPIS TREŚCI STYCZEŃ/LUTY 2019 r. PODSUMOWANIE ROKU 2018 I PLANY NA ROK 2019

4 7 8 11 12 13 14

5 technologii, które zobaczymy w fabrykach przyszłości Nowoczesne rozwiązania TAMPOTECHNIKI dla przemysłu tworzyw sztucznych Spoglądali w przyszłość świata OXO Rynek opakowań Prognozy dla rynku inżynieryjnych tworzyw sztucznych Polski przemysł tworzyw sztucznych rozwija się szybciej niż europejski KE chce obowiązkowego recyklingu wszystkich opakowań z tworzyw sztucznych

www.tworzywasztuczne.biz Redaktor naczelna Ewa Majewska ewa.majewska@tworzywasztuczne.biz tel. kom. 797 125 418 Dyrektor marketingu i reklamy Katarzyna Mazur katarzyna.kajstura@tworzywasztuczne.biz tel. kom. 797 125 417 Dział prenumeraty prenumerata@tworzywasztuczne.biz Redaktor techniczny: Lucyna Franczyk Korekta: Barbara Sput

TEMAT NUMERU: URZĄDZENIA PERYFERYJNE

15 18 21 24 28 32 38

Urządzenia peryferyjne – przegląd rozwiązań firm Historia powstania spółek HUZAP Rok 2018 dla Grupy WITTMANN Urządzenia peryferyjne – innowacje w przetwórstwie tworzyw Magazynowanie i transport pneumatyczny granulatów tworzyw sztucznych Nieinwazyjne metody kontrolno-pomiarowe w zastosowaniach przemysłowych Problem z wilgocią przy termoformowaniu

FORMY WTRYSKOWE

39 44 47

Wybrane metody chłodzenia form wtryskowych Targi INNOFORM® – skuteczne narzędzie innowacji Numeryczna symulacja procesu wtryskiwania

Wydawca Media Tech s.c. mediatech@tworzywasztuczne.biz Adres redakcji ul. Żorska 1/45 47-400 Racibórz redakcja@tworzywasztuczne.biz tel./faks 32 733 18 01 www.tworzywasztuczne.biz Rada Programowa dr inż. Wojciech Głuszewski dr hab. inż. Adam Gnatowski prof. PCz dr inż. Jacek Iwko dr inż. Tomasz Jaruga prof. dr hab. inż. Jacek W. Kaczmar dr inż. Jacek Nabiałek dr inż. Paweł Palutkiewicz dr inż. Marta Piątek-Hnat prof. nadzw. dr hab. inż. Andrzej Pusz prof. dr hab. inż. Janusz Sikora dr inż. Łukasz Wierzbicki dr inż. Piotr Żach

TWORZYWA POLIMEROWE

55 57

Nowe trendy w przetwórstwie poli(tereftalanu etylenu) – cz. 2 13. Międzynarodowa Konferencja APT’19

AUTOMATYKA I OPROGRAMOWANIA

58

Każdy z członków Rady Programowej dwumiesięcznika „Tworzywa Sztuczne w Przemyśle”, który podczas dwóch kolejnych lat nie opublikuje żadnego artykułu, potraktowany zostanie jako rezygnujący z członkostwa.

Druk: Mdruk, Dąbrowa Górnicza

Bezpieczna interakcja człowieka z robotem Redakcja nie odpowiada za treść ogłoszeń oraz artykułów sponsorowanych. Zastrzegamy sobie prawo do skracania i adiustacji tekstów. Przedruk i rozpowszechnianie artykułów i reklam opracowanych przez redakcję są zabronione bez zgody wydawcy.


podsumowanie roku 2018 i plany na rok 2019

5 technologii, które zobaczymy w fabrykach przyszłości Świat zmienia się na naszych oczach, a tempo technologicznego rozwoju bije kolejne rekordy. Od złożenia patentu na żarówkę przez Thomasa Edisona minęło zaledwie 139 lat. W tym krótkim okresie powstało więcej przełomowych wynalazków niż w całym minionym tysiącleciu.

W

samym przemyśle miały miejsce 3 rewolucje, wywołane kolejno elektryfikacją i informatyzacją. Ostatnia, polegająca na dogłębnej cyfryzacji i automatyzacji procesów, trwa w najlepsze, a eksperci – zdumieni tempem zachodzących zmian – starają się odpowiedzieć na pytanie, jaki kształt obierze produkcja przemysłowa w najbliższej przyszłości? Według analityków z CB Insights przez dwie najbliższe dekady przemysł 4.0 polegać będzie głównie na podstawowej digitalizacji. Pojawią się również maszyny lepiej przystosowane do działania w cyfrowym środowisku. Dopiero później otworzy się przed nami prawdziwy potencjał konserwacji i inteligencji predykcyjnej. Istnieją jednak firmy, które pod tym kątem rozwijają się szybciej od pozostałych. Przedstawiamy 5 trendów, mających szansę odmienić oblicze przemysłu, z którymi już dziś eksperymentują liderzy cyfrowej transformacji. ZAAWANSOWANA AUTOMATYZACJA Ludzie są omylni i nieprzewidywalni, a gdy w grę wchodzi żmudne powtarzanie czynności, cechy te okazują się dość problematyczne. Nic więc dziwnego, że producenci starają się zastąpić pracowników etatowych maszynami. – Fabryka przyszłości będzie miała tylko dwóch pracowników: człowieka i psa. Zadaniem człowieka będzie karmienie psa. Pies będzie tam po to, aby odciągnąć człowieka od dotykania sprzętu – przewiduje Warren Bennis, badacz problematyki przywództwa

www.pixabay.com

4

oraz zagadnień stosunków przemysłowych. Wytwórcy przemysłowi z różnych sektorów, produkujący leki, samochody, elektronikę czy inne dobra materialne, stawiają na robotyzację, by zachować konkurencyjność i przyspieszyć produkcję. W fabrykach przyszłości u boku ludzi pracować będą coboty – łatwe w obsłudze maszyny, które dzięki algorytmom sztucznej inteligencji doskonale radzą sobie w środowisku pracy. – Największą zaletą takich maszyn jest łatwość, z jaką można zlecać im zadania. Większość z nich coboty potrafią wykonać, naśladując człowieka, bez potrzeby dodatkowego programowania. Co ważne, zaprojektowano je w taki sposób, by interakcja z pracownikami przebiegała bezpiecznie, a ich obecność na hali produkcyjnej w żaden sposób nie zagrażała zdrowiu pracujących tam ludzi – tłumaczy Piotr Rojek z DSR SA, wrocławskiej firmy wspierającej producentów we wdrażaniu technologii dla przemysłu 4.0. Zaawansowana automatyzacja zapewne wpłynie na zmniejszenie liczby etatów w fabrykach, zwłaszcza tych najnowocześniejszych, jednak póki co, pracownik etatowy to podstawowa jednostka wykonująca pracę w zakładach produkcyjnych. Powtarzalne czynności z pewnością spadną na maszyny. Ludzie natomiast zajmą się tym, co kreatywne, wymagające krytycznego myślenia, przewidywania i wrażliwości. – 10 lat temu rodzice mówili swoim dzieciom, by nie szły do pracy w fabrykach. Przemysł 5.0 sprawi, że fabryka stanie się miejscem, gdzie kreatywni ludzie znajdą dla siebie miejsce – przekonuje Esben Østergaard, dyrektor techniczny duńskiego producenta ramion robotycznych Universal Robots. Istotny dla rynku pracy jest również fakt, że roboty nie obejdą się bez konserwacji. Im więcej maszyn, tym więcej napraw, a co za tym idzie – większe zapotrzebowania kadrowe. DRUK 3D Drukowanie przestrzenne wchodzi w nową, bardziej dojrzałą fazę, znajdując coraz szersze zastosowanie. Według ekspertów czołowym odbiorcą tej technologii będzie sektor przemysłowy. – Druk 3D przede wszystkim może usprawnić produkcję krótkoseryjną czy „na żądanie”, ale to nie wszystko. Pomoże też zredukować koszty magazynowania i transportu – ocenia Julio Vial, research manager w IDC. Ekspertowi z USA wtóruje Paweł Kaleta, inżynier ds. Systemów Automatyki z DSR. – Drukarki 3D, które niedawno pojawiły się na rynku, posiadają szybsze i lepiej połączone automatyczne systemy. Dzięki tym usprawnieniom przetwarzanie wstępne i końcowe uległo skróceniu. Wiemy od naszych klientów, że to właśnie przedłużające się w czasie przetwarzanie było głównym czynnikiem, który powstrzymywał ich przed inwestycją w tę technologię – mówi specjalista. Przyspieszanie rozwoju produktów jest głównym priorytetem dla firm implementujących druk 3D, wynika z raportu The State Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


podsumowanie roku 2018 i plany na rok 2019

www.pixabay.com

stość. W niektórych przypadkach wirtualne projekty mogą wyeliminować potrzebę drukowania fizycznych modeli 3D. To więcej niż udogodnienie. Po wdrożeniu takiego rozwiązania firmy mogą spodziewać się redukcji kosztów i szybszego wprowadzania produktów na rynek. O prym na rynku rozwiązań VR i AR dla przemysłu walczą najwięksi gracze. Jednym z nich jest Autodesk – firma, której zawdzięczamy popularny wśród specjalistów program do projektowania AutoCAD. Z informacji podanych przez CB Insights wiadomo, że nad podobnym rozwiązaniem pracuje również Apple. Gigant z Cupertino zarejestrował patent na oprogramowanie nakładające wirtualne warstwy na obiekty w świecie rzeczywistym. Ma ono pozwolić projektantom przemysłowym na wprowadzanie drukowanych przestrzennie zmian w już istniejących lub jeszcze nieukończonych obiektach. Badacze z nowojorskiego Uniwersytetu Cornella udowodnili niedawno, jak duży potencjał drzemie w połączeniu technologii roz-

t

of 3D Printing 2018. Aż 93% objętych badaniem przedsiębiorstw chwali się, że w ten sposób jest w stanie uzyskać przewagę nad konkurencją, skrócić czas wprowadzania produktów na rynek i zwiększyć elastyczność, realizując krótsze serie produkcyjne. Nie dziwi więc fakt, że 20% największych korporacji do 2021 roku ma powołać specjalne działy poświęcone drukowi przestrzennemu – wynika z szacunków Gartnera. Johnson & Johnson, Boeing czy Rolls Royce posiadają już takie centra. Druk przestrzenny rekordy popularności bije w przemyśle lotniczym. Wykorzystano go m.in. w produkcji silnika turbośmigłowego GE ATP Engine. Pochodzi z niego aż 35% elementów urządzenia. Nowy, „wydrukowany” silnik daje o 10% więcej mocy przy mniejszym o 20% zużyciu paliwa. Czas i koszty związane z przygotowaniem i wdrożeniem przez GE Aviation silnika były również niższe, niż ma to miejsce w przypadku konwencjonalnych rozwiązań. WIRTUALNA I ROZSZERZONA RZECZYWISTOŚĆ Większość prototypów w branży produkcyjnej powstaje z wykorzystaniem metodologii CAD, czyli projektowania wspomaganego komputerowo. Popularne oprogramowanie tej klasy ma być zastąpione rozwiązaniami opartymi o wirtualną i rozszerzoną rzeczywi-

www.pixabay.com

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

5


podsumowanie roku 2018 i plany na rok 2019 szerzonej rzeczywistości z drukiem 3D. W przedstawionym przez nich eksperymencie projektant korzysta ze specjalnych okularów i ręcznych kontrolerów do tworzenia wirtualnego modelu warstwa po warstwie. Po ukończeniu każdego elementu, ramię robota nanosi go na rzeczywisty prototyp. – Najlepsze jest to, że robot drukuje projekt użytkownika w tym samym czasie i miejscu. W ten sposób twórca dostaje namacalną informację zwrotną we wczesnej fazie projektowania i może sprawnie wprowadzać poprawki. Kombinacja AR i robota drukującego umożliwia użycie wydrukowanej chwilę wcześniej części do projektowania kolejnego elementu – powiedział Huaishu Peng, doktorant na wydziale informatyki Uniwersytetu Cornella. W przyszłości zespoły R&D wykorzystywać będą AR i VR w połączeniu z drukiem 3D oraz tradycyjnymi prototypami, zacieśniając lukę pomiędzy procesami projektowania i wytwarzania. Nie jest to odległa przyszłość. – Już w pierwszym kwartale 2019 r. rozpoczniemy testy pilotażowe okularów AIRe Lens firmy Konica Minolta, z którą współpracujemy od 2016 r. przy wprowadzaniu okularów AR na rynek europejski – mówi Grzegorz Pawłowski kierownik marketingu w firmie DSR. BLOCKCHAIN W ERP System do planowania zasobów przedsiębiorstwa śledzi alokację środków, począwszy od zamówień surowców, na narzędziach do prowadzenia relacji z klientem kończąc. Tymczasem niektóre biznesy mogą posiadać tak wiele systemów ERP, że zamiast uproszczonego obiegu danych posiadają bałagan poplątanego ze sobą oprogramowania. Z raportu PwC wynika, że wielu największych producentów przemysłowych posiada nawet po 100 różnych systemów ERP. Receptą na ten problem ma być blockchain i technologia rozproszonych rejestrów. W ostatnim czasie pojawiło się wiele projektów łączących dane pochodzące z różnych firmowych procesów oraz te od interesariuszy w uniwersalną strukturę. Jak donosi firma analityczna CB Insights, wielu gigantów korporacyjnych realizuje już projekty oparte o blockchain, mające na celu zmniejszenie złożoności i rozbieżności w bazach danych. W zeszłym roku British Airways testowała rozwiązanie wykorzystujące technologię blockchain. Pozwoliło ono na stworzenie ujednoliconej bazy danych o lotach. Celem projektu była eliminacja sprzecznych informacji, które często pojawiały się w bramkach, na monitorach lotniskowych, stronach linii lotniczej oraz w jej aplikacjach mobilnych. Gdy w grę wchodzi śledzenie pozyskiwanych części i surowców, zdecentralizowana dokumentacja nie ma sobie równych. Ponieważ w łańcuchu dostaw produkty przechodzą z ręki do ręki, łatwo o opóźnienia, dodatkowe koszty, błędy ludzkie, a nawet oszustwa. – Technologia blockchain może poprawić kwestie przejrzystości i identyfikacji w łańcuchu dostaw poprzez odporną na oszustwa, rozproszoną bazę danych. Umożliwi ona gromadzenie informacji o pochodzeniu i wędrówce każdego pojedynczego składnika wykorzystanego w procesie produkcyjnym. To nowy poziom transparentności i bezpieczeństwa – tłumaczy Piotr Rojek z DSR. INTELIGENTNE CZUJNIKI Przypuszczalnie, fabryki przyszłości wyglądać będą jak wielkie, samowystarczalne cyberfizyczne organizmy, które sporadycznie wymagają ludzkiej interwencji. Niemniej, przed nami jeszcze długa droga, nim ta ambitna wizja stanie się bliska rzeczywistości. Zgodnie ze wskaźnikami lean manufacturing (mierzonymi przez ogólną efektywność sprzętu lub OEE), światowej klasy zakłady 6

produkcyjne pracują na 85 proc. swojej teoretycznej wydajności. Tymczasem przeciętna fabryka funkcjonuje na 60 proc. swoich możliwości. Oznacza to, że producenci dysponują sporym polem do popisu w obszarze usprawniania procesów i optymalizacji działań. Nie jest tajemnicą, że technologią, która może tu zdziałać najwięcej, jest przemysłowy internet rzeczy (IoT). – Potrafimy zmniejszyć lub nawet całkowicie wyeliminować zjawiska obniżające jakość wyrobów i podwyższające koszty produkcji. Jest to możliwe dzięki mierzeniu oraz poddaniu analizie komputerowej w czasie rzeczywistym wielu parametrów technologicznych. W podobny sposób działa analityka predykcyjna, w której wykorzystanie np. specjalnych czujników drgań harmonicznych i analiza strumienia danych daje szerokie możliwości w zakresie wykrywania i identyfikacji konkretnych usterek, zanim dojdzie do uszkodzenia całej maszyny, i w konsekwencji wstrzymania procesu produkcyjnego – wylicza Jan Skowroński, R&D manager w DSR. Jego zdaniem na IoT trzeba mieć pomysł, a umieszczanie tanich czujników tam, gdzie tylko jest to możliwe, nie jest dobrym rozwiązaniem. Więcej pożytku przyniesie inwestycja w mniejszą liczbę czujników, lecz bardziej wyspecjalizowanych, dokładniejszych i inteligentnych. Obliczenia komputerowe dokonywane w urządzeniach monitorujących to nowy, obiecujący trend w architekturze IoT. Peter Levine z a16z wieszczy całkowity koniec obliczeń dokonywanych w chmurze dla wielu urządzeń, w tym dronów i zaawansowanych czujników IoT. Istnieją dwa podejścia do tego tematu. Pierwsze reprezentuje np. firma Saguna Networks, specjalizująca się w edge computingu. Polega on na wykonywaniu obliczeń w małej odległości do punktu zbierania danych. Tymczasem Foghorn Systems proponuje swoim klientom tzw. fog computing. To nic innego jak „nisko wisząca chmura”, czyli umieszczona w najbliższym otoczeniu maszyn, która w filozofii działania przypomina sieć LAN. Obie metody charakteryzują się dużą przepustowością i eliminują opóźnienia występujące przy przesyłaniu informacji do klasycznej chmury obliczeniowej. Dzięki takim rozwiązaniom oraz postępowi w rozwoju sztucznej inteligencji, w niedalekiej przyszłości infrastruktura IoT funkcjonować będzie niezależnie od scentralizowanej chmury. Oznacza to, że przesyłanie tysięcy wiadomości pomiędzy maszynami stanie się zbędne, a wiele decyzji urządzenia podejmować będą automatycznie. Wchodzące technologie dają firmom nowe możliwości i pozwalają osiągnąć cele, których realizacja dotychczas była niemożliwa lub nieopłacalna, jednak ich implementacja nie może odbiegać od realnych potrzeb przedsiębiorstwa. – Testowanie nowych technologii to zawsze dobry pomysł. Gdy przyglądamy się im w działaniu, rodzą się ciekawe pomysły na ich wykorzystanie. John Cleese powiedział kiedyś, że wystarczy utrzymać umysł w sporze z tematem w przyjazny, ale uporczywy sposób, a wcześniej czy później dostanie się nagrodę od swojej nieświadomości. Pomiędzy testowaniem a wdrażaniem jest jednak spora różnica. Każda implementacja powinna odbywać się w oparciu o pogłębione badanie potrzeb przedsiębiorstwa i jego pracowników, inaczej będzie tylko ozdobą i nie przyczyni się do rozwiązania realnych problemów – zwraca uwagę Irek Piętowski, trener i konsultant innowacji w DT Makers, firmie specjalizującej się w design thinking. Artykuł powstał na bazie publikacji firmy analitycznej CB Insights „Future Factory: How Technology Is Transforming Manufacturing”.

Źródło: www.plastech.pl Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


ARTYKUŁ

S P O N S O R O WA N Y

podsumowanie roku 2018 i plany na rok 2019

Nowoczesne rozwiązania TAMPOTECHNIKI dla przemysłu tworzyw sztucznych Druk tamponowy – urządzenia posiadają szczelne systemy farbowe o średnicy od 40 do 200 mm. Do wykonywania długich nadruków służą systemy owalne. Poza komfortem pracy, wynikającym ze stałości parametrów farby, jest to rozwiązanie proekologiczne dzięki redukcji emisji rozcieńczalników. Drukarki mogą być wyposażone w układy automatycznego czyszczenia tamponów, podajniki, systemy druku w wielu miejscach przedmiotu w czasie jednej operacji, systemy magnetycznego mocowania tamponów. Tamponiarki przeznaczone do obsługi przez operatora spełniają wymogi określone w normie PN-EN ISO 4414, zgodnie z którą niedopuszczalne jest ryzyko uszkodzenia ręki operatora przez nacisk ponad 150 N. Napędy drukarek wywierają znacznie większe naciski, trzeba więc zapewnić zabezpieczenia takie, jak kurtyny świetlne i osłony uniemożliwiające operatorowi włożenie ręki do strefy zagrożenia. Projektowane przez nas tamponiarki znajdują zastosowanie w zautomatyzowanych gniazdach produkcyjnych obsługiwanych przez roboty wyjmujące detale z formy wtryskowej. Oferujemy również moduły drukujące i znakujące przeznaczone do integracji w liniach automatycznych. Systemy do druku rotacyjnego na zakrętkach wyposażone są w podajniki zasilające, które zapewniają orientację zakrętek. Zakrętki są następnie zakładane na trzpienie umieszczone na obracającym się kole. Zakrętki są aktywowane płomieniowo, drukowane w jednym lub dwóch kolorach i suszone nawiewem gorącego powietrza. Wydajność drukarki do nakrętek o średnicy 28 mm wynosi nawet 36000 szt./godz. Budujemy również tamponiarki rotacyjne do druku na profilach z tworzyw sztucznych w liniach wytłaczania. Można w ten sposób nanosić wzór dekoracyjny, np. wzór słojów drewna na listwy przy-

podłogowe, obrzeża meblowe, panele, obudowy rolet. Drukarki takie znajdują również zastosowanie przy znakowaniu węży czy przewodów. Sitodruk – poza sitodrukarkami do druku na powierzchniach płaskich, wklęsłych i wypukłych o dużym promieniu, oraz walcach i stożkach sprzedajemy automaty do sitodruku G.P.E. do strzykawek, długopisów czy pojemników z tworzyw sztucznych. Aktywacja tworzyw – jeżeli energia powierzchniowa tworzywa sztucznego nie jest większa od napięcia powierzchniowego stosowanej farby, niemożliwe będzie otrzymanie wymaganej przyczepności nadruku. Dotyczy to przede wszystkim poliolefin. Podwyższenie energii powierzchniowej tworzywa następuje poprzez zmianę struktury molekularnej powierzchni pod wpływem oddziaływania plazmy. TAMPOTECHNIKA wykonuje plazmowe urządzenia do aktywacji tworzyw sztucznych. Dostarczamy testery do sprawdzania energii powierzchniowej, pozwalające na kontrolę procesu aktywacji. Elektryczność statyczna – podczas procesu produkcyjnego elementy z tworzyw ładują się statycznie. Ładunki statyczne na powierzchni elementów z tworzyw powodują zakłócenie procesów produkcyjnych i przyciąganie kurzu. TAMPOTECHNIKA dostarcza urządzenia do pomiaru elektryczności statycznej, do neutralizacji ładunków i czyszczenia. Nowością jest głowica czyszcząca FRASER ROTO-CLEAN z wirującymi dyszami przeznaczona do czyszczenia elementów o złożonym kształcie.

Tampotechnika Jan Tryburcy ul. Kleszczowa 17B, 02-485 Warszawa tel./fax 22 863 57 13, 22 863 57 17 info@tampotechnika.com.pl www.tampotechnika.com.pl Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

7


podsumowanie roku 2018 i plany na rok 2019

Spoglądali w przyszłość świata OXO Grupa Azoty ZAK S.A. już po raz trzeci zaprosiła partnerów biznesowych do udziału w The OXO Conference. Wydarzenie odbyło się 21 listopada w Warszawie i cieszyło się ogromnym zainteresowaniem. Oficjalnym partnerem konferencji, w tym roku poświęconej tematyce przyszłości świata OXO, została firma konsultingowa IHS Markit.

I

dea The OXO Conference wyłoniła się z tradycji corocznych spotkań z partnerami, realizowanych przez kędzierzyński Segment OXO. Pierwsza edycja The OXO Conference miała charakter czysto naukowy, by z czasem przeobrazić się w platformę wymiany praktycznych informacji dla branży, przynoszących wymierne korzyści i pozwalających na rozwijanie kontaktów i wiedzy rynkowej. Wśród tegorocznych prelegentów znaleźli się nie tylko przedstawiciele przedsiębiorstw wykorzystujących alkohole OXO i plastyfikatory w swojej produkcji, ale również specjaliści z zakresu logistyki czy legislacji europejskiej. Pozwoliło to zbudować kompleksowy program, dzięki któremu zaprezentowano pełen obraz łańcucha wartości OXO. – The OXO Conference to wydarzenie o wyjątkowym charakterze. Wysłuchaliśmy wielu interesujących prezentacji z ust ciekawych mówców, pojawiło się mnóstwo nowej wiedzy związanej z produkcją Segmentu OXO. Organizacja konferencji bez wątpienia przekłada się na konsekwentny rozwój naszej firmy – ocenia Sławomir Lipkowski, prezes Grupy Azoty ZAK S.A.

8

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


podsumowanie roku 2018 i plany na rok 2019

Przedstawiciele IHS Markit – Helen Weeks, Barbara Sesto i Michael Beal w swoich prezentacjach skupili się kolejno na analizie rynku surowców do produkcji alkoholi OXO, przedstawieniu dynamiki branży plastyfikatorów i prognoz do roku 2022 oraz procesach technologicznych zachodzących w procesie produkcji alkoholi OXO. W imieniu gospodarza konferencji głos zabrała Joanna Pokora, której wystąpienie dotyczyło zagadnień legislacji wynikającej z prowadzenia działalności w ramach Unii Europejskiej oraz jej następstw rynkowych. Z kolei Maciej Starzyk (PwC Polska) zaprezentował zgromadzonym najnowsze trendy w zakresie transportu i logistyki. Podczas konferencji nie zabrakło tematyki zrównoważonego rozwoju, którą poruszał w prelekcji Arjen Sevenster, reprezentujący European Council of Vinyl Manufacturers. Z zaproszenia Grupy Azoty ZAK S.A. skorzystali również przedstawiciele polskich przedsiębiorstw korzystających z produktów OXO. Obraz poszczególnych obszarów branży na przykładzie specjalistycznych działalności przedstawili: dr Artur Pałasz z ośrodka badawczo-rozwojowego Spektrochem, Przemysław Malicki z Fabryki Kabli ELPAR Sp. z o.o. oraz Bartosz Romanowicz (Tarkett Polska Sp. z o.o.). Grupa Azoty Zakłady Azotowe Kędzierzyn S.A. to producent nawozów azotowych odznaczających się wyjątkowymi parametrami wysiewnymi oraz alkoholi OXO i plastyfikatorów, w tym Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

pierwszego polskiego plastyfikatora nieftalanowego. Kędzierzyńskie produkty, takie jak ZAKsan®, Salmag®, RSM®, Oxoviflex® i NOXy® znajdują zastosowanie w wielu sektorach gospodarki: rolnictwie, budownictwie, przetwórstwie chemicznym, przemyśle tworzywowym i motoryzacyjnym. Spółka posiada własną elektrociepłownię, port załadunkowy, świadczy specjalistyczne usługi laboratoryjne. Jest właścicielem i głównym sponsorem klubu siatkarskiego ZAKSA Kędzierzyn-Koźle. Grupa Azoty to zdecydowany lider w Polsce i jedna z kluczowych grup kapitałowych branży nawozowo-chemicznej w Europie. Grupa zajmuje drugą pozycję w Unii Europejskiej w produkcji nawozów azotowych i wieloskładnikowych, a takie produkty jak: melamina, kaprolaktam, poliamid, plastyfikatory, alkohole OXO czy biel tytanowa mają równie silną pozycję w sektorze chemicznym, znajdując swoje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu.

Grupa Azoty Kędzierzyn 9


podsumowanie roku 2018 i plany na rok 2019

10

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


INFORMACJA

podsumowanie roku 2018 i plany na rok 2019

P R A S O WA

Podsumowanie 2018 oraz prognozy na 2019 rok

Rynek opakowań Opierając się na opiniach producentów opakowań, miniony rok należy ocenić pozytywnie – jako dobry dla przemysłu opakowań. W zasadzie we wszystkich segmentach tego przemysłu (opakowania z tworzyw sztucznych, papieru i tektury, szkła i metalu) odnotowany został przyrost produkcji, wynoszący średnio ok. 6–6,5%.

N

a uzyskany wynik wpływ miał rynek. W roku 2018 utrzymywał się na dobrym poziomie popyt na opakowania, co odpowiadało dobrej sytuacji na rynku pakowanych produktów. W szczególności żywności, choć nie tylko. Generalnie wynik jest zasługą utrzymującego się popytu na wyroby szybkorotujące (FMCG). Wzrosło zainteresowanie opakowaniami „grupy” premium (alkohole i wyroby kosmetyczne). To dzięki utrzymującej się na wysokim poziomie konsumpcji, nieco wyższej aniżeli w roku 2017. Konsumpcja „napędzała” gospodarkę, czego odbiciem jest dobre tempo wzrostu PKB prawie o 1,5% wyższe niż w 2017 roku. Duży wpływ na wyniki polskiej gospodarki w 2018 roku miała ogólna poprawa koniunktury gospodarczej, zarówno w Europie – w szczególności u naszego głównego partnera gospodarczego (Niemcy), jak i w innych regionach świata. Stąd też, krajowy przemysł opakowań znalazł się w grupie nielicznych branż, które w mniejszym stopniu odczuły trudności z powodu zatorów płatniczych. Nie odnotowano także niepokojącej liczby upadłości.

www.pixabay.com

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

Wg wstępnych szacunków Polskiej Izby Opakowań rynek opakowań w 2018 roku osiągnie wartość ok. 10,8–11,0 mld euro. Przypuszczalnie (oby tak się nie stało) będzie to najlepszy wynik w tej dekadzie. Bowiem wg prognoz ekonomistów rok bieżący (2019) będzie nieco „gorszym”, łagodnie przygotowującym światową, w tym polską gospodarkę, do kolejnego „tąpnięcia” (kryzysu). Dodatkowo, przemysł opakowań w segmencie opakowań z tworzyw sztucznych musi zmierzyć się z ograniczeniami wynikającymi z wdrożenia GOZ. Obciążenia gospodarki z powodu rosnących kosztów pozyskiwania surowców i energii nie będą sprzyjać wzrostowi konsumpcji. Zaś wyborczy rok 2019 będzie rokiem „prężenia muskułów” kosztem lat następnych. Stąd też, należy przewidywać, iż wartość rynku opakowań w 2019 roku nieznacznie przekroczy 11,0 mld euro (11,1–11,2), zaś tempo wzrostu PKB 4,1%. Krajowy przemysł opakowań musi zatem poszukiwać rynków zbytu poza Europą, w krajach o wysokim tempie rozwoju gospodarczego oraz na rynkach, których nie będą obowiązywać rygorystyczne przepisy dotyczące opakowań z tworzyw sztucznych. Na pewno miejsce Chin zajmą Indie przy wzroście PKB w 2020 r. wynoszącym 7,5%, przy 6% dla Chin. Z europejskich krajów, niezłe perspektywy rysują się dla Niemiec i Rosji. Trudno przewidzieć, co będzie z Wielką Brytanią. Jeśli chodzi o strukturę rynku opakowań w 2018 roku, to nie przewiduje się znaczących zmian. Pierwszą pozycję utrzymują (bez wzrostu) opakowania z tworzyw sztucznych. Niewielki wzrost nastąpi w opakowaniach z papieru i tektury (ok. 0,2%). Na tym samym poziomie utrzyma się pozycja opakowań z metalu i szkła. Z zadowoleniem należy odnotować wzrost udziału krajowego przemysłu maszyn pakujących w rynku tych urządzeń o ok. 5%. M.in. przyczyniły się do tego rodzime polskie firmy, takie jak RADPAK i COFFEE SERVICE, zrzeszone w Polskiej Izbie Opakowań.

Źródło: Polska Izba Opakowań 11


podsumowanie roku 2018 i plany na rok 2019

Prognozy dla rynku inżynieryjnych tworzyw sztucznych Rynek tworzyw konstrukcyjnych ma osiągnąć do 2024 roku poziom 104,32 mld USD (91,6 mld EUR), napędzany „dynamicznym popytem” w segmencie motoryzacyjnym, elektronicznym i budowlanym, jak wynika z ostatniego raportu firmy Frost & Sullivan.

W

edług raportu brytyjskiej firmy konsultingowej, zatytułowanego „Prognoza globalnego rynku tworzyw sztucznych do roku 2024”, szybka urbanizacja i rosnąca siła nabywcza w Azji, w szczególności w Chinach, Indiach i Azji Południowej są głównymi przyczynami wzrostu popytu szacowanego wg CAGR na poziomie 5,4% do 2024 roku. – Rynek oferuje ogromne możliwości wyspecjalizowanym producentom materiałów, ponieważ ewoluujące aplikacje wymagają nowych badań i rozwoju, opracowywania nowych produktów i rozwiązań funkcjonalnych – powiedział Sayan Mukherjee, starszy analityk ds. badań, chemikaliów i materiałów, EIA we Frost & Sullivan. Zdaniem eksperta opracowanie nowych formuł i produktów dla producentów OEM i użytkowników końcowych zapewni „lukratywne dochody, zróżnicowanie produktów i postęp technologiczny” dla branży w okresie prognozy. Mukherjee zalecił również, aby mniejsi gracze kierowali się „liderami rynkowymi, takimi jak DSM, SABIC i BASF”, zwiększając swoje możliwości na rynku Azji i Pacyfiku. To, jak powiedział, może zapewnić „maksymalną ekspozycję i możliwości rozwoju w najbliższej przyszłości”. W raporcie firmy Frost & Sullivan uznano lekkość i zamianę metalu, a także budownictwo, transport i zastosowania medyczne jako kluczowe możliwości rozwoju na rynku. Dodatkowo

zauważono zmianę w kierunku zastosowań niszowych i strategii kluczowych czynników, które mogą zakłócić łańcuch dostaw i hamować wzrost. Obejmowały one regulacje rządowe, niestabilność cen ropy naftowej, międzynarodowe wojny handlowe oraz miniaturyzację komponentów elektrycznych i elektronicznych. – Aby być gotowym na przyszłość, gracze powinni opracować strategie awaryjne w celu złagodzenia zakłóceń i uwzględniać biotechniczne tworzywa konstrukcyjne o niskim wpływie na środowisko do swoich produktów, szczególnie w Europie i Ameryce Północnej – dodał.

Źródło: PNE

REKLAMA

12

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


INFORMACJA

P R A S O WA

podsumowanie roku 2018 i plany na rok 2019

Polski przemysł tworzyw sztucznych rozwija się szybciej niż europejski Przed branżą tworzyw sztucznych w Polsce rysują się dobre perspektywy. Sektor ten rozwija się szybciej niż cała gospodarka i większość innych gałęzi przemysłu. Zapotrzebowanie na tworzywa sztuczne rośnie najszybciej w sektorze opakowań, budownictwie i motoryzacji, ale produkcja krajowa zapewnia tylko połowę tego zapotrzebowania. Wyzwaniem dla branży jest sprostanie nowym regulacjom z zakresu recyklingu tworzyw sztucznych.

P

olski rynek tworzyw sztucznych od 10 lat rozwija się w znakomitym tempie. Z analizy wskaźników wzrostu wynika, że jest to dwa razy szybciej niż średni wzrost PKB w Polsce. Trzeba jednak powiedzieć, że tylko jego część związana z przetwórstwem, czyli produkcją wyrobów z tworzyw sztucznych, rozwija się tak szybko – podkreśla Kazimierz Borkowski, dyrektor Fundacji PlasticsEurope Polska. W Polsce szybko rośnie zapotrzebowanie na tworzywa sztuczne. W 2017 r. zużyto 3,5 mln ton, co oznacza 9-proc. wzrost w stosunku do 2016 r. Dla porównania rynek tworzyw sztucznych w Europie rósł w tempie ok. 3,5%, a na świecie – 3,8%. Raport roczny PlasticsEurope wskazuje, że w ujęciu długoterminowym, przez ostatnie dziesięć lat, średnia stopa wzrostu rocznego branży tworzyw sztucznych w Polsce wyniosła 8,4% i była o 60% wyższa od stopy wzrostu całego przetwórstwa przemysłowego i ponad dwukrotnie wyższa od średniego rocznego wzrostu PKB. – W Polsce branża rośnie szybciej, niż wynosi średnia europejska, szybko gonimy Europę. Wiąże się to też z faktem, że jeszcze 10–15 lat temu wiele firm z Europy Zachodniej przenosiło swoją produkcję do Polski z uwagi na niższe koszty, głównie osobowe. Ta przewaga się powoli kończy, bo w Polsce koszty osobowe również rosną. Z drugiej strony, ten przemysł jest w tej chwili jednym z bardziej nowoczesnych w Europie, wygrywając jakością produkcji i jakością kadry, mamy więc nadzieję, że utrzyma wysokie tempo wzrostu – mówi Kazimierz Borkowski. Pod względem zapotrzebowania na tworzywa sztuczne Polska jest na 6. miejscu w Europie, po Niemczech, Włoszech, Francji, Hiszpanii i Wielkiej Brytanii. Główne dziedziny ich zastosowania to przemysł opakowaniowy (32,5%), budowlany (blisko 26%), motoryzacja (ok. 10%) i produkcja urządzeń elektrycznych i elektronicznych (6,4%). – W Europie dużo większy jest udział opakowań, można więc wnioskować, że ten sektor również w Polsce będzie się rozwijał szybko. Patrząc na dynamikę wzrostu i otoczenie biznesowe, wydaje się, że szybko rosło będzie zużycie tworzyw w motoryzacji do produkcji pojazdów i części samochodowych. Polska jest ważnym europejskim producentem części, w tym części z tworzyw sztucznych do samochodów – ocenia dyrektor Fundacji PlasticsEurope Polska. Lokalna produkcja tworzyw sztucznych w Polsce nie zaspokaja istniejącego zapotrzebowania. W dużej mierze to efekt braku nowych inwestycji w produkcję polimerów. Dlatego importujemy duże ilości polimerów, głównie z Niemiec. Ujemne saldo wymiaTworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

ny handlowej z zagranicą pogłębia się i w 2017 r. wyniosło już 2,2 mln ton (o wartości ponad 3 mld euro). Jak podkreśla ekspert, wyzwaniem dla branży jest zahamowanie negatywnego wpływu odpadów na środowisko. Choć stosowanie tworzyw sztucznych jest niezbędne w gospodarce i przyczynia się do ograniczenia emisji dwutlenku węgla, to z drugiej strony ich rosnące zastosowanie połączone z niewłaściwymi zachowaniami konsumentów (śmiecenie) i brakiem wystarczającej infrastruktury do zagospodarowania odpadów sprawia, że duże ilości odpadów trafiają prosto do środowiska. – W związku z pracami nad wdrożeniem pakietu gospodarki o obiegu zamkniętym, który Komisja Europejska zaproponowała trzy lata temu, tworzywa stały się jednym z wyróżnionych materiałów. Stanowią bardzo ważny składnik gospodarki i są niezbędne zarówno dla przemysłu, jak i dla naszego codziennego życia, niemniej ich widoczne oddziaływanie na środowisko, np. śmieci w środowisku morskim, jest sygnałem do podjęcia walki z zanieczyszczeniem środowiska – mówi Kazimierz Borkowski. Ocenia się, że tylko na terenie Europy wytwarzanych jest corocznie blisko 26 mln ton odpadów tworzyw sztucznych. Około 30% z nich poddawanych jest recyklingowi. Branża dobrowolnie zobowiązała się zwiększyć powtórne wykorzystanie oraz recykling, zapobiegać przedostawaniu się tworzyw do środowiska oraz poprawić efektywność wykorzystania zasobów. Do 2030 r. poziom powtórnego użycia i recyklingu opakowań z tworzyw sztucznych ma osiągnąć 60%, a w 2040 r. wszystkie opakowania mają być zdatne do ponownego użycia, recyklingu lub odzysku. – Tworzywa sztuczne to nie jest jeden materiał, ale cała gama materiałów różniących się właściwościami, które aby skuteczniej poddać recyklingowi, należy najpierw rozdzielić na poszczególne polimery. Jak najbardziej wskazana jest tutaj współpraca konsumentów, bo to oni pośrednio decydują o powodzeniu recyklingu poprzez swoje zachowanie, czyli prawidłową segregację odpadów już w domu – stwierdza Kazimierz Borkowski. – Niestety, wydaje nam się, że nieprawidłowe zachowania konsumentów są ciągle największą barierą dla zmniejszenia wpływu odpadów tworzyw na środowisko.

Źródło: Newseria 13


podsumowanie roku 2018 i plany na rok 2019

INFORMACJA

P R A S O WA

KE chce obowiązkowego recyklingu wszystkich opakowań z tworzyw sztucznych Branżę tworzyw sztucznych czeka wiele zmian związanych z prawodawstwem unijnym. Komisja Europejska chce, by do 2030 roku wszystkie opakowania z tworzyw sztucznych nadawały się do recyklingu.

R

ealizując założenia ogólnoeuropejskiej strategii na temat tworzyw sztucznych, KE zgłosiła projekt dyrektywy ograniczającej stosowanie niektórych wyrobów jednorazowego użytku, które najczęściej zaśmiecają plaże, morza i oceany, w tym m.in. plastikowych słomek, jednorazowych kubeczków, sztućców i patyczków kosmetycznych. – Plastikowe butelki, torebki foliowe czy niedopałki papierosów należą do najczęściej znajdowanych śmieci na europejskich plażach. Nie wszyscy wiedzą, że dziś filtry do papierosów też są wykonane z tworzywa sztucznego. Komisja Europejska chce ograniczyć używanie jednorazowych wyrobów z tworzyw sztucznych, a niektóre z nich mają być całkowicie zakazane. Takie zakazy są proponowane np. dla słomek dodawanych do napojów czy patyczków do uszu. To pokazuje, w jakim kierunku idą legislatorzy – mówi agencji Newseria Biznes Kazimierz Borkowski, dyrektor Fundacji PlasticsEurope Polska. Na całym świecie tworzywa sztuczne stanowią 85 proc. odpadów znajdowanych na plażach, a każdego roku do mórz i oceanów trafia ok. 8 mln ton plastiku. Realizując założenia Strategii dla Tworzyw Sztucznych, Komisja Europejska przedstawiła pod koniec maja projekt dyrektywy, zgodnie z którą wiele jednorazowych produktów z tworzyw sztucznych ma zostać objętych zakazem wprowadzenia do obrotu i zastąpionych zamiennikami, które w większym stopniu podlegają recyklingowi. Zakaz ma dotyczyć łącznie dziesięciu grup produktów jednorazowego użytku, które w sumie odpowiadają za ok. 70 proc. odpadów morskich w Europie i najczęściej zaśmiecają plaże, morza i oceany. KE chce także zobowiązać państwa członkowskie, żeby do 2025 roku osiągnęły 90-proc. poziom recyklingu jednorazowych butelek z tworzyw sztucznych. Nowe przepisy nałożą również obowiązki na producentów, którzy będą zmuszeni m.in. ponosić część kosztów gospodarowania i usuwania odpadów. – Jestem trochę sceptyczny, zwłaszcza w przypadku pomysłów, które bezpośrednio dotyczą stylu czy komfortu życia, nie wspominając o higienie. Nie wystarczy wprowadzenie zakazu, trzeba jeszcze przekonać ludzi, którzy np. bardzo lubią spacerować z kubkiem kawy po ulicy czy biegać z butelką w ręku – podkreśla Kazimierz Borkowski. – Jesteśmy jak najbardziej za tym, żeby ograniczyć wpływ wyrobów szkodzących środowisku, natomiast nie można wylać dziecka z kąpielą. W kategorii „wyroby jednorazowego użytku z tworzyw sztucznych” mieszczą się również wyroby medyczne, strzykawki, wenflony, przewody i zbiorniki do przetaczania krwi. Jeżeli ta legislacja zostanie przygotowana w sposób chaotyczny i niestaranny, to może dotknąć nas wszystkich, powodując dużo większe problemy niż tylko te związane z czystością środowiska naturalnego. Według danych KE co roku Europejczycy wytwarzają 25 mln ton odpadów z tworzyw sztucznych, z czego jedynie niecałe 30

14

(fot. Pixabay/CC0)

proc. jest poddawane recyklingowi. Przyjęta w styczniu ogólnoeuropejska Strategia dla Tworzyw w Gospodarce o Obiegu Zamkniętym zakłada, że do 2030 roku wszystkie opakowania z tworzyw sztucznych na rynku UE mają się nadawać do recyklingu. – Zgodnie z nowymi planami do roku 2030 (…) zmniejszy się zużycie tworzyw sztucznych jednorazowego użytku, a ponadto zostaną wprowadzone ograniczenia dotyczące celowego stosowania mikrodrobin plastiku – podała Komisja Europejska. – Komisja proponuje m.in podniesienie obowiązkowego poziomu recyklingu. Rok temu obowiązujący poziom dla tworzyw sztucznych w opakowaniach wynosił tylko 22,5 proc. Teraz proponuje się, żeby do roku 2025 ten poziom wzrósł do 50 proc., a w roku 2030 do 55 proc. To wyraźny, ponad dwukrotny wzrost celów recyklingu. To powinno sprawić, że odpady tworzyw będą lepiej wykorzystane i używane do produkcji nowych wyrobów, a po drugie, będzie mniej śmieci, bo tworzywa będą trafiać do recyklingu, a nie do lasu czy na plażę – mówi Kazimierz Borkowski. Branża popiera te cele, podkreślając, że tworzywa sztuczne mają wartość nie tylko jako jednorazowy materiał do produkcji wyrobów, lecz także mogą być poddawane recyklingowi i używane wielokrotnie. Nawet jeżeli tworzywo nie podlega recyklingowi, można odzyskać z niego energię, bo tworzywa sztuczne są chemicznie bardzo zbliżone do ropy naftowej, benzyny czy innych paliw płynnych, a ich wartość energetyczna jest równie wysoka. To oznacza, że można ich użyć w przemysłowych instalacjach jako paliwa do produkcji energii elektrycznej lub cieplnej. Dyrektor Fundacji PlasticsEurope Polska zwraca uwagę na to, że w przeciwieństwie do gospodarki liniowej („wyprodukuj, użyj, wyrzuć”) model GOZ zakłada, że zużyte produkty są recyklingowane i zwracane do obiegu tak, aby zmniejszyć ilość odpadów i w pełni wykorzystywać zasoby. Jak wynika z ostatniego raportu Fundacji PlasticsEurope Polska, branża tworzyw sztucznych w Polsce, o obrotach przekraczających 80 mld zł rocznie i zatrudnieniu przekraczającym 160 tys. pracowników, to ważna dziedzina krajowej gospodarki. Według GUS od kilku lat branża utrzymuje też wysokie tempo wzrostu. Źródło: Newseria Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


Temat numeru: produkcja, sprzedaż i serwis wtryskarek temat numeru – urządzenia peryferyjne

Urządzenia peryferyjne – przegląd rozwiązań firm

WITTMANN BATTENFELD Polska Sp. z o.o. Adamowizna ul. Radziejowicka 108 05-825 Grodzisk Mazowiecki tel. 22 7243 807 fax 22 7243 799 info@wittmann-group.pl www.wittmann-group.pl

WITTMANN BATTENFELD, z siedzibą w Kottingbrunn Austria, jest jednym z wiodących producentów wtryskarek i urządzeń do przetwórstwa tworzyw sztucznych. W naszej ofercie znajdą Państwo pełną gamę wtryskarek elektrycznych, hydraulicznych, kolanowych, pionowych oraz do wtrysku wielokomponentowego. Budujemy wtryskarki o siłach zamykania 15–1600 t. Firma oferuje swym klientom pomoc, doradztwo w zakresie technologii wtrysku i innowacyjnych rozwiązań wymagających najwyższej precyzji. Dzięki powiązaniu z WITTMANN GmbH oferujemy kompleksowe dostawy obejmujące: technologie, wtryskarki, automatyzację i urządzenia peryferyjne. Jesteśmy jedyną firmą mogącą zaoferować obsługę w oparciu o zasadę „Wszystko z jednej ręki”. W Polsce WITTMANN BATTENFELD reprezentowany jest od roku 1999 przez BATTENFELD Polska Injection Moulding Technology.

Firma ElBi-Wrocław Sp. z o.o. jest producentem dozowników grawimetrycznych o szerokim spektrum wydajności oraz wyłącznym przedstawicielem na Polskę producentów: KOCH TECHNIK – podajniki, dozowniki, mieszalniki oraz suszarki do tworzyw sztucznych, WANNER TECHNIK – młyny, łamacze oraz linie do regranulacji, HB-THERM – termostaty oraz urządzenia do czyszczenia kanałów chłodzących w formach, systemy VARIO i rozdzielacze, ZEPPELIN – silosy magazynujące i instalacje przesyłowe, MB Conveyors – transportery taśmowe i separatory. Zajmujemy się również projektowaniem i budową instalacji chłodzenia wody w oparciu o urządzenia firmy MTA.

HUZAP Sp. z o.o. ul. Konstytucji 61 41-905 Bytom (Polska) tel. 32 388 03 00 fax 32 282 97 52 www.huzap.pl huzap@huzap.pl

Nasz program dostaw obejmuje: półautomatyczne i całkowicie zautomatyzowane maszyny pakujące oraz kompletne linie konfekcjonujące dla małych i dużych opakowań, nadciśnieniowe i podciśnieniowe systemy transportowe, dozujące i ważące, kompletne surowcownie i mieszalnie wraz z systemami magazynowania surowców i gotowych wyrobów wraz z dedykowanym sterowaniem i automatyką, wizualizacją oraz raportowaniem i bilansowaniem. Dodatkowo dostarczamy również części, urządzenia i podzespoły prawie wszystkich zachodnich producentów dla takich komórek jak biura konstrukcyjne, firmy budowy maszyn, służby utrzymania ruchu i służby techniczne. Oferujemy nie tylko dogodną cenę, ale przede wszystkim służymy fachowym, technicznym doradztwem. Wynika to z faktu, że firma Huzap nie jest uzależnionym przedstawicielem jakiegoś producenta, tylko jego partnerem w niezależnej współpracy.

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

15

t

ElBi-Wrocław Sp. z o.o. ul. Muchoborska 4a 54-424 Wrocław tel. 71 333 00 33 www.elbi.com.pl elbi@elbi.com.pl


Tematnumeru numeru:– produkcja, i serwis wtryskarek temat urządzeniasprzedaż peryferyjne

Specjalizujemy się w produkcji urządzeń stosowanych w przetwórstwie tworzyw sztucznych, wytwórniach pasz, młynach i mieszalniach. Efektem zastosowania tych urządzeń i wykorzystania możliwości ich współpracy ze sterowaniem wspomaganej maszyny lub linii technologicznej jest wyeliminowanie pracy ludzkiej, stabilizacja procesu technologicznego, co w efekcie daje pewność uzyskania produktu końcowego o najwyższych standardach światowych. Realizujemy pełen cykl wytwórczy, zaczynający się od pomysłu, a kończący montażem, uruchomieniem i serwisem urządzeń u klienta. HYDRAPRES-DOZOWNIKI S.C. Dozowniki ślimakowe do granulatów, dozowniki ślimakowe do proszków, dozowniki grawimeul. Pionierów 10 tryczne, ssące urządzenia transportowe, separatory wszystkich metali, pobieracze prób, manipu85-886 Bydgoszcz latory przemysłowe, aplikacje zrobotyzowane. tel. 52 333 19 79 fax 52 522 21 39 biuro@hydrapres-dozowniki.pl

HYDRAPRESS Sp. z o.o. ul. Azalowa 23 86-005 Białe Błota tel. +48 608 079 809 fax 52 349 43 81 office@hydrapress.pl www.hydrapress.pl

Icetech Polska tel. 603 491 998 tel. 76 845 67 21 biuro@icetech.pl

LABOTEK POLSKA ul. Poznańska 1 63-005 Kleszczewo tel. 61 67 08 867 tel. 664 069 609 fax 61 64 17 667 biuro@labotek.pl www.labotek.pl 16

Firma Hydrapress Sp. z o.o. od wielu lat dostarcza sprawdzone rozwiązania w dziedzinie urządzeń peryferyjnych na potrzeby przemysłu przetwórstwa tworzyw sztucznych, chemicznego i spożywczego. Projektuje, produkuje i serwisuje: l ślimakowe dozowniki barwnika (wolumetryczne i grawimetryczne do proszków i granulatów); l ssące urządzenia transportujące materiałów sypkich; l grawimetryczne stacje dozujące (zasilanie linii wytłaczarskich); l plastometry (do oznaczania wskaźników MFR, MVR). W skład dostawy poza urządzeniem wchodzi również doradztwo, spersonalizowany projekt oraz szkolenie załogi. Produkty marki Hydrapress to sprawdzona jakość, przemyślane rozwiązania i polskie pochodzenie.

Czyszczenie laserem Najlepsze i najtrwalsze przemysłowe lasery czyszczące. Jak działa laser czyszczący? Zasada działania urządzeń P-laser polega na użyciu krótkiego impulsu światła lasera jako czynnika pracującego. Kiedy światło wchodzi w kontakt z powierzchnią, warstwą zabrudzenia, znajdujące się pod spodem tlenki absorbujące energię, utleniają lub powodują odpryskiwanie, zabrudzenia nie pozostawiając żadnych zanieczyszczeń. Podłoże (głównie metal) nie absorbuje energii, dlatego też nie zostaje uszkodzone. Zastosowanie: l czyszczenie form do tworzyw sztucznych, gumy etc. l czyszczenie wałków poligraficznych l usuwanie powłok PVD, CVD, DLC l usuwanie korozji l usuwanie tlenków l odtłuszczanie l możliwość wybiórczego usuwania różnego rodzaju warstw.

Labotek Polska jest wyłącznym przedstawicielem na rynku polskim znanego i cenionego za jakość i niezawodność duńskiego producenta urządzeń peryferyjnych – firmy Labotek A/S. Labotek w swojej ofercie posiada między innymi centralne systemy suszenia i transportu, indywidualne podajniki próżniowe oraz suszarki do tworzyw sztucznych. Firma Helios System GmbH jest dostawcą stacji rozładowczych do big-bagów oraz niewielkich suszarek na sprężone powietrze. Reprezentuje również firmę TSM Control Systems, producenta innowacyjnych wielokomponentowych dozowników grawimetrycznych, firmę SISE dostarczającą sterowniki grzanych kanałów, systemy sterowania wtryskiem sekwencyjnym, termostaty wodne i olejowe. Dodatkowo w swojej ofercie posiadamy dozowniki barwnika, transportery taśmowe, młyny stanowiskowe i centralne, separatory i detektory metali oraz mieszadła dynamiczne montowane na końcówce ślimaka w celu poprawy homogenizacji. Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


Temat numeru: produkcja, sprzedaż i serwis wtryskarek temat numeru – urządzenia peryferyjne

Lepolam Wichrowscy Sp.j. ul. Przemysłowa 35 26-052 Nowiny k/Kielc tel. 41 348 03 63 sprzedaz@lepolam.com.pl www.lepolam.pl

Marka Esiva należy do firmy Lepolam, która obecnie jest jednym z największych producentów lamp taxi, a także lamp reklamowych w Polsce. Kiedy w 2012 roku staliśmy się właścicielami termoformierki, uniezależniając się w ten sposób od podwykonawców, od razu zetknęliśmy się z problemem wilgoci w płytach z tworzyw sztucznych. Nie mogąc znaleźć na rynku polskim i zagranicznym odpowiedniego pieca do suszenia płyt, postanowiliśmy zrobić go sami. Droga od pierwowzoru do obecnego naszego systemu suszenia była długa, ale dzięki niej możemy się pochwalić rozwiązaniem, które spełnia wszystkie wymogi dzisiejszego, wymagającego rynku europejskiego. W trakcie kontaktów z naszymi klientami zauważyliśmy deficyt firm produkujących specjalizowane piece do szeroko pojętego procesu przemysłu tworzyw sztucznych takich jak wygrzewanie – laminatów, gum silikonowych, pianek PUR/PIR, które by były dedykowane pod klienta. Dzięki doświadczeniu, które uzyskaliśmy, tworząc nasze suszarnie, pozwoliło nam to również projektować oraz budować piece pod zapotrzebowanie procesów w danej firmie.

VGT Polska Sp. z o.o. ul. Powstańców 66 31-670 Kraków tel. 12 281 34 87 (88) fax 12 281 34 89 www.vgt.com.pl info@vgt.com.pl

VGT Polska zajmuje się sprzedażą, montażem i serwisem urządzeń peryferyjnych dla przemysłu przetwórstwa tworzyw sztucznych. Zapewniamy innowacyjne technologie, oszczędność energii, redukcję braków i odpadów, redukcję zużycia surowców. W naszej ofercie posiadamy urządzenia wiodących producentów z rynku niemieckiego i austriackiego l podajniki pneumatyczne, dozowniki grawimetryczne i wolumetryczne, suszarki molekularne SOMOS® l suszarki RDX na sprężone powietrze l osuszacze strefy wtrysku i rozdmuchu MSP l chillery do optymalizacji rozdmuchu CAC l regulatory gorących kanałów Gammaflux l systemy gorących kanałów Otto Männer l termostaty do form E.Braun l urządzenia Bauer do bezchemicznego uzdatniania wody l systemy termowizyjne Plexpert l chillery do wody procesowej Frigofluid l środki spieniające Plastronfoam l granulaty czyszczące VegaClean.

Wadim Plast Sp. z.o.o ul. Graniczna 10 05-816 Reguły tel. 22 723-38-12 info@wadim.com.pl www.wadim.com.pl

Wadim Plast dostarcza urządzenia peryferyjne japońskiej firmy Matsui. W ofercie znajdują się między innymi urządzenia do suszenia i odwilżania. Suszarki posiadają następujące cechy: l izolowany zbiornik ze stali kwasoodpornej ze specjalnym dyfuzorem stożkowym; l mikroprocesorowy układ sterujący z klawiszami funkcyjnymi i wyświetlaczem; l programator pracy jako standardowe wyposażenie każdej suszarki, pozwalający na automatyczne włączanie i wyłączanie w cyklu dziennym i tygodniowym; l wizualny alarm; l pokrywa na zawiasach, na której można mocować podajniki podciśnieniowe; układ taki pozwala na automatyczne uzupełnianie brakującego tworzywa; l izolowane drzwiczki kontrolne; l niezbędne i zgodne z normą EC urządzenia zabezpieczające.

Firma Eurochiller produkuje wodne i olejowe urządzenia do termostatowania form w 4 typach: Starty, 3Flows, 3Flows-Hiper, ETW-ETO, ROSSOBLU. Zapraszamy do zapoznania się z naszą ofertą na stronie www.wartacz.com.pl.

PHU Wartacz ul. Kościerzyńska 21-23 51-416 Wrocław tel. 71 32 55 065 tel. 71 32 55 066 biuro@wartacz.com.pl Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

■ 17


Tematnumeru numeru:– produkcja, i serwis wtryskarek temat urządzeniasprzedaż peryferyjne

Historia powstania spółek HUZAP Firma HUZAP GmbH została założona w roku 2002 w miejscowości Hennef w zachodnich Niemczech. Lokalizacja została wybrana nieprzypadkowo – miasto Hennef jest tradycyjną siedzibą przedsiębiorstw, zajmujących się produkcją wag przemysłowych.

W

roku 1883 w miejscowości Hennef w zachodnich Niemczech zbudowano pierwszą na świecie legalizowaną automatyczną wagę. Moment ten zapisał się jako przełomowy w historii branży wagowej. Na początku XX wieku mistrz wagowy Peter Steimel założył firmę FIX Steimel, która do roku 1950 zajmowała się produkcją wyłącznie z dziedziny wag, natomiast po 1950 rozszerzyła zakres działalności o peryferia związane z zaopatrywaniem wag w produkty z zautomatyzowanym przejmowaniem gotowego opakowania oraz kompletne instalacje do zasypywania linii mieszalniczych z zastosowaniem wag recepturowych. Firma FIX Steimel zamknęła swe podwoje w roku 2002, ze względu na niedopasowanie struktur wewnętrznych do szybko postępującego procesu globalizacji i przenikania gospodarek o zasięgu ogólnoświatowym. Jednak zapotrzebowanie na podobne produkty notowało stały wzrost, dlatego też byli pracownicy firmy FIX Steimel, specjaliści z wieloletnim doświadczeniem w dziedzinie wag, postanowili otworzyć firmę o podobnym profilu działalności i przejęli do swojego programu paletę produktów firmy FIX. Nowe przedsiębiorstwo otrzymało nazwę HUZAP i zostało umiejscowione w Hennef, w celu podtrzymania tradycji. Aby przystosować firmę do zmian na światowych rynkach i stać się oferentem konkurencyjnym na arenie międzynarodowej, właściciele podjęli decyzję o przeniesieniu działalności produkcyjnej na teren Polski. W Bytomiu otworzono filię córkę z halą produkcyjną. Tym samym w nadreńskim Hennef znajdują się działy planowania i sprzedaży, podczas gdy przygotowanie produkcji oraz sama produkcja umiejscowio-

Martin Schkrobol - prezes spółki HUZAP

Siedziba firmy HUZAP GmbH w Hennef 18

ZAKRES DZIAŁALNOŚCI SPÓŁKI HUZAP GMBH Firma HUZAP GmbH specjalizuje się w dostawach do klientów z branży przede wszystkim tworzyw sztucznych, chemicznej, gumowej, budowlanej, a także tych, produkujących żywność. Główny zakres dostaw firmy HUZAP GmbH obejmuje: l instalacje mieszalnicze; l instalacje z zakresu techniki ważenia i pakowania. W obszarze instalacji mieszalniczych, firma HUZAP dostarcza nowe kompletne linie mieszalnicze bądź zajmuje się konserwacją, modernizacjami, przebudową oraz rozbudowami istniejących już urządzeń – w zależności od potrzeb klienta. Charakterystyczne w działalności spółki jest to, że mimo ogromu dostarczonych urządzeń, nie istnieją dwie takie same linie, Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

t

na jest w górnośląskim Bytomiu. Podział ten zapewnia, z jednej strony, wysoki stopień elastyczności względem realizowania różnorodnych wymagań klienta, z drugiej strony gwarantuje atrakcyjny poziom cenowy z zachowaniem wysokiej jakości produktu.


Temat numeru: produkcja, sprzedaż i serwis wtryskarek temat numeru – urządzenia peryferyjne

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

19


Tematnumeru numeru:– produkcja, i serwis wtryskarek temat urządzeniasprzedaż peryferyjne

Przykład instalacji do przetwórstwa PCW, dostarczonej przez HUZAP GmbH

Waga surowców płynnych

Odważanie surowców

gdyż każda opracowana zostaje pod specyficzne wymagania zamawiającego. W skład instalacji mieszalniczych, dostarczanych przez HUZAP wchodzi: 1. Magazynowanie głównych surowców, jak np. proszek PCW, w silosach i zbiornikach z pneumatycznym transportem. 2. Magazynowanie, dozowanie i odważanie dodatków, jak np. plastyfikatory, za pomocą systemów wagowych z dozowaniem o wysokiej dokładności. Dla surowców łatwopalnych dostarczane są rozwiązania w wykonaniu przeciwwybuchowym w obszarze strefy 21/22. 3. Odważanie surowców głównych następuje po ówczesnym pobraniu za pomocą wagi podciśnieniowej lub ciśnieniowej składników, pobranych z silosów lub zbiorników dziennych. Składniki są zasypywane do mieszalnika. 4. W celu magazynowania i odważania surowców płynnych dostarczane są cysterny, zbiorniki magazynowe i wagi z podgrzewaniem lub bez podgrzewania. 5. Transport i magazynowanie gotowych mieszanek za pomocą urządzeń dla transportu pneumatycznego, silosów magazyno20

wych z homogenizacją lub bez oraz stacją napełniania worków big bag lub kontenerów. 6. Zaopatrywanie wytłaczarek przy użyciu urządzeń dla transportu pneumatycznego z przesiewaczami, urządzeń samozasysających oraz dozowników ślimakowych. Wszystkie elementy instalacji są sterowane elektroprocesorowo, posiadają program zarządzania recepturami, który na polecenie automatycznie produkuje mieszanki. W sterowaniu jest przewidziane bilansowanie surowców z automatyczną pamięcią w bazie danych SQL. NASZE SYSTEMY DZIAŁAJĄ NIEZAWODNIE LATAMI Korzystanie z automatycznego systemu magazynowania i transportu umożliwia naszej firmie zdalną obsługę serwisową, nadzór nad procesem technologicznym z każdego miejsca na ziemi mającego dostęp do Internetu, a klientom zapewnia komfort koncentrowania się na pozostałych celach biznesowych. Jak podkreśla zarząd Grupy Huzap: – Z 30-letnim doświadczeniem w transporcie i magazynowaniu granulatów i substancji sypkich, jesteśmy w stanie podjąć się każdego zadania.

HUZAP GmbH Marie Curie Str. 1 53773 HENNEF tel. +49 (0) 2242 96999 0 fax +49 (0) 2242 96999 29 www.huzap.com huzap@huzap.com

HUZAP Sp. z o.o. ul. Konstytucji 61 41-905 Bytom (Polska) tel. +48 32 388 03 00 fax +48 32 282 97 52 www.huzap.pl huzap@huzap.pl

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


ARTYKUŁ

S P O N S O R O WA N Y

Temat numeru: produkcja, sprzedaż i serwis wtryskarek temat numeru – urządzenia peryferyjne

Rok 2018 dla Grupy WITTMANN Grupa Wittmann konsekwentnie rozwija swą gamę urządzeń peryferyjnych, wprowadzając do oferty nowe konstrukcje i rozwijając wcześniejsze modele. Rok 2018 nie był żadnym specjalnym wyjątkiem w tym zakresie. Praktycznie w każdej grupie asortymentowej przygotowaliśmy dla naszych klientów nowe rozwiązania.

C

echą wspólną wszystkich zmian jest zwiększenie możliwości komunikacyjnych platformy WITTMANN 4.0. Platforma pozwala na tworzenie komórek produkcyjnych budowanych w oparciu o wtryskarkę i zintegrowane z nią urządzenia peryferyjne. Cechą szczególną rozwiązania jest fakt, iż wszystkie urządzenia peryferyjne wykorzystują jeden standard połączenia, a na ekranie układu sterowania wtryskarki dostępne są układy sterowania urządzeń peryferyjnych w takiej samej wizualizacji jak na samych urządzeniach. ROBOTY Podczas targów FAKUMA 2018 zaprezentowaliśmy nowe modele robotów serii PRIMUS 10 i PRIMUS 26. Model PRIMUS 10 jest przedłużeniem serii w kierunku małych wtryskarek. Robot został specjalnie zaprojektowany do usuwania wlewków i jest standardowo wyposażony w szczypce do chwytania. Kompaktowe wymiary PRIMUS 10 predysponują go do pracy wewnątrz obszaru drzwi ochronnych wtryskarki. Oznacza to niższe koszty zabudowy przy spełnieniu wymagań CE. Robot wyposażony jest także w zawór próżni, więc w każdej chwili może być przezbrojony i wykorzystany do odbierania wyprasek. WITTMANN PRIMUS 26 przeznaczony jest natomiast do większych maszyn. Jest to pierwszy model z serii PRIMUS, który może pracować na wtryskarkach o sile zamykania do 400 t.

Dzięki swojej nośności 10 kg, PRIMUS 26 oferuje możliwość manipulowania jeszcze bardziej złożonymi chwytakami. Oprócz największej nośności z wszystkich modeli PRIMUS, ma on również największą różnorodność wykonania osi. Oś pozioma Z jest dostępna z maksymalną długością skoku wynoszącą 6000 mm. Zatem możliwe są zastosowania z odkładaniem wyprasek poza obszarem maszyny. Skok w osi X wynosi do 800 mm. Zaś oś pionowa może być wykonana do 1400 mm. Oprócz modelu PRIMUS 26 dostępny jest również model PRIMUS 26T z osią teleskopową Y. Wprowadzone do oferty w 2013 r. roboty serii pro stały się podstawą opracowania nowej konstrukcji robotów WX. Nowa

Napęd serwoelektryczny WITTMANN osi A-C w wykonaniu standard (po lewej), nowy serwoelektryczny napęd osi A-C-Slim (po prawej stronie)

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

t

WITTMANN PRIMUS 10 (po lewej stronie), PRIMUS 26 (w środku) orax WITTMAN WX143 (po prawej) 21


Tematnumeru numeru:– produkcja, i serwis wtryskarek temat urządzeniasprzedaż peryferyjne

ARTYKUŁ

S P O N S O R O WA N Y

seria charakteryzuje się konsekwentnym stosowaniem lekkiej technologii konstrukcji osi połączonej z koncepcją napędu rozproszonego, opracowaną przez WITTMANN specjalnie dla robotów liniowych. Takie połączenie daje modelom serii WX najwyższą dynamikę połączoną z najniższym zużyciem energii. Nowa konstrukcja została opracowana pod kątem wydłużenia żywotności urządzenia i obniżenia kosztów eksploatacji. W robotach WX wykorzystano specjalną konstrukcję zaworów próżniowych, w której dzięki zminimalizowaniu czasu pracy generatora podciśnienia uzyskano znaczące zmniejszenie zużycia powietrza. Równolegle z wprowadzeniem do oferty nowych robotów WITTMANN WX zaproponowaliśmy nową koncepcję budowy napędów serwoelektrycznych osi A-B-C. Cechą szczególną nowej konstrukcji jest kompaktowa budowa pozwalająca na stosowanie mniejszej drogi otwarcia formy, potrzebnej dla odebrania detalu z formy. Nowy napęd jest o ok 25% krótszy i pozwala na redukcję drogi otwarcia formy o ca 20%. Główny obszar zastosowań dla nowego rodzaju napędów to roboty przeznaczone dla wtryskarek o siłach zamykania 150–500 t. WITTMANN TEMPRO plus D300

DOZOWNIKI Rozwijane od lat konstrukcje urządzeń dozujących WITTMANN GRAVIMAX mają wiele funkcji łączących najwyższą powtarzalność dozowania z łatwą i prostą obsługą. Urządzenia dozujące GRAVIMAX oferowane są dla szerokiego przedziału wydajności. Wykorzystanie w urządzeniach GRAVIMAX funkcji RTLS (Real Time Live Scale) umożliwia uzyskanie najwyższej powtarzalności dozowania. Funkcja ta pozwala na podział dozowania na dwa etapy. W pierwszym następuje szybkie zadozowanie ilości zbliżonej do dawki docelowej. W drugim etapie w wyniku krótkich impulsów dozowania następuje bardzo dokładne uzupełnienie do zadanej dawki. Funkcja RTLS zapobiega przedawkowaniu składników. Każde urządzenie dozujące GRAVIMAX wyposażone jest w przyłącze Ethernet umożliwiające łatwe połączenie z komputerem centralnym, laptopem lub PDA. W ten sposób możliwa jest wymiana danych. Możliwym jest także rejestracja danych poprzez aplikację GraviLog. Ten pakiet oprogramowania umożliwia pozyskanie wszystkich danych i zarządzanie recepturami, zużyciem materiału, kontrolą dokładności dozowania etc.

Dozowniki o wydajności 60–200 kg/h: WITTMANN GRAVIMAX G14 i GRAVIMAX G34 22

Zbiorniki na dozowane komponenty w urządzeniu GRAVIMAX zostały zaprojektowane w taki sposób, aby bez przeszkód materiał dozowany mógł być przemieszczany. Zbiorniki można wyposażyć w pokrywy na zawiasach. Pozwalają one na łatwe czyszczenie zbiorników po odchyleniu klapy, bez potrzeby demontażu podajnika granulatu. Dozowniki o takim wyposażeniu oznaczane są symbolem SL „Stationary Lid“. TERMOSTATY Po udanym wprowadzeniu do oferty termostatu olejowego Tempro plus D250 firma WITTMANN przygotowała nowy termostat Tempro plus D300 o temperaturze pracy podniesionej do 300oC. Termostat olejowy TEMPRO plus D300 oferuje w wykonaniu standardowym moc grzania 16kW, przy ciśnieniu

TEMPRO plus D120/1-L. Przeznaczony do pracy z dużymi formami Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


ARTYKUŁ

S P O N S O R O WA N Y

w obiegu termostatowania 6 bar i natężeniu przepływu 55 l/min. Na targach FAKUMA zaprezentowaliśmy urządzenia D250 i D300 wyposażone w nową metodę pomiaru przepływu. Prezentowane termostaty wyposażone były w napęd SpeedDrive. Napęd SpeedDrive poza zmniejszeniem zużycia energii umożliwia określenie dodatkowego parametru regulacji dla procesu termostatowania. Użytkownicy termostatów WITTMANN SpeedDrive mają do dyspozycji możliwość regulacji procesu w oparciu o pomiar prędkości obrotowej pompy, ciśnienia w układzie, różnicy temperatur lub pomiaru przepływu. Najnowszą konstrukcją w zakresie termostatowania wodą będzie nasz termostat TEMPRO plus D120/1-L. Termostat ten pracuje z wodą o temperaturze do 120oC. Specjalna konstrukcja predysponuje to urządzenie do pracy z dużymi forami wtryskowymi. Oznaczenie „L” w nazwie produktu oznacza „duży”. Pompa napędowa o mocy 4kW przy ciśnieniu roboczym 5,9 bar zapewnia wydajność przepływu 280 l/min. Moc grzewcza termostatu może być opcjonalnie zwiększona do 36 kW. Termostat TEMPRO plus D120/1-L. zapewnia odpowiednio dużą moc grzania, potrzebną dla szybkiego uruchomienia produkcji i bardzo wysoką moc chłodzenia wymaganą dla jej prowadzenia. Opcje wyposażenia dodatkowego oferowanego dla TEMPRO plus D120 są bardzo podobne do wyposażenia oferowanego dla pozostałych urządzeń termostatujących serii D. Także dla tego termostatu oferujemy funkcję SpeedDrive. Nowe urządzenie wyposażone jest, tak jak inne termostaty serii D, w ekran dotykowy o wielkości 5,7” umożliwiający odczyt i sterowanie pracą urządzenia. W zależności od potrzeby urządzenie może być wyposażone w różne interfejsy komunikacyjne, w tym także w Wittmann 4.0. PRZEPŁYWOMIERZE FLOWCON plus to zaawansowany regulator przepływu, który automatycznie dostosowuje się do zadanych wartości procesu termostatowania. Przepływomierze automatyczne FLOWCON plus oferują teraz kilka nowych opcji, które zostały zrealizowane przez WITTMANN w odpowiedzi na oczekiwania użytkowników. Oprócz szerokiego standardowego wyposażenia dostępne są teraz dodatkowo: l pneumatyczne zawory odcinające zabudowane w obiegu zasilania lub powrotu wody; l funkcja „blow-off” pozwalająca na opróżnienie urządzenia i obiegów formy z pomocą sprężonego powietrza; l funkcja rozgrzewania do temperatury pracy; l zawory odcinające umieszczane na pojedynczych obiegach przepływu. Od roku 2018 oferujemy przepływomierze FLOWCON plus z własnym układem sterowania. Pozwala to na zastosowanie urządzeń na wszystkich typach wtryskarek, nie ograniczając tylko do maszyn Wittmann Battenfeld. Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

Temat numeru: produkcja, sprzedaż i serwis wtryskarek temat numeru – urządzenia peryferyjne MŁYNY Od młynów wymaga się uzyskania bezpyłowego granulatu o stałej wielkości ziaren. Oczywiście przy doborze właściwego młyna należy także uwzględnić takie czynniki jak: zakładana wydajność mielenia, wielkość mielonych detali i rodzaje przerabianych tworzyw. Niemniej od tych aspektów ważne są także gabaryty młyna, poziom hałasu podczas pracy, łatwość czyszczenia i bezpieczeństwo obsługującego. Wszystkie te wymagania stanowią ciągłe wyzwanie dla konstruktorów WITTMANN dla opracowywania nowych doskonalszych konstrukcji. Kierując się tymi wymaganiami, wprowadziliśmy do oferty firmy nowe młyny wolnoobrotowe WITTMANN: S-Max 2, S-Max 2 Plus i S-Max 3. Młyny przystanowiskowe S-Max przeznaczone są dla wtryskarek o siłach zamykania do ca 300 t. Młyny są oferowane w wykonaniu mobilnym, co pozwala na ich łatwe przemieszczanie między maszynami. W zależności od potrzeb mogą być wyposażone w interfejs dla komunikacji z wtryskarką. Opcjonalnie młyny mogą posiadać funkcję wyłączenia w momencie zatrzymania pracy wtryskarki. Funkcja ta pozwala na ograniczenie zużycia energii.

Wolnoobrotowy młyn S-Max 2, jeden z trzech nowych modeli serii S-Max (po lewej), widok komory mielącej młyna S-Max 2 (po prawej)

Dla młynów S-Max oferujemy czujnik kontrolujący poziom napełnienia zbiornika z przemiałem. Czujnik ten został zabudowany w ten sposób, by być niewrażliwym na „oblepianie” materiałem i by zapewnić pełne wykorzystanie pojemności zbiornika. Czujnik powoduje alarm akustyczny w momencie zapełnienia zbiornika. W młynach S-Max zapewniono także wygodny dostęp do komory mielenia, dzięki zastosowaniu mechanizmu obrotu gardzieli wlotowej 90o.

WITTMANN BATTENFELD Polska Sp. z o.o. Adamowizna ul. Radziejowicka 108 05-825 Grodzisk Mazowiecki tel. 22 7243 807 fax 22 7243 799 info@wittmann-group.pl www.wittmann-group.pl 23


Tematnumeru numeru:– produkcja, i serwis wtryskarek temat urządzeniasprzedaż peryferyjne

Urządzenia peryferyjne – innowacje w przetwórstwie tworzyw VGT Polska jest kompleksowym dostawcą innowacyjnych urządzeń peryferyjnych, systemów optymalizacji w przetwórstwie tworzyw sztucznych i dodatków procesowych. Oferujemy zarówno kompletne rozwiązania w zakresie centralnych systemów suszenia tworzyw, centralnych systemów podawania surowca w wersji standardowej podciśnieniowej, jak i najnowszego energooszczędnego rozwiązania „próżniowego”. Oferujemy również jednostkowe urządzenia wyróżniające się na rynku najnowocześniejszymi, innowacyjnymi technologiami zapewniającymi naszym klientom redukcję kosztów produkcji, stabilną, bezawaryjną produkcję i szybki zwrot inwestycji.

Podajniki pneumatyczne do tworzyw SOMOS 24

– Suszarki RDS. Jedyny na rynku produkt z opatentowanym systemem karuzelowych sit molekularnych. Zagwarantowany stały punkt rosy. Siedmiokrotnie mniej środka osuszającego niż w konkurencyjnych suszarkach. Oszczędność energii do 60% w porównaniu do urządzeń konkurencji. Podajniki pneumatyczne SOMOS do granulatów, przemiałów tworzyw i materiałów w postaci proszku, do załadunku zasobników wag, mieszalników, suszarek, dozowników oraz bezpośrednio do maszyn. Dozowniki grawimetryczne i wolumetryczne SOMOS Produkty do precyzyjnego dozowania i mieszania: MiniMix MM, GRAMIX E, GRAMIX S9, Batch Mix. 2. Regulatory gorących kanałów GAMMAFLUX® – Gammaflux LEC – regulacja 2-48 stref, z funkcją diagnostyczną Mold Doctor®.

Regulatory gorących kanałów Gammaflux G24, LEC

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

t

W naszej ofercie znajdziecie Państwo: 1. Urządzenia peryferyjne SOMOS® firmy ProTec Polymer Processing Energooszczędne suszarki molekularne SOMOS posiadające unikalny, opatentowany energooszczędny system regeneracji sit molekularnych „Super SOMOS®”, energooszczędne pompy o zmiennej wydajności powietrza dopasowujące ilość powietrza do potrzeb, wyjątkowo skuteczny 100% adsorber i specjalną konstrukcję sit molekularnych. – Suszarki mobilne RDM. Najoszczędniejsze na rynku suszarki mobilne z pojedynczym sitem molekularnym z opcją podawania wysuszonego tworzywa suchym powietrzem w celu zapobieżenia wtórnemu zawilgoceniu. – Suszarki stacjonarne RDT. 3 sita molekularne pracujące ze stałym punktem rosy, gwarantujące stabilne parametry suszenia bez przełączania sit. Możliwość pracy z 6 zbiornikami od 50 l do 300 l.


Temat numeru: produkcja, sprzedaż i serwis wtryskarek temat numeru – urządzenia peryferyjne

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

25


Tematnumeru numeru:– produkcja, i serwis wtryskarek temat urządzeniasprzedaż peryferyjne – Gammaflux G24 – regulacja do 480 stref, z funkcją diagnostyczną Mold Doctor®. 3. Suszarki i krystalizatory na podczerwień KREYENBORG Urządzenia do suszenia i krystalizacji granulatów i przemiałów z wykorzystaniem promieniowania podczerwieni. Urządzenia gwarantujące krótki czas suszenia i minimalne zużycie energii. 4. Urządzenia AIRTECT do zabezpieczania form przed zalaniem tworzywem Urządzenie Airtect zaalarmuje już w fazie początkowej rozszczelnienia układu i zatrzyma proces zanim nastąpią szkody. Airtect ma strukturę modułową i możemy dowolnie konfigurować układ w zależności od ilości chronionych punktów. 5. Chłodnie i chillery do systemów wody chłodzącej Frigofluid jest producentem najnowocześniejszych urządzeń do chłodzenia wody przemysłowej. Chillery firmy Frigofluid wykorzystują technologie i rozwiązania pozwalające na redukcję zużycia energii, wydłużenie żywotności urządzeń, zmniejszenie gabarytów, ochronę środowiska. 6. Suszarki na sprężone powietrze RDX Dla niewielkich wydajności (do 60 kg/h) można stosować bezpośrednio na zasypie urządzenia przetwórczego. Energooszczędne urządzenia do suszenia nawet najbardziej wymagających tworzyw. 7. Osuszacze strefy wtrysku i rozdmuchu MSP Pozwalają na maksymalną wydajność urządzenia przetwórczego bez efektu roszenia formy. Generują powietrze z obniżonym punktem rosy (do 4oC). 8. Chillery do optymalizacji procesu rozdmuchu CAC Przyspieszają proces produkcyjny opakowań metodą rozdmuchu nawet do 50%, wykorzystując sprężone, suche powietrze o bardzo niskiej temperaturze (do -35oC). 9. Urządzenia do bezchemicznego uzdatniania wody procesowej BAUER Watertechnology Systemy uzdatniania wody, dzięki zastosowaniu urządzenia firmy Bauer Watertechnology, funkcjonują całkowicie bez stosowania środków chemicznych. Mają szerokie zastosowanie, głównie

Dozowniki do tworzyw SOMOS 26

Suszarka na sprężone powietrze RDX - Blue Air Systems

w przemyśle, w technice grzewczej i chłodniczej, gdzie służą do zapobiegania powstawaniu korozji, osadów i szlamów. System uzdatniania wody Bauer Watertechnology zbudowany jest z mikroprocesorowo sterowanej elektroniki i elektromagnetycznego generatora impulsów oraz z jednostki przepływu, która jest zainstalowana w systemie rur. 10. Środki spieniające firmy Plastron Plastronfoam to obecnie jedne z najlepszych poroforów na rynku gwarantujące drobnokomórkowe spienianie oraz brak srebrzenia na powierzchni wyrobu. 11.Granulaty czyszczące VegaClean Do szybkiej zmiany surowca, koloru, czyszczenia osadów i nagarów oferujemy granulaty czyszczące VegaClean. Nie zawiera on składników ściernych, może być tłoczony aż do narzędzia lub poprzez narzędzie. VegaClean to szybkie działanie czyszczące, małe zużycie, nadaje się do form z gorącymi kanałami. Zapraszamy klientów do współpracy. Zapewniamy indywidualne podejście do każdego tematu. Klient i jego zadowolenie ze współpracy z nami są dla nas najważniejsze.

VGT Polska Sp. z o.o. ul. Powstańców 66, 31-670 Kraków tel. 12 281 34 87, 12 281 34 88 fax 12 281 34 89 info@vgt.com.pl, www.vgt.com.pl Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


Temat numeru: produkcja, sprzedaż i serwis wtryskarek temat numeru – urządzenia peryferyjne

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

27


Tematnumeru numeru:– produkcja, i serwis wtryskarek temat urządzeniasprzedaż peryferyjne

Magazynowanie i transport pneumatyczny granulatów tworzyw sztucznych ELBi Wrocław od kilkunastu lat projektuje i wykonuje dla Państwa kompletne instalacje z wykorzystaniem zaawansowanych urządzeń i rozwiązań firm ZEPPELIN i KOCH TECHNIK.

MAGAZYNOWANIE TWORZYWA

Zależnie od profilu produkcji i przestrzeni, jaką dysponuje dany zakład, proponujemy zastosowanie aluminiowych silosów zewnętrznych (jedno- lub wielokomorowych o pojemnościach od 26 m3 do 310 m3) lub elastycznych silosów do montażu wewnątrz hali (zakres pojemności od 3 m3 do 75 m3). Dla tworzyw przetwarzanych w mniejszych ilościach sugerujemy stosowanie stacjonarnych lub mobilnych zbiorników dziennych (zakres pojemności od 60 litrów do 4800 litrów). Pełną kontrolę ilości tworzywa zapewniają objętościowe oraz wagowe systemy pomiarowe, które pozwalają precyzyjnie określić aktualną ilość magazynowanego surowca. Uzupełnieniem systemu pomiarowego są dodatkowe obrotowe czujniki alarmujące o maksymalnym oraz minimalnym poziomie napełnienia. Odczyt stanu możliwy jest bezpośrednio na sterownikach lub w przeglądarce przez udostępniony adres sieciowy. W przypadku magazynowania tworzyw higroskopijnych stosowany jest nadmuch suchego powietrza z osuszaczy do górnej 28

części silosów. To rozwiązanie skutecznie izoluje granulat od zawilgoconego powietrza atmosferycznego. Przetwarzanie surowca dostarczanego w autocysternie z przeładunkiem do silosów zapewnia oszczędność czasu oraz redukuje koszty logistyki wewnątrz zakładu.

Uzupełnienie instalacji o stacje przeładunkowe daje pełną elastyczność, jeśli tworzywo dostarczane jest w big-bagach, octabinach lub workach. TRANSPORT PNEUMATYCZNY GRANULATU

Systemy transportu nadciśnieniowego stosowane są głównie przy transporcie o wysokiej wydajności (powyżej 2–3 ton/h), najczęściej do załadunku silosów lub zbiorników. Natomiast centralne systemy transportu podciśnieniowego wykorzystywane są przeważnie do zasypu maszyn przetwórczych, tj. wtryskarek i wytłaczarek. Gwarantują automatyczną pracę, oszczędność miejsca i zmniejszenie udziału pracy w procesie dystrybucji surowca. Łatwiej również utrzymać czystość i porządek na hali produkcyjnej. Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

t

O

becnie optymalizacja odgrywa kluczową rolę w funkcjonowaniu nowoczesnych i konkurencyjnych przedsiębiorstw. Budowa zautomatyzowanych instalacji magazynowo-transportowych pozwala na podnoszenie efektywności przy jednoczesnej redukcji kosztów.


Temat numeru: produkcja, sprzedaż i serwis wtryskarek temat numeru – urządzenia peryferyjne

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

29


Tematnumeru numeru:– produkcja, i serwis wtryskarek temat urządzeniasprzedaż peryferyjne

Maleje ilość rozsypanego surowca, liczba wadliwych detali i przestojów spowodowanych brakiem tworzywa, ponieważ instalacja zgłasza alarm braku surowca jeszcze zanim zabraknie go na wtryskarce lub wytłaczarce. Tworzywa miękkie można przesyłać na znaczne odległości w rurociągach aluminiowych z kolanami ze stali nierdzewnej. W przypadku tworzyw zbrojonych włóknem szklanym stosuje się rurociągi ze stali nierdzewnej oraz kolana wykonane z hartowanego szkła, które zabezpieczają instalację przed przecieraniem. Zależnie od oczekiwanej wydajności układu rurociągi muszą mieć odpowiednią średnicę, a pompy lub wentylatory zapewniać właściwy przepływ powietrza przy zakładanym podciśnieniu roboczym. W przypadku krótkich odcinków transportowych (do 100 m) oraz małej wysokości podnoszenia optymalne będzie stosowanie wentylatorów z uwagi na niski koszt zakupu oraz eksploatacji. Dla fabryk, w których odległości transportowe przekraczają 100 m sugerujemy stosowanie pomp kłowych, które zapewniają dużą wydajność oraz wysokie podciśnienie. Dodatkowym usprawnieniem może być układ sterujący wydajnością pomp poprzez falownik. Płynna regulacja obrotów pozwala na łagodny rozruch, ogranicza zużycie energii dzięki redukcji obrotów podczas nadbiegów, a także pozwala na dopasowanie prędkości przesyłowej zależnie od rodzaju granulatu. Gwarancję nieprzerwanej pracy układów zapewnia montowanie pomp rezerwowych przełączanych automatycznie w przypadku awarii lub przeglądu serwisowego pomp głównych. W standardo-

wym trybie pracy pompy rezerwowe rotują z pompami głównymi, dzięki czemu zapewniamy ich równomierne zużycie. Przybliżone wydajności systemów obrazuje rysunek 1. Dla niezakłóconej i stabilnej pracy układów transportu podciśnieniowego istotne jest zachowanie pełnej drożności filtrów separujących mieszankę powietrza i tworzywa w podajnikach oraz filtrach centralnych montowanych dla zabezpieczenia wentylatorów i pomp. KOCH TECHNIK stosuje sprawdzone rozwiązanie, w którym filtry poliestrowe czyszczone są automatycznie sprężonym powietrzem w każdym cyklu podawania. W zależności od rodzaju podajnika powierzchnia filtrów wynosi od 0,33 m2 do 2,5 m2. Zasadę działania obrazuje rysunek 2.

Rys. 2. Zasady działania filtrów

Reasumując, należy stwierdzić, iż systemy centralne są wydajnym narzędziem w zakresie logistyki wewnętrznej surowca w zakładach przetwórstwa tworzyw sztucznych, który podnosi wydajność pracy przy jednoczesnym ograniczeniu kosztów.

Założenia: – granulat 3–5 mm – ciężar nasypowy 0,65 T/m3 – wysokość podnoszenia 6 m – odległość (należy odczytać z wykresu)

Rys. 1. Przybliżone wydajności systemów 30

ELBI-Wrocław Sp. z o.o. ul. Muchoborska 4a 54-424 Wrocław tel.: +48 71 333 00 33 e-mail: elbi@elbi.com.pl www.elbi.com.pl Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


Temat numeru: produkcja, sprzedaż i serwis wtryskarek temat numeru – urządzenia peryferyjne

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

31


Tematnumeru numeru:– produkcja, i serwis wtryskarek temat urządzeniasprzedaż peryferyjne

Nieinwazyjne metody kontrolno-pomiarowe w zastosowaniach przemysłowych Grzegorz Rybak, Zbigniew Chaniecki, Krzysztof Grudzień, Andrzej Romanowski, Dominik Sankowski

Systemy kontrolno-pomiarowe stanowią istotną grupę narzędzi diagnostycznych wykorzystywanych w przemyśle. Prawidłowo dobrane do charakteru procesu pozwalają na wczesne wykrywanie niepożądanych stanów procesu, dzięki czemu możliwe jest np. zapobieganie katastrofom przemysłowym. Nieustanny rozwój tych systemów powoduje, że są one coraz bardziej precyzyjne i efektywne, jednak od dokładności urządzeń często ważniejsze jest zgłębianie stanu wiedzy na temat natury badanych procesów. Na podstawie procesu grawitacyjnego przepływu substancji sypkich opisany został system pomiarowo-kontrolny, w skład którego wchodzą takie narzędzia jak: tensometry, akcelerometry oraz tomograficzne czujniki pojemnościowe. Wstępne wyniki przeprowadzonych eksperymentów potwierdzają skuteczność proponowanego systemu w odniesieniu do monitorowania przemysłowej instalacji przechowywania i rozładowywania materiałów sypkich, znajdującej się w Laboratorium Tomografii Procesowej im. T. Dyakowskiego Instytutu Informatyki Stosowanej.

S

ystem sterowania, którego działanie opiera się na danych pomiarowych wielkości fizykochemicznych zjawisk towarzyszących kontrolowanemu procesowi, wymaga zastosowania odpowiedniego zestawu różnego rodzaju czujników. Zaś złożone algorytmy umożliwiają analizę stanu procesu. Czujnikami mierzone są np. wartości drgań i naprężeń konstrukcji, rozkładu materiału w zbiorniku czy rurociągu. Dzięki temu, możliwe jest wyznaczenie między innymi trajektorii ruchów ramienia robota, zmian ilości podawanego materiału w procesach przemysłowych czy chociażby wykrywaniu nieprawidłowości podczas badania diagnostycznego. Sensory pozwalają rejestrować niewyczuwalne przez człowieka zjawiska. W trakcie trwania każdego procesu, niezbędna jest kontrola wszystkich znaczących parametrów, dlatego niezwykle ważnym jest dobór odpowiednich narzędzi pomiarowych, zarówno inwazyjnych, jak i nieinwazyjnych. Poniżej opisany został system pomiarowo-kontrolny, wspierający proces transportu materiałów sypkich. To, co odróżnia go od innych rozwiązań, to właśnie nieinwazyjność. TRANSPORT SUBSTANCJI SYPKICH Proces transportu substancji sypkich można dzielić według różnych kryteriów. Zgodnie z podziałem na sposób, w jakim jest transportowany materiał można wydzielić dwa zasadnicze typy. Pierwszy to proces transportu pneumatycznego, który polega na przemieszczaniu porcji materiału, granulatu, pod wpływem ruchu czynnika transportowego, najczęściej powietrza sprężanego w instalacji rurociągowej. Kolejnym jest przemieszczanie substancji pod wpływem siły grawitacji. Najczęściej jest to opróżnianie zbiornika przechowującego materiał sypki. Często w zastosowaniach przemysłowych oba wymienione procesy występują w jednym systemie transportu materiałów sypkich, co schematycznie zobrazowano na rys. 1. W przypadku przepływu pneumatycznego, diagnostyka i monitorowanie systemu ma za zadanie m.in. zapobieganie blokowaniu rurociągu czy niszczeniu materiału, na skutek źle dobranych parametrów procesu. Natomiast w procesie przepływu grawitacyjnego, dotyczy analizy efektów dynamicznych, powstających w silosach w wyniku rezonansu między częstotliwościami samo32

wzbudnych drgań przepływającego materiału sypkiego, a częstotliwościami drgań własnych konstrukcji silosowej. Innymi niepożądanymi zjawiskami są np.: tworzące się łuki materiału nad otworem wylotowym blokującym wypływ materiału czy zjawisko powstawania dziury materiału (rathole) w obszarze przepływu. Brak kontroli przepływu może powodować straty finansowe, związane z koniecznością przerwania produkcji, a w sytuacjach skrajnych nawet katastrofy przemysłowe, gdzie zniszczeniu ulegają całe instalacje i infrastruktura konstrukcyjna, co może mieć również wpływ również na naturalne środowisko. Wszelkie wspomniane zjawiska, występujące w procesach transportu materiałów sypkich, związane są ze zmianami koncentracji materiałów sypkich. Analiza rozkładu materiału w badanym obiekcie dostarcza wiedzy na temat stanu procesu, co pozwala na poprawną diagnostykę procesu przepływu [2–6, 10, 11]. NIEINWAZYJNE METODY POMIAROWE W przemyśle istnieje wiele implementacji systemów zarówno pomiarowych, jak i kontrolnych. Jednak przeważnie systemy te w znaczący sposób ingerują w badany proces, tym samym po-

Rys. 1. Schemat przykładowej instalacji systemu transportowego materiałów sypkich Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


Temat numeru: produkcja, sprzedaż i serwis wtryskarek temat numeru – urządzenia peryferyjne pomiarów, C=[C1-2, C1-3,..., C1-8, C2-3, C7-8]. W tym przypadku pojemność jest określana jak we wzorze 1.

(1)

gdzie: P – pole powierzchni okładek; d – odległość między nimi. Napięcie U doprowadzone do okładek kondensatora powoduje zgromadzenie na jednej z nich ładunku +Q, na drugiej –Q. Pojemność kondensatora C jest to stosunek zgromadzonego ładunku Q do różnicy potencjałów między okładkami kondensatora. Wzór opisuje zależność pojemności od fizycznych parametrów kondensatora. Pojemność elektryczna zależna jest od wartości przenikalności elektrycznej materiału, znajdującego sie między elektrodami. Natomiast zmiany koncentracji materiału w obszarze czujnika wpływają bezpośrednio na zmiany wartości przenikalności dielek-

Rys. 2. Schemat jednopłaszczyznowego czujnika ECT

t

wodując niepożądane skutki uboczne, w postaci zniszczenia materiału czy obciążenia eksploatacyjnego urządzeń danego procesu. Naprzeciw potrzebom przemysłu stają metody nieinwazyjne. Charakteryzują się brakiem jakiejkolwiek ingerencji w badany proces. Dzięki ich zastosowaniu nie jest konieczne, na przykład, dodawanie znaczników do materiałów transportowanych, montowanie czujników wewnątrz rur przesyłowych czy podobnych zabiegów umożliwiających prawidłową kontrolę procesów. Jedną z nieinwazyjnych metod, wspierających proces transportu substancji sypkich jest tomografia procesowa. Nazwa tomografia pochodzi od greckich słów „tomos” oraz „grafos”, co odpowiednio oznaczają: dzielić i zapisywać. Jest to metoda umożliwiająca badanie rozkładu materiału w przekroju poprzecznym obiektów i zwracanie wyników w formie obrazów. Jedną z najszybszych, a zarazem najłatwiej adoptowalnych do warunków przemysłowych, jest elektryczna tomografia pojemnościowa ECT (electrical capacitance tomography). Ten rodzaj tomografii bazuje na pomiarze pojemności elektrycznej między parą elektrod znajdujących się na obrzeżach badanego obiektu. ECT umożliwia skuteczny pomiar przepływów materiałów dielektrycznych, czyli m.in. materiały sypkie, takie jak granulat plastikowy, czy zboże. Główne elementy układu diagnostycznego to czujnik ECT oraz jednostka pomiarowa ECT. Czujnik ECT, w skład którego wchodzi pewna liczba elektrod, rozłożona wokół badanego obiektu. W przypadku transportu pneumatycznego jest to zazwyczaj kształt cylindryczny i 8 lub 16 elektrod. Na rys. 2 pokazano schemat czujnika ECT. Z zewnątrz czujnik pokryty jest ekranem eliminującym wpływ czynników zewnętrznych na pomiar. Pomiar pojemności elektrycznej dokonywany jest między każdą parą elektrod, w przypadku czujnika 8-elektrodowego wektor pomiarowy składa się z 28 niezależnych REKLAMA

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

33


Tematnumeru numeru:– produkcja, i serwis wtryskarek temat urządzeniasprzedaż peryferyjne trycznej. Ta cecha powoduje, że koncentracja materiału sypkiego może być wyznaczona na podstawie mierzonych wartości pojemności elektrycznych. Fakt ten wykorzystywany jest w systemach tomografii, gdzie na bazie wektora pomiarowego konstruowany jest obraz rozkładu koncentracji materiału sypkiego w czujniku. Innymi stosowanymi w omawianych procesach czujnikami nieinwazyjnymi są akcelerometry. Ich zasada działania bazuje na pomiarze drgań konstrukcji urządzenia, wykorzystując drugą zasadę dynamiki Newtona. W momencie przyłożenia siły, elementy dynamiczne pozostają w miejscu w odniesieniu do zewnętrznego punktu odniesienia. Względem obudowy akcelerometru ulegają przemieszczeniu, co wpływa na zmianę wartości pomiaru według poniższego modelu [12]. Sygnał przyspieszenia czujnika względem nieruchomego układu odniesienia zgodna z powyższym modelem ma opisany jest zależnością (2).

(2)

gdzie: (patrz rys. 3 i zależność (2)): M – masa, K – stała sprężyny, D – współczynnik tarcia lepkiego tłumika, y(t) – położenie obudowy czujnika względem nieruchomego układu odniesienia, u(t) – położenie masy M względem nieruchomego układu odniesienia, x(t) – położenie masy M względem obudowy czujnika. Akcelerometry oprócz pomiaru przyspieszenia materiału, mogą również służyć do badania jego wibracji. W przedstawianej instalacji transportu materiałów sypkich, stosuje się zestaw takich czujników, umieszczonych na obwodzie zbiornika, w celu uzyskania dodatkowych parametrów przepływu – drgań zbiornika. Dzięki uzyskaniu precyzyjnych informacji na temat efektów dynamicznych, rejestrowanych podczas trwania procesu, przy zastosowaniu algorytmów analitycznych, wyznacza się charakterystyczne stany przepływu, poprzedzające sytuacje niepożądane. Podejście to może stanowi znaczący wkład w prace nad mechanizmami zabezpieczającymi konstrukcje systemów transportowych. PRZEPŁYW GRAWITACYJNY MATERIAŁÓW SYPKICH W Instytucie Informatyki Stosowanej Politechniki Łódzkiej prowadzone są m.in. badania z zakresu transportu substancji sypkich [3, 4, 6]. W tym celu zbudowano laboratorium, wyposażone w zbiorniki, pompy oraz rurociągi. Najczęściej badanym materiał jest granulat plastikowy, w przemyśle wykorzystywany jest głównie we wtryskarkach. Jednak, z punktu widzenia badaczy z IIS, najistotniejszym elementem wyposażenia stanowisk jest zaawansowany sprzęt pomiarowo-kontrolny, w skład którego wchodzą czujniki, układy akwizycyjne oraz analityczne. Aparatura pomiarowa używana w trakcie badań oparta jest na sprzęcie znanej firmy National Instruments™, którego główny trzon stanowi kontroler PXI (jednostka centralna dedykowana akwizycji danych pomiarowych) oraz liczne karty pomiarowe. Testy przeprowadzono wykorzystując przemysłową konstrukcję transportową, bazującą na modelach silosów (smukłym i krępym) wykonanych z materiału PCW (rys. 4). Wysokość i średnica wewnętrzna silosu wynosi H = 5,3 m i d = 0,66 m (współczynnik smukłości h/d = 8,03), grubość ściany wynosi 10 mm. Wysokość części leja osiąga HH = 1,08 m, a część pojemnika HB = 4,22 m [5]. Układ jest przybliżonym modelem rzeczywistych przemysłowych instalacji, a jego skala wyróżnia go spośród innych konstrukcji laboratoryjnych. Proces opróżniania zbiornika polega na opróżnianiu grawitacyjnym materiału przez otwór wylotowy o średnicy d0 = 0,08 m. Silos napełniany jest za pomocą pneumatycznego układu napeł34

Rys. 3. Model mechaniczny sensora przyspieszenia [1]

Rys. 4. Instalacja przepływu grawitacyjnego materiałów sypkich w Laboratorium im. T. Dyakowskiego w Instytucie Informatyki Stosowanej PŁ

niania zbiornika. Badania obejmują granulat polimerowy. Jego ziarna o gęstości 960 g/cm3 mają cylindryczny kształt o średnicy około 3 mm i długości 3 mm. Mierzone są: zmiany koncentracji materiału (tomografem ECT), wibracje (akcelerometrami) oraz masa (czujnikami tensometrycznymi). Pomiar drgań i wibracji materiału sypkiego Do konstrukcji systemu wykorzystano zestaw ośmiu akcelerometrów z rodziny analogowych czujników MEMS, o nazwie własnej ADXL001-70. W porównaniu do innych czujników tego typu, charakteryzują się szerokim zakresem pracy +/- 70 G. Analogowe dane pomiarowe wstępnie zostają przetwarzane przez programowalny układ pozwalający na ustawienie zarówno napięcia referencyjnego dla każdej osi pomiarowej jak i wzmocnień sygnału. Urządzenie pomiarowe zasilane jest napięciem 24 V i pobiera 0,8 A. Wykonuje on pomiary w trzech osiach, uwzględniając napięcie referencyjne. Dane pomiarowe przetwarzane są przez układ analogowego wzmocnienia i układ konwertera AD. Ostatecznie dane zostają wysłane do kontrolera przy wykorzystaniu interfejsu Ethernet 10 Mb/s (protokół UDP). Ostatnią, z omawianych, grupą czujników nieinwazyjnych wykorzystanych do implementacji systemu kontroli procesu transportu substancji sypkich są tensometry. Pomiary bazujące na tego typu sensorach mają szerokie zastosowanie nie tylko w przemyśle. Jednym z przykładów jest zastosowanie tensometrów w pomiarze nacisku zbiorników przechowujących różne materiały. Pomiar wykonuje się w celu zbadania zmian ciężkości Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


Temat numeru: produkcja, sprzedaż i serwis wtryskarek temat numeru – urządzenia peryferyjne

Rys. 5. Schemat rozmieszczenia urządzeń pomiarowych i sensorów na zbiorniku transportowym

Rys. 6. Tablica synoptyczna modułu macierzy akcelerometrów Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

sposób może sterować procesem, kontrolując wybrane parametry przepływu. Główna aplikacja posiada zakładki odpowiadające rodzajowi czujników. Po przejściu na wybraną zakładkę, otwiera się panel sterujący, który zawiera edytowalną konfigurację inicjalizacyjną. W tym miejscu możliwy jest dobór odpowiednich parametrów systemu pomiarowego takich jak częstotliwości próbkowania, wzmocnienia czy napięcia referencyjne. Dla modułu pomiarów akcelerometrycznych tablica synoptyczna zawiera trzy główne panele (rys. 6). Pierwszy z nich odpowiada za automatyczną detekcję czujników w sieci (komunikacja oparta na protokole UDP) oraz wybór konkretnego czujnika, którego pomiary zostają wizualizowane w panelu drugim. W celu wyświetlenia danych, czujniki w systemie poddane zostają procesom kalibracji i tarowaniu, a przed wyświetleniem pomiary są filtrowane (filtry oparte o algorytmy DFT oraz filtry progowe). Panel trzeci umożliwia jednoczesną kontrolę wszystkich ośmiu czujników przyspieszenia. Wizualizacja (rys. 6) przedstawia akcelerometry rozmieszczone w równych odstępach na obwodzie zbiornika. Każda kontrolka odpowiada za konkretny czujnik, świecąc na odcienie kolorów: niebieskiego, zielonego oraz czerwonego w zależności od amplitudy drgań kontenera. Dodatkowo użytkownik może ustawić wymagane nastawy programowe wzmocnień pomiarów. Pomiar zmian koncentracji materiału sypkiego Na kolejnej zakładce wirtualnego panelu synoptycznego umieszczono wizualizację pomiarów tomograficznych poddanych procesowi konstrukcji obrazu za pomocą algorytmu Linear Back Projection (rys. 10) Pomiar ten stanowi podstawę kontroli rozkładu materiału w przekroju poprzecznym zbiornika (rys. 7) lub rurociągu oraz jego koncentrację w poszczególnych odcinkach systemu (rys. 8). Zastosowaniem tomografii ECT do systemów monitorowania grawitacyjnego przepływu m.in. zespół tomografii procesowej IIS zajmuje się od dawna [2, 3, 4, 7]. Badania prowadzone w przeszłości koncentrowały się głównie na pomiarach zmian koncentracji materiału podczas kontrolowanego rozładowania silosów zawierających polimerowy granulat. W kolejnych badaniach udowodniono wpływ zmiennych parametrów (początkowa gęstość i chropowatość ścian) na amplitudę zmian poziomów koncentracji, jak również zmiany szerokości lokalizacji odkształceń w granicach strefy zmiany koncentracji, które uwidoczniono za pomocą zrekonstruowanego obrazu (rys. 8). WIZUALIZACJA PNEUMATYCZNEGO PRZEPŁYWU MATERIAŁÓW SYPKICH System transportu pneumatycznego materiałów sypkich zbudowany w laboratorium w Instytucie Informatyki Stosowanej PŁ służy m.in. do transportu materiału między zbiornikami. Kolejny moduł aplikacji służy do rejestracji zmian koncentracji materiału w trakcie pneumatycznego przepływu typu korkowego (plug

Rys. 7. Czujnik pomiarowy ECT umieszczony wewnątrz silosu

t

podczas napełniania, opróżniania zbiornika i kontroli ciężkości podczas przechowywania materiału. Dodatkowym parametrem może być parametr rozkładu materiału w zbiorniku opisujący, rozkład nacisku zbiornika na mocowania zbiornika. Wszystkie opisane powyżej czujniki znalazły swoje zastosowanie w istniejącym systemie transportu materiałów sypkich. Zostały one połączone w jedno spójne narzędzie metrologiczne, pozwalające na badanie procesu omawianego procesu przepływu [4]. System ten jest złożonym narzędziem pomiarowym, którego zaawansowane elementy metrologiczne, komunikacyjne oraz analityczne przedstawiono schematycznie na rys. 5. W podstawie konstrukcji zbiornika przechowującego materiał sypki umieszczono pomiarowe belki tensometryczne - wagi. Na obwodzie silosu, w jego górnej części umieszczono czujniki akcelerometryczne. Poniżej umieszczono czujnik tomograficzny. Wszystkie dane pomiarowe przez odpowiednie połączenia i protokoły trafiają do jednostki obliczeniowej PXI (firmy National InstrumentsTM). W części analitycznej systemu, zaimplementowano wielomodułową aplikację wspierającą pomiary w graficznym języku programowania „G” (LabVIEW). LabVIEW jest środowiskiem programistycznym dedykowanym tworzeniu aplikacji pomiarowych, kontrolnych i komunikacyjnych. Pozwala tworzyć zarówno niewielkie moduły, jak i skomplikowane systemy pomiarowe. Dodatkowo umożliwia efektywną pracę nad aplikacją, przynosząc wymierne rezultaty. Środowisko to udostępnia bogaty zestaw kontrolek, w których skład wchodzą liczne przełączniki, suwaki, wykresy itp., dzięki czemu programista w szybki sposób, umieszcza jedynie odpowiednie obiekty na wirtualnym panelu synoptycznym. W ten sposób, dbając jedynie o prawidłowe połączenia modułów, może zbudować tablicę kontrolną niemal każdego urządzenia. Zaimplementowany w tym środowisku system składa się z części akwizycyjnych, modułów analizy danych oraz wizualizacji danych pomiarowych. Całość modułu wizualizacyjnego opiera się o tablice synoptyczne, gdzie użytkownik w prosty i intuicyjny

35


Tematnumeru numeru:– produkcja, i serwis wtryskarek temat urządzeniasprzedaż peryferyjne

Rys. 8. Przykładowe wyniki rozkładu materiału sypkiego dla ściany szorstkiej silosu

slow). Zapewnienie odpowiedniego reżimu przepływu jest bardzo istotne. Nieprawidłowy typ przepływu może doprowadzić do niszczenia materiału, degradacji, obniżenia efektywności transportu, z jednoczesnym wzrostem kosztów energii oraz blokady materiału. Blokada materiału może być bardzo kłopotliwa, może prowadzić do zatrzymania procesu transportu w skrajnych przypadkach usunięcie blokady może wymagać rozebrania fragmentu rurociągu. W tym celu implementowane są m.in. algorytmy pozwalające na wykrycie miejsc o zwiększonej koncentracji substancji, tak aby zapobiegać niekorzystnym zjawiskom. Polegają one na wykrywaniu początku i końca występowania korków. Metoda ta opiera się na „kryterium klasyfikacji obszaru do korka” [2, 7]. Uzyskane w ten sposób informacje pozwalają na wyznaczanie obszarów o zwiększonej koncentracji materiału oraz, prędkości przepływu substancji. Prowadzone badania dotyczą poziomego odcinka linii przesyłowej (rys. 9). W odcinku poziomym zainstalowany został zestaw czujników ECT składający się z dwóch sensorów 8 elektrodowych. Czujniki te zostały podłączone do tomografu ECT, który komunikuje się z komputerem zbierającym, wizualizującym (rys. 10) i analizującym pomiary, w celu wypracowania odpowiednich nastaw regulacji procesu. Na podstawie pobieranych z użyciem tomografu danych wyznaczane są średnie wartości koncentracji materiału w poprzecznym przekroju rurociągu oraz prędkości przepływu substancji w instalacji (rys. 11). Informacje te stanowią podstawę dla algorytmów kontroli procesu transportu.

PODSUMOWANIE Materiały sypkie są istotnym półproduktem w wielu gałęziach przemysłu. Prace związane z pomiarem przepływów materiałów sypkich są odpowiedzią na potrzeby przemysłu, jak również ośrodków naukowych zajmujących się analizą zjawisk występujących podczas ich transportu. Na całym świecie istnieje zaledwie kilka instytucji akademickich zajmujących się zarówno badaniem szeroko rozumianych procesów przepływu substancji sypkich, jak i konstrukcją oraz zastosowaniem systemów pomiarowo-kontrolnych operujących w tej dziedzinie. Z punktu widzenia fizyki zjawisk zachodzących w procesach przepływu grawitacyjnego i pneumatycznego, monitorowaniu poprawnego przebiegu procesu podlegają różne zjawiska. Diagnostyka obu systemów transportu ma za zadanie m.in. zapobieganie blokowaniu rurociągu czy niszczeniu materiału w przypadku przepływu pneumatycznego. Natomiast monitorowanie procesu przepływu grawitacyjnego dotyczy głównie analizy efektów dynamicznych, powstających w silosach. W ramach omawianych badań opracowano system dedykowany do pracy w instalacji transportu substancji sypkich procesów pneumatycznego napełniania oraz grawitacyjnego opróżniania silosów. System ten jest autorskim oprogramowaniem powstającym zgodnie z potrzebami naukowców – głównych użytkowników systemu w Laboratorium im. Tomasza Dyakowskiego w Instytucie Informatyki Stosowanej Wydziału Elektrotechniki, Elektroniki, Automatyki i Informatyki Politechniki Łódzkiej. Zaprojektowany i zaimplementowany system pozwala na łatwy i intuicyjny dostęp do danych pochodzących z czujników. System, który składa się z wielu modułów zarówno metrologicznych, jak i wizualizacyjnych, zawiera funkcjonalności umożliwiające akwizycję danych z czujników tomograficznych, zestawu sensorów tensometrycznych oraz akcelerometrów służących do badania drgań konstrukcji i materiału. Przy wykorzystaniu algorytmów analizy danych pomiarowych umożliwia on użytkownikowi przetwarzanie danych w czasie rzeczywistym oraz zapobieganie sytuacjom krytycznym pracy systemu. Kolejne moduły aplikacji służą do: kalibracji i tarowania urządzeń, filtrowania sygnału (usuwania szumów), wyznaczenia długości wektora przyspieszenia na podstawie pojedynczych wartości przyspieszeń pochodzących z trójwymiarowego układu pomiarowego oraz wizualizację danych. Przeprowadzone eksperymenty ukazały autorom pewną prawidłowość w zmianach koncentracji materiału podczas opróżniania zbiornika. Dla materiału luźnego, w trakcie opróżniania zbiornika następował wzrost koncentracji materiału w rejonie ścian

Rys. 9. Zdjęcie dwupłaszczyznowego modułu pomiarowego sekcji poziomej przepływu pneumatycznego

Rys. 10. Przykładowe zrekonstruowane obrazy, przedstawiające rozkład materiału w przekroju rurociągu 36

Rys. 11. Przykładowa charakterystyka zmian koncentracji materiału w czasie dla czujników umieszczonych w dwóch płaszczyznach przekroju z rys. 9., umieszczonych na poziomym odcinku rurociągu Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


Temat numeru: produkcja, sprzedaż i serwis wtryskarek temat numeru – urządzenia peryferyjne

LITERATURA [1] D. Buchczik, W. Ilewicz, J. Piotrowski, S. Waluś, R. Wyżgolik, J. Żelezik: Pomiary. Czujniki i metody pomiarowe wybranych wielkości fizycznych i składu chemicznego, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2009. [2] Z. Chaniecki: Algorytmy przetwarzania i analizy danych pomiarowych elektrycznej tomografii pojemnościowej w diagnostyce wybranych procesów przemysłowych - rozprawa doktorska, Łódź, 2006. [3] Z. Chaniecki, D. Sankowski: Monitorowanie i diagnozowanie stanów dynamicznych z użyciem tomografii procesowej. Korbicz J. (red.): Diagnostyka procesów i systemów. Warszawa 2007, s. 388-394. [4] Z. Chaniecki, K.Grudzień, T. Jaworski, G. Rybak, A. Romanowski, D. Sankowski: Diagnostic system of gravitational solid flow based on weight and accelerometer signal analysis using wireless data transmission technology. Diagnostic of gravitational solid, vol. 17, no. 4, 2013, pp. 319-326. [5] K. Grudzień, Z. Chaniecki, G. Rybak, M. Niedostatkiewicz, B. Matusiak, A. Romanowski: Multi-measurement system of gravitational flow process in slim large-scale silo, 7th World Congress on Industrial Process Tomography, WCIPT7, Kraków, 2013. [6] K. Grudzień, A. Romanowski, Z. Chaniecki, M. Niedostatkiewicz, D. Sankowski: Description of the silo flow and bulk solid pulsation detection using ECT. Flow Measurement and Instrumentation, 21, 2010, p. 198-206. [7] A.J. Jaworski, T. Dyakowski: Tomographic measurements of solids mass flow in dense pneumatic conveying. What do we need to know about the flow physics?, Proceedings of 2nd World Congress on Industrial Process Tomography, Hannover, Germany, pp. 353-361. [8] A. Pląskowski, M.S. Beck, R. Thorn, T. Dyakowski: Imaging Industrial flows, applications of electrical process tomography, Institute of Physics Publishing, Bristol, 1995. [9] A. Romanowski, K. Grudzień, R. Aykroyd, R. Williams: Advanced Statistical Analysis as a Novel Tool to Pneumatic Conveying Monitoring and Control Strategy Development, Particle & Particle Systems Characterization. vol. 23, no. 3-4, 2006, p. 289-296. [10] D.M. Scott, H. McCann: Process Imaging for Automatic Control, CRC, 2005. [11] J. Sikora, S. Wójtowicz: Industrial and Biological Tomography. Electrical Capacitance Tomography. Theoretical Basis and Applications, Instytut Elektrotechniki, 2010. [12] B. Żółtowski: Podstawy diagnozowania maszyn. Wydawnictwo Uczelniane Uniwersytetu Techniczno-Przyrodniczego w Bydgoszczy, 2011.

REKLAMA

zbiornika. Przy użyciu materiału gęstego natomiast, zwiększenie koncentracji widoczne było w rejonie środkowym przekroju poprzecznego zbiornika. Fakt ten może być przyczyną zmniejszenia efektów dynamicznych występujących podczas procesu transportu wraz ze wzrostem skali zbiorników instalacji transportowej.

Artykuł był opublikowany w IAPGOŚ, 2014, nr 3, str. 41-45. Podziękowania: Praca naukowa dotycząca badań przepływu pneumatycznego materiałów sypkich finansowana ze środków budżetowych na naukę w latach 2012-2014 nr projektu IP2011 016271. Badania przepływu grawitacyjnego finansowane były ze środków budżetowych w latach 2009-2012 nr projektu N505 368737.

mgr inż. Grzegorz Rybak, dr inż. Zbigniew Chaniecki dr inż. Krzysztof Grudzień, dr inż. Andrzej Romanowski prof. dr hab. inż. Dominik Sankowski Politechnika Łódzka Wydział Elektrotechniki Elektroniki Informatyki i Automatyki Instytut Informatyki Stosowanej Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

37


Tematnumeru numeru:– produkcja, i serwis wtryskarek temat urządzeniasprzedaż peryferyjne

ARTYKUŁ

S P O N S O R O WA N Y

Problem z wilgocią przy termoformowaniu Termoformowanie jest najstarszym i najtańszym sposobem przetwarzania tworzyw termoplastycznych. Korzyść finansowa termoformowania zwłaszcza elementów wielkogabarytowych nad technologią wtrysku jest oczywista. Bezustanny postęp technologiczny w obszarze możliwości maszyn do termoformowania, mechanizacja faz produkcyjnych i dokładne sterowanie parametrami przetwórstwa oraz zróżnicowana oferta tworzyw w postaci płyt do termoformowania wspomagają wzrost produkcji termoformowanych wyrobów wielkogabarytowych.

P

roces ten polega na ogrzewaniu płyty z tworzywa sztucznego do temperatury umożliwiającej jej formowanie do określonych, gotowych kształtów. Wysoka temperatura uplastycznia materiał na tyle, iż jest możliwe jego rozciąganie na specjalnie wykonanych względnie tanich matrycach. Niestety większość tworzyw sztucznych jest higroskopijna. Potrafią w krótkim czasie zaabsorbować z otoczenia wilgoć, która ma negatywny wpływ na procesy kształtowania przy termoformowaniu i ma bezpośredni wpływ na jakość produktu końcowego. Dlatego jednym z najważniejszych kroków przygotowawczych w ww procesie technologicznym jest suszenie tworzywa sztucznego. Suszenie jest to proces usuwania wilgoci zawartej na powierzchni płyt lub w kapilarnych porach tworzywa przez odparowanie w wyniku doprowadzenia energii cieplnej. Jest to proces, podczas którego zachodzi jednoczesna wymiana ciepła i masy. Najbardziej rozpowszechniona metoda to suszenie konwekcyjne. Na proces suszenia składa się: 1. Przemieszczanie się pary od powierzchni materiału do otaczającego powietrza; 2. Przemieszczanie wilgoci wewnątrz suszonego materiału do jego powierzchni; 3. Przemiana fazowa cieczy w parę. l Pierwszy etap suszenia charakteryzuje się stałą szybkością suszenia. Następuje odparowanie wilgoci z powierzchni płyt i powstająca para przedostaje się do powietrza suszącego. Szybkość całego procesu uwarunkowana jest przez szybkość dyfuzji pary wodnej w objętości powietrza suszącego. l Drugi etap suszenia charakteryzuje się malejącą szybkością suszenia. Występuje wtedy odparowanie wilgoci w coraz głębszych warstwach suszonych płyt, przemieszczanie się pary wodnej do powierzchni i dyfuzja w warstwie przepływającego powietrza. Na szybkość suszenia w drugim etapie ma duży wpływ rodzaj i grubość suszonych płyt. Nieodzowność zabiegu suszenia niektórych rodzajów płyt takich jak ABS, PMMA, PC przed termoformowaniem jest oczywista dla każdego, kto zetknął się z tym procesem. Od dobrego wysuszenia płyt zależy jakość wytłoczki, a często w ogóle możliwość realizacji procesu. Jednym z urządzeń peryferyjnych termoformierki powinna być dedykowana suszarnia do suszenia płyt termoplastycznych. Aby proces suszenia był najbardziej efektywny, a zarazem ekonomiczny suszarnia powinna spełniać szereg warunków: 1. Powietrze suszące musi posiadać odpowiednią dopuszczalną temperaturę dla poszczególnych rodzajów tworzyw (odpowiedni sterownik i program); 38

2. Materiał suszący, czyli płyty muszą być odpowiednio wentylowane, opływane przez powietrze (odpowiedni system zawieszania płyt lub formatek); 3. Powietrze suszące musi być maksymalnie suche, ponieważ wilgoć tylko wtedy może dyfundować do czynnika suszącego, gdy prężność pary w nim zawartej jest mniejsza od równowagowej (desorpcja wilgoci), uogólniając można stwierdzić im suchsze powietrze suszące, tym krótszy proces suszenia (system odprowadzania wilgoci); 4. Ze względu na koszty eksploatacji obieg powietrza suszącego powinien pracować w obiegu zamkniętym (system obiegu powietrza); 5. Suszarnia powinna być skonstruowana tak, aby uwzględniała indywidualne potrzeby i wymagania użytkownika i być dostosowana do technologii, jaką stosuje w swoim przedsiębiorstwie; 6. Grubość ścian i drzwi powinna dawać duży opór cieplny, co gwarantuje minimalne straty ciepła w czasie eksplantacji suszarni. Z doświadczenia producenta dedykowanych suszarni do płyt termoplastycznych firmy Esiva wynika, że dzięki zastosowaniu takiego urządzenia ich klienci zyskali oszczędność czasu, a co za tym idzie pieniędzy, a sam proces produkcji staje się bardziej wydajny i efektywny. Jeżeli dołożymy do tego wzrost cen za energię, oczywistym jest, iż posiadanie w cyklu termoformowania dedykowanej suszarni gwarantuje oczywisty zysk ekonomiczny.

Lepolam Wichrowscy Sp.j. ul. Przemysłowa 35, 26-052 Nowiny k/Kielc tel. 41 348 03 63 sprzedaz@lepolam.com.pl, www.lepolam.pl Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


formy wtryskowe

Wybrane metody chłodzenia form wtryskowych Paweł Muszyński, Krzysztof Mrozek, Przemysław Poszwa W artykule omówiono wybrane metody chłodzenia form wtryskowych oraz tendencje rozwojowe konstrukcji tych układów w aspekcie podniesienia efektywności ich funkcjonowania. Ponadto zaprezentowano zasady budowy układów chłodzenia, pozwalających na uzyskanie efektywnego, dynamicznego i równomiernego odbioru ciepła od wypraski.

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

wyprasek) może powodować duże naprężenia i brak skurczu pierwotnego, z równoczesnym powstawaniem skurczu wtórnego [2]. Skutkami skurczu wtórnego są między innymi deformacje, pękanie wyprasek oraz pojawianie się linii naprężeniowych po pewnym czasie od wyjęcia części z formy wtryskowej. W obecnych czasach wyrobom z tworzyw sztucznych stawiane są coraz wyższe wymagania, dlatego koniecznością staje się ciągłe udoskonalanie technologii wtryskiwania. Nowoczesne tendencje rozwojowe wynikają z dążenia do poprawy jakości produkowanych wyrobów przy równoczesnym ograniczeniu kosztów i czasu produkcji. Dlatego tak ważnymi aspektami stają się odpowiedni wybór metody chłodzenia oraz zaprojektowanie układu chłodzenia, które zapewnią skuteczną wymianę ciepła w formie wtryskowej. BILANS CIEPLNY FORMY WTRYSKOWEJ Strumień ciepła QT doprowadzany jest do formy wtryskowej wraz z wtryśniętym tworzywem. Odprowadzanie ciepła z układu odbywa się na drodze przewodzenia, konwekcji oraz promieniowania termicznego do sąsiednich ośrodków o niższej temperaturze, między innymi do chłodziwa znajdującego się w zamkniętym układzie chłodzenia, stołu wtryskarki oraz otoczenia. Na rysunku 1 przedstawiono bilans cieplny konwencjonalnej formy wtryskowej, a wzór 1 przedstawia zapis matematyczny tego zjawiska [3].

QT = QKT + QPR + QCH + QW + QM

(1)

gdzie: QT – doprowadzany strumień ciepła od wtryskiwanego tworzywa; QKT – straty/zyski ciepła (konwekcja termiczna); QPR – straty/zyski ciepła (promieniowanie cieplne); QCH – odprowadzany strumień ciepła przez układ chłodzący; QW – ciepło uwolnionej wypraski; QM – straty/zyski ciepła (przewodzenie – do elementów wtryskarki).

Rys. 1. Bilans cieplny formy wtryskowej [3]

t

T

echnologia formowania wtryskowego jest obecnie jedną z najprężniej rozwijających się metod wytwarzania elementów z tworzyw termoplastycznych. Wykorzystuje się ją w wielu gałęziach przemysłu, począwszy od produkcji zabawek, artykułów gospodarstwa domowego, sprzętu elektronicznego, sprzętu medycznego, a skończywszy na przemyśle samochodowym, lotniczym i chemicznym. Technologia polega na wtryśnięciu uplastycznionego tworzywa sztucznego do gniazda formy wtryskowej, które charakteryzuje się ściśle określonym kształtem [6]. W ten sposób powstaje wypraska odwzorowująca kształt gniazda o specyficznych właściwościach fizycznych zależnych od przebiegu procesu technologicznego [1]. Konwencjonalna metoda wtryskiwania opiera się na utrzymaniu stałej temperatury powierzchni formującej formy oraz stałym przepływie medium podawanego na nią. Czynniki te zależą od rodzaju wtryskiwanego tworzywa. Powierzchnię formującą nagrzewa się do temperatury niższej niż temperatura wtrysku (w przypadku tworzyw termoplastycznych) lub do temperatury umożliwiającej proces sieciowania (w przypadku tworzyw termoutwardzalnych). Chłodzenie wyprasek i formy następuje w trakcie procesu produkcyjnego – po każdym cyklu wtrysku. Głównym zadaniem układu chłodzenia formy wtryskowej jest odebranie jak największej ilości ciepła od wypraski w celu bezpiecznego jej usunięcia z gniazda formującego. Jednocześnie proces chłodzenia musi zapewnić równomierny i dynamiczny odbiór ciepła od wypraski. W klasycznej metodzie wtryskiwania etap chłodzenia stanowi zazwyczaj dwie trzecie długości całego cyklu i jest najdłuższy w całym procesie [7]. Z tego powodu obecnie dąży się do skrócenia czasu chłodzenia poprzez obniżanie temperatury formy. Taki zabieg pozwoliłby na znaczne skrócenie czasu, a tym samym produkcji [7]. W praktyce jednak, zbyt niska temperatura powierzchni formującej jest główną przyczyną powstawania wad w wypraskach, do których zalicza się: niedolewy, smugi, deformacje, widoczne linie łączenia, naprężenia wewnętrzne i inne. W przypadku wytwarzania wyprasek cienkościennych, wady te występują notorycznie. Z tego względu podczas produkcji takich elementów temperaturę powierzchni formującej podnosi się w newralgicznych miejscach nawet do wartości powyżej 100oC poprzez zwiększenie temperatury cieczy w układzie chłodzenia [8]. Zabieg ten pozwala na uniknięcie opisanych problemów, jednak negatywnie wpływa na wzrost czasu cyklu i spadek ekonomiki produkcji. Warto zaznaczyć, że dynamika chłodzenia musi być odpowiednio dopasowana do rodzaju przetwarzanego tworzywa, ponieważ zbyt wolne obniżanie temperatury wypraski powoduje spadek jej naprężeń własnych i powstawanie dużego skurczu pierwotnego. Z kolei zbyt szybkie chłodzenie (tzw. zamrażanie

39


formy wtryskowe ZASADY BUDOWY UKŁADU CHŁODZENIA Kształt kanału chłodzącego oraz jego odległość od powierzchni gniazda formującego mają bardzo duży wpływ na skuteczność wyrównywania temperatury w formie. Średnice otworów chłodzących (przekrój poprzeczny kanałów) powinny być możliwie jak największe. Zaleca się, aby średnice kanałów nie były mniejsze niż 6 mm, ponieważ przy mniejszych wartościach następuje tłumienie przepływu medium chłodzącego, co w znacznym stopniu utrudnia chłodzenie formy [4]. Z kolei górna granica wynosi około 20 mm. Zauważono, że powyżej tej wartości średnicy kanału intensywność chłodzenia nie wzrasta, a zwiększa się tylko wydatek chłodziwa, co jest zjawiskiem niepożądanym [4]. Na rysunku 2 przedstawiono zalecane rozmieszczenie kanałów chłodzących, które gwarantuje bardzo wysoką skuteczność chłodzenia [10]. W tabeli 1 umieszczono wartości wymiarów odnoszące się do rysunku 2, natomiast niebieskim kolorem zaznaczono wartości wybierane w pierwszej kolejności. Rozmieszczenie kanałów musi zapewniać równomierny rozkład temperatury na powierzchni gniazda formującego. Nieprawidłowo zaprojektowany układ chłodzenia może wywoływać zbyt duży gradient temperatury na powierzchni chłodzonej. Zaleca się, aby chłodzenie zmniejszało się w kierunku drogi płynięcia tworzywa [4]. Na rysunku 3 przedstawiono nieodpowiednie ulokowanie kanałów chłodzących i widoczny wzrost gradientu temperatury powierzchni. Tabela 1. Zalecane wymiary i rozstawienie kanałów chłodzących [10] D [mm] 6 y [mm] 7 x ≈ 1,7 D [mm] 10

8 10 14

10 13 17

12 18 20

14 22 24

16 28 27

18 34 30

20 40 34

Projektując układ chłodzenia, należy mieć również na uwadze długość drogi przepływu medium chłodzącego przez formę wtryskową. Całkowita długość kanałów powinna być możliwie jak najkrótsza, aby zapewnić minimalną różnicę temperatur chłodziwa na wejściu i wyjściu. Aby zapewnić efektywne odprowadzanie ciepła od wypraski, różnica temperatur nie powinna być większa niż 2–3oC [10]. Niska różnica zapewnia równomierne odbieranie ciepła od wypraski we wszystkich strefach gniazda formującego. SPOSOBY CHŁODZENIA FORM WTRYSKOWYCH Konwencjonalne układy chłodzenia form opierają się na prostych, wierconych otworach w elementach formy (wkładach formujących, stemplach oraz płytach stemplowych i matrycowych). Stosowanie takich rozwiązań powoduje ograniczenia geometryczne w kształcie i przebiegu kanałów chłodzących, a tym samym w przepływie medium i odbiorze ciepła [5]. Ciągłe dążenie do ulepszenia oraz zwiększenia wydajności technologii wtryskiwania powoduje powstawanie nowoczesnych systemów chłodzenia form wtryskowych. Do takich metod należą między innymi układy kanałów konformalnych, chłodzenie konturowe oraz technologia BFMOLD® (Ball Filled MOLD) [11]. Konwencjonalne układy chłodzenia. Konwencjonalne układy chłodzenia wykonywane są jako wiercone otwory w elementach form wtryskowych. Są to najczęściej stosowane kanały, ze względu na łatwość wykonania oraz stosunkowo niski koszt. Na rysunkach 4 i 5 przedstawiono typowe układy wykonane w płytach matrycowych. Łączenie otworów wywierconych w jednym kierunku odbywa się poprzez wykonanie otworów poprzecznych (rys. 4) lub też przez zastosowanie elastycznych węży, umieszczonych na zewnątrz formy (rys. 5). Wykonanie wielu kanałów chłodzących niesie za sobą konieczność zaślepienia części z nich, ponieważ każdy układ (każda

Rys. 2. Prawidłowe rozmieszczenie kanałów chłodzących: 1 – wkład formujący, 2 – kanał chłodzący, 3 – wypraska [10]

Rys. 3. Nieprawidłowe rozmieszczenie kanałów chłodzących: 1 – wkład formujący; 2 – kanał chłodzący; 3 – wypraska [10]

Rys. 4. Kanały chłodzące wykonane w płycie matrycowej – łączenie kanałów poprzez zastosowanie korków zaślepiających: 1 – płyta matrycowa; 2 – kanał; 3 – korek zaślepiający; 4 – końcówka złącza

Rys. 5. Kanały chłodzące wykonane w płycie matrycowej – łączenie kanałów poprzez zastosowanie elastycznych węży: 1 – płyta matrycowa; 2 – kanał; 3 – elastyczny wąż; 4 – końcówka złącza

40

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


formy wtryskowe

Rys. 7. Chłodzenie stempli z wykorzystaniem dysz chłodzących: a) dysza równoległa; b) dysza szeregowa; 1 – płyta stemplowa; 2 – dysza chłodząca; 3 – stempel; – oprawa stempla; 5 – matryca Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

t

Rys. 6. Chłodzenie stempli z wykorzystaniem przegród: a) przegroda prosta; b) przegroda spiralna; 1 – płyta stemplowa; 2 – przegroda; 3 – matryca

REKLAMA

strefa) ma zazwyczaj jedno wejście i jedno wyjście. W takich przypadkach stosuje się korki zamykające, wykonane najczęściej z miedzi oraz jej stopów. Wadą tego sposobu jest możliwość występowania przecieków, które mogę zakłócić prawidłowe funkcjonowanie systemu chłodzenia. Największy problem związany z zapewnieniem odpowiedniej temperatury występuje przy formach z ruchomymi rdzeniami oraz długimi częściami stemplowymi, ponieważ bardzo trudno zapewnić w tych elementach skuteczny przepływ cieczy. W połączeniu z małą pojemnością cieplną powoduje to bardzo szybkie nagrzewanie się powierzchni do temperatury uniemożliwiającej często poprawne wykonanie wypraski [5]. W takich przypadkach koniecznością staje się stosowanie wielu dodatkowych elementów, w które należy wyposażyć układ chłodzący. Na rysunku 6

41


formy wtryskowe

Rys. 8. Przykład stempla z kanałem konformalnym: 1 – stempel; 2 – kanał konformalny

przedstawiono sposób chłodzenia stempla z wykorzystaniem przegrody prostej oraz spiralnej (strzałkami oznaczono kierunek obiegu cieczy). Konstrukcja takiego układu polega na wykonaniu nieprzelotowych otworów w stemplu i następnie umieszczeniu w nich przegród wyznaczających kierunek przepływu chłodziwa. Wadą układu z przegrodą prostą jest różnica temperatur występująca po obu jej stronach – niższa po stronie wlotu, wyższa po stronie wylotu. Tę niedogodność można zniwelować poprzez zastosowanie przegród spiralnych. W przypadku wyprasek cienkościennych (grubość ścianki poniżej 0,8 mm) wspomniana różnica temperatur może powodować niedolewy, a tym samym wadliwe wykonanie wyprasek [4]. Innym ze sposobów chłodzenia długich stempli jest wykorzystanie dysz chłodzących. Dysze mogą występować w układzie szeregowym bądź równoległym. Na rysunku 7 zaprezentowano przykładowe wykorzystanie tych elementów w konstrukcji form wtryskowych. Stosowanie dysz w układach chłodzenia niesie ze sobą szereg korzyści. Do zalet ich stosowania zaliczyć można: l możliwość pracy w dowolnej orientacji; l prosta instalacja; l możliwość stosowania dysz o różnej długości; l niskie ciśnienie zwrotne układu (niski spadek ciśnienia). W przypadku użycia dysz szeregowych w płycie stemplowej wykonuje się jeden otwór, którego oś jest prostopadła do osi dyszy. Wykorzystanie dysz równoległych wiąże ze sobą konieczność wykonania dwóch równoległych otworów. Przy chłodzeniu szeregowym medium dostarczane jest jedną drogą dopływu do kolejnych stempli – zwiększenie drogi chłodzenia powoduje wzrost różnicy temperatury pomiędzy poszczególnymi gniazdami. Natomiast dysze równoległe zapewniają jednakową temperaturę wszystkich gniazd – środek chłodzący doprowadzany jest jednocześnie do wszystkich stempli z jednego kanału zbiorczego. Ten zabieg pozwala uzyskać równomierną dynamikę chłodzenia. Wadą stosowania chłodzenia w układzie równoległym jest konieczność wykonania większej ilości kanałów, co powoduje wzrost skomplikowania konstrukcji formy wtryskowej. Chłodzenie konformalne. Wraz z rozwojem technik przyrostowych w produkcji narzędzi (Rapid Tooling) rozwijają się układy chłodzenia oparte na kanałach konformalnych [9]. Chłodzenie konformalne pozwala na prowadzenie kanałów blisko powierzchni formujących, dostosowanych do kształtu formowanego wyrobu. Przekrój poprzeczny kanałów przyjmuje różne, właściwie nieograniczone kształty, co pozwala na efektywniejszy odbiór ciepła od wypraski. Na rysunku 8 zaprezentowano przykładowe kształty kanałów konformalnych. Dowolność geometrii układu chłodzenia jest możliwa do realizacji przy wykorzystaniu metod przyrostowych, np. technologii laserowego przetapiania proszków metali (DMLS – Direct Metal Laser Sintering lub SLM – Selective Laser Melting). 42

Rys. 9. Zestawienie układów chłodzenia: a) kanał konwencjonalny; b) kanał konformalny; 1 – wkładka formująca; 2 – gniazdo formujące; 3 – kanał chłodzący

Rys. 10. Przykład stempla z układem chłodzenia konturowego: a) stempel; b) złożenie stempla z oprawką; 1 – stempel; 2 – frezowane kanały chłodzące; 3 – kanał doprowadzający; 4 – oprawka stempla

Technologie te pozwalają na wykonanie skomplikowanego układu chłodzenia w trudno dostępnych miejscach, które byłoby niemożliwe do wytworzenia tradycyjnymi metodami ubytkowymi [9]. Przy wykorzystaniu metody DMLS wkładka formująca budowana jest warstwa po warstwie, a promień lasera topi tylko te obszary, które mają zostać połączone z wcześniej nałożoną warstwą. Taka technika procesu pozwala na dowolne prowadzenie kanałów chłodzących, które mogą przebiegać w równej odległości od powierzchni formującej, co umożliwia osiąganie równomiernej temperatury na powierzchni gniazda formującego. Rysunek 9 a) ilustruje przekrój przez wkładkę formującą, w której zastosowano tradycyjny kanał chłodzący w postaci wierconego otworu. Obieg chłodziwa w takim kanale z reguły ma turbulentny charakter, co powoduje powstawanie dużych oporów przepływu – wpływa to na duże spadki ciśnienia na drodze płynięcia. Kolejną charakterystyczną cechą konwencjonalnego układu termostatowania jest to, że odległość kanału chłodzącego od powierzchni formującej jest inna w każdym miejscu formy, co powoduje nierównomierny odbiór ciepła z poszczególnych stref gniazda. Przyczynia się to do zróżnicowanego rozkładu temperatury na powierzchni formującej. Układ chłodzenia konformalnego (rys. 9 b) jest pozbawiony tych wad. Kształt kanału odzwierciedla kształt gniazda, co pozawala na zachowanie stałej odległości pomiędzy kanałem, a powierzchnią formującą. Zastosowanie tej technologii, oprócz zasadniczego skrócenia czasu cyklu wtryskiwania i możliwości intensywniejszego chłodzenia, pozwala na uzyskanie szeregu innych korzyści [5]: Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


formy wtryskowe

Rys. 11. Wkładka formująca BFMOLD®: 1 – dwuczęściowa wkładka formująca, 2 – gniazdo formujące, 3 – kieszeń z wypełnieniem kulkowym, 4 – wlot cieczy chłodzącej

selektywny odbiór strumienia ciepła z poszczególnych obszarów wypraski, a tym samym możliwość wytworzenia gradientu struktury; l zmniejszenie deformacji wyprasek poprzez dynamiczny i równomierny odbiór ciepła; l chłodzenie stempli, trzpieni oraz rdzeni przez stosowanie jednego lub kilku kanałów; l wyższa precyzja kontroli temperatury formy wtryskowej. Chłodzenie konturowe. Chłodzenie konturowe polega na wykonaniu frezowanych kanałów chłodzących na rdzeniu stempla, na który nakłada się oprawkę. Poprowadzenie kanałów chłodzących blisko powierzchni umożliwia dobre odwzorowanie kształtu wypraski, a zatem wzrost wydajności odbioru ciepła od gorącego tworzywa sztucznego. Do zalet układu chłodzenia konturowego zaliczyć można: intensywny odbiór ciepła od wypraski, ze względu na dużą objętość przepływu medium chłodzącego oraz równomierny rozkład temperatury na powierzchni formującej. Minusami stosowania chłodzenia konturowego są konieczność zapewnienia szczelności połączenia rdzenia stempla z oprawką oraz ograniczone stosowanie w przypadku chłodzenia płyt stemplowych/matrycowych o małej grubości – frezowane kanały mogą znacznie zredukować ich właściwości wytrzymałościowe. Chłodzenie w technologii BFMOLD®. Technologia BFMOLD® jest opatentowaną przez brytyjski koncern WITTMANN Group metodą dynamicznej regulacji temperatury formy wtryskowej. Kontrola temperatury polega na stosowaniu dwóch obiegów cieczy. Jeden obieg wykorzystywany jest do podstawowej regulacji temperatury formy, natomiast drugi, zlokalizowany w okolicach gniazda formującego służy do podniesienia jego temperatury. Innowacją tej technologii jest wykonanie kieszeni wewnątrz wkładu formującego i wypełnienie go kulkami. Wsyp kulkowy zapewnia odpowiednią sztywność formy oraz równomierny rozkład temperatury na powierzchni formującej [11]. Na rysunku 11 zaprezentowano wkład formujący wykonany w technologii BFMOLD®. W momencie ogrzewania/chłodzenia obieg wody przepuszczany jest przez wnękę z kulkami, co zapewnia efektywną regulację temperatury powierzchni formującej. Do zalet tej metody zalicza się [11]: l zwiększenie wydajności produkcji poprzez skrócenie czasu cyklu; l dynamiczną regulację temperatury poprzez zwiększenie powierzchni czynnej wymiany temperaturowej; l zminimalizowanie zniekształceń wyprasek oraz poprawę jakości ich powierzchni; l uniknięcie wad wyprasek takich jak: widoczne punkty wtrysku i widoczne linie łączenia. l

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

PODSUMOWANIE – KIERUNKI ROZWOJU Analizując cykl wtryskiwania pod względem jakości uzyskiwanych wyrobów oraz powtarzalności produkcji, można stwierdzić, że najważniejszy jest proces termostatowania formy wtryskowej i związane z nim urządzenia oraz system kanałów chłodzących. Efektywne, dynamiczne i równomierne chłodzenie tworzywa w formie wpływa na właściwości fizyczne, jakość i estetykę wyprasek oraz pozwala skrócić czas trwania cyklu. To z kolei pozwala osiągnąć zadawalającą cenę produktu finalnego, co determinuje opłacalność produkcji. Poszukiwanie nowych, innowacyjnych systemów chłodzenia form wtryskowych, zapewniających równomierny i dynamiczny odbiór ciepła, staje się wyzwaniem, z którym powinna zmierzyć się współczesna inżynieria. W Instytucie Technologii Mechanicznej Politechniki Poznańskiej prowadzone są badania, których przedmiotem jest opracowanie nowych systemów chłodzenia form wtryskowych, opartych na zwiększeniu czynnej wymiany cieplnej pomiędzy wkładką formującą, a cieczą chłodzącą poprzez wykorzystanie odpowiednio ukształtowanych wkładów. Badane rozwiązania zakładają zastosowanie elementów porowatych oraz kanałów użebrowanych o różnej geometrii. LITERATURA [1] J.P.Beamont: Runner and gating designhandbook – tool for successful injection molding – 2nd e. Ohio, USA: Hanser Gardner Publications, 2007. [2] J.M. Fisher: Handbook of molded part shrinkage and warpage. Norwich, USA: Plastic Design Library, William Andrew Inc. 2003. [3] R. Sikora: Przetwórstwo tworzyw wielocząsteczkowych. Warszawa: Wydawnictwo Edukacyjne Zofii Dobkowskiej 1993. [4] H. Zawistowski, D. Frenkler: Konstrukcja form wtryskowych do tworzyw termoplastycznych. Warszawa: WNT, 1984. [5] P. Postawa: Chłodzenie konformalne form wtryskowych. Teka Kom. Bud. Ekspl. Masz. Elektrotech. Bud. TOM II (2008): s. 129–132. [6] G.R. Berger, D.P. Gruber, W. Friesenbichler, C. Teichert, M. Burgsteiner: Replication of stochastic and geometric structures: aspects of visual appearance. International Polymer Processing. Vol. 226, No. 3 (2011): pp. 313–322. [7] S.C. Chen, W.R. Jong, J.A. Chang: Dynamic mold surface temperature control using induction heatind and its effects on the surface appearance of weld line. Journal of Applied Polymer Science. Vol. 101, No. 2 (2006): pp. 1174–1180. [8] E. Dawkins, P. Engelmann, K. Horton: Color and gloss – the connection to process conditions. Journal of Injection Molding Technology. Vol. 2, No. 1 (1998): pp. 1–7. [9] T. Grünberg, R. Domröse: Direct Metal Laser Sintering: Identification of process phenomena by optical in – process monitoring. Laser Technik Journal. Vol. 12, No. 1 (2015): pp. 45–48. [10] Moldflow Design Guide, First edition. Materiały techniczne firmy Moldflow, 2006. [11] www.wittmann-group.com (dostęp: 20.04.2016). Praca została wykonana w ramach projektu LIDER/006/143/L-5/13/NCBR/2014 finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. Artykuł był publikowany w czasopiśmie „Mechanik” nr 8-9/2016, s. 996–1000.

mgr inż. Paweł Muszyński, dr inż. Krzysztof Mrozek Instytut Technologii Mechanicznej Politechniki Poznańskiej mgr inż. Przemysław Poszwa Instytut Technologii Materiałów Politechniki Poznańskiej 43


formy wtryskowe

Targi INNOFORM ® – skuteczne narzędzie innowacji Innowacje w realnych kształtach, know-how liderów branży, grono specjalnych zwiedzających i dopasowana do ich potrzeb oferta wystawców – przed nami 3. edycja Międzynarodowych Targów Kooperacyjnych Przemysłu Narzędziowo-Przetwórczego INNOFORM®. Przygotowania do imprezy weszły na ostatnią prostą. Na 2 miesiące przed rozpoczęciem targów udział w nich potwierdziło ponad 250 Wystawców z Australii, Austrii, Czech, Hiszpanii, Niemiec, Polski, Portugalii, Turcji, Wielkiej Brytanii oraz Korei Południowej.

2

renomowanych producentów i dystrybutorów z Austrii, Czech, Japonii, Korei Południowej, Niemiec, Polski, Słowacji, Wielkiej Brytanii czy Włoch. Wystawcy Targów INNOFORM® reprezentowali specjalistyczne obrabiarki, urządzenia, narzędzia specjalne i skrawające, oprzyrządowanie technologiczne, drukarki 3D oraz specjalistyczne oprogramowanie. W gronie 3000 gości znaleźli się przedsiębiorcy z kraju i zagranicy – przedstawiciele branży przetwórstwa tworzyw sztucznych, produkcji narzędzi oraz firm zajmujących się obróbką metali. Co więcej, wśród zwiedzających dużą część stanowiły osoby decyzyjne: właściciele, dyrektorzy i prezesi firm. Tegoroczna edycja zapowiada się jeszcze ciekawiej niż poprzednie. Nowością trzeciej odsłony wydarzenia jest specjalna Strefa Usług Przemysłowych. Skierowana jest do firm podwykonawczych, które świadczą usługi w zakresie produkcji form, obróbki materiałów, regeneracji narzędzi czy remontów maszyn. Udział w Strefie będzie świetną okazją do pozyskania nowych partnerów i zleceń. Na uczestników czekają nowoczesne, modułowe stoiska, które pozwolą na pełne zaprezentowanie oferty. Kolejną nowością – w aspekcie produktów i usług – będzie prezentacja robotów współpracujących japońskiej firmy FANUC. Charakteryzują się łatwością obsługi i pełną elastycznością. Po 44

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

t

lata. Tylko tyle czasu potrzebowały Targi INNOFORM®, by stać się uznaną marką i na stałe zagościć w kalendarzu przedstawicieli branży narzędziowo – przetwórczej. Wpływ miało na to kilka czynników: m.in. bardzo atrakcyjna, specjalistyczna oferta wystawców, premiery maszyn i narzędzi oraz prezentacja innowacyjnych technologii. Przełożyło się to z kolei na olbrzymie zainteresowanie współtworzących wydarzenie firm. Tylko w ubiegłym roku ofertę zaprezentowało 263


formy wtryskowe

REKLAMA

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

45


formy wtryskowe

wdrożeniu do istniejących środowisk produkcyjnych urządzenia te pracują bezpośrednio z ludźmi, stając się kluczową częścią zespołu. Przejmują monotonne, powtarzalne czynności i podnoszą ciężary do 35 kg, dzięki czemu jednocześnie automatyzują całe linie montażowe i chronią zdrowie pracowników. To rewolucja, która ma za zadanie poprawić bezpieczeństwo na halach produkcyjnych. Po raz kolejny przedsiębiorcy będą mogli wziąć udział w Giełdzie Kooperacyjnej, która umożliwia nawiązanie bezpośrednich kontaktów biznesowych, a także zapoznanie się z najnowszymi trendami w branży. Tradycyjnie już na zwiedzających czekają specjalistyczne obrabiarki, narzędzia do przetwórstwa tworzyw sztucznych, narzędzia skrawające do obróbki metali, urządzenia i materiały do inżynierii odwrotnej, przyrządy i urządzenia kontrolno-pomiarowe, specjalistyczne oprogramowanie CAD/CAM/CAE oraz nowinki ze świata automatyzacji i robotyzacji produkcji. Targi INNOFORM® to również doskonale skomponowany program towarzyszący, czyli specjalistyczne konferencje, podczas których eksperci zaprezentują najnowsze rozwiązania w dziedzinie produkcji form. Będzie to jednocześnie okazja do wymiany doświadczeń i zapoznania się z nowoczesnymi technologiami. Bydgoski Klaster Przemysłowy – współorganizator wydarzenia pierwszego dnia targów (12 marca) zaprasza na konferencję pt. „Automatyzacja w branży narzędziowo-przetwórczej w dobie Przemysłu 4.0”. Partnerem konferencji jest High Technology Machines Sp. z o.o. 13 marca odbędzie się druga konferencja, poświęcona technikom przyrostowym w przemyśle narzędziowo-przetwórczym. Jej partnerem jest firma FADO Sp. z o.o. W dniach 12–14 marca w Bydgoskim Centrum Targowo-Wystawienniczym wszyscy zwiedzający będą mogli sprawdzić, co oferują największe i najbardziej innowacyjne w branży firmy. Zapraszamy do rejestracji online i odbioru bezpłatnego biletu uprawniającego do zwiedzania Targów INNOFORM® oraz uczestnictwa w bogatym programie towarzyszącym. Więcej informacji na naszej stronie internetowej: www.innoform.pl.

Tekst i foto: Targi w Krakowie Sp. z o.o. 46

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


formy wtryskowe

Ocena technologiczności wyprasek wtryskowych na podstawie numerycznej symulacji wtryskiwania termoplastycznych tworzyw polimerowych

Numeryczna symulacja procesu wtryskiwania Tomasz Jachowicz, Branislav Duleba, Volodymyr Krasinskyi

W artykule przedstawiono podstawowe informacje charakteryzuj¹ce proces wtryskiwania tworzyw polimerowych oraz zagadnienia zwi¹zane z symulacj¹ komputerow¹ i modelowaniem numerycznym zjawisk zachodz¹cych podczas wtryskiwania. Omówiono wyniki numerycznej symulacji procesu wtryskiwania wyprasek o odmiennych cechach konstrukcyjnych, w celu oceny technologiczności ich konstrukcji, w zale¿ności od wybranych czynników zwi¹zanych z parametrami procesu wtryskiwania i dok³adności¹ wymiarow¹ wyrobu.

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

gotowywania procesu produkcyjnego [3, 4, 6]. Dziêki symulacji komputerowej i analizie otrzymanych wyników ju¿ na etapie projektowania mo¿na wyeliminowaæ wiele b³êdów konstrukcyjnych i technologicznych, znacz¹co obni¿aj¹c koszty oraz skracaj¹c czas przygotowania produkcji [3, 8, 9]. PODSTAWY MODELOWANIA NUMERYCZNEGO WTRYSKIWANIA Wtryskiwanie tworzyw, z uwagi na z³o¿onośæ zjawisk zachodz¹cych podczas realizacji tej metody przetwórstwa, sta³o siê obiektem wszechstronnej analizy przy wykorzystaniu specjalistycznego oprogramowania in¿ynierskiego CAD/CAM/CAE [10, 11, 12, 13]. Modelowanie numeryczne zjawisk zachodz¹cych w formie wtryskowej zachodzi przy za³o¿eniu, ¿e przep³yw tworzywa odbywa siê w dwóch wymiarach, przy pominiêciu wymiaru grubości. Za³o¿enie to uzasadnia siê konstrukcj¹ wyprasek, które zazwyczaj s¹ elementami cienkościennymi, w zwi¹zku z czym mo¿na pomin¹æ przep³yw tworzywa w kierunku grubości wypraski [14]. W efekcie równanie zachowania masy, ruchu i energii redukuje siê do zagadnienia lokalnie dwuwymiarowego i upraszcza siê do opisu fazy wtrysku oraz fazy docisku. W programie Cadmould 3D-F stosowane s¹ dwa modele reologiczne: model Carreau oraz model potêgowy. Zale¿nośæ lepkości tworzywa od temperatury jest opisana równaniem Williamsa-Landela-Ferry’ego (WLF), a zale¿nośæ objêtości w³aściwej tworzywa v od temperatury T oraz ciśnienia p jest określana na podstawie charakterystyki p-v-T [1, 12, 14]. Oprogramowanie CAE przeznaczone do modelowania numerycznego wtryskiwania umo¿liwia symulacjê zjawisk zachodz¹cych podczas wype³niania gniazda formuj¹cego formy wtryskowej tworzywem i uzupe³niania tworzywa w fazie docisku, jak równie¿ s³u¿y do wykonania póŸniejszej analizy och³adzania wypraski, skurczu przetwórczego, wypaczenia i deformacji gotowego wyrobu. Skurcz przetwórczy to zmniejszenie objêtości i wymiarów wytworu z tworzywa w stosunku do objêtości i odpowiednich wymiarów gniazda formuj¹cego narzêdzia. Wypaczenie, zwane tak¿e odkszta³ceniem przetwórczym, jest odstêpstwem kszta³tu lub po³o¿enia elementów wypraski, wiêkszym od przyjêtych dla tego 47

t

W

tryskiwanie jest dominuj¹cą metod¹ przetwórstwa tworzyw polimerowych, ze wzglêdu na stopieñ z³o¿oności konstrukcji otrzymywanych wyprasek oraz zakres wykorzystywanych tworzyw. Cech¹ charakterystyczn¹ wtryskiwania jest jego cyklicznośæ. W cyklu wtryskiwania wyró¿nia siê nastêpuj¹ce fazy: zamykania formy, wtrysku, docisku, uplastyczniania, otwierania formy oraz przerwy. Do wtryskiwania s¹ stosowane przede wszystkim tworzywa termoplastyczne, ale wykorzystuje siê równie¿ tworzywa utwardzalne, elastomery oraz kompozyty [1, 2]. W procesie wtryskiwania otrzymuje siê produkty o skomplikowanych kszta³tach, zró¿nicowanej grubości ścianek oraz du¿ej rozpiêtości masy. Podczas konstruowania wypraski istotne znaczenie ma wiele czynników, wśród których miêdzy innymi nale¿y wymieniæ: grubośæ ścianek, pochylenie powierzchni, promieñ zaokr¹glenia krawêdzi, kszta³t i wymiary przekrojów poprzecznych, otworów, podciêæ, ¿eber wzmacniaj¹cych, które powinny byæ dobierane wed³ug odpowiednich zaleceñ, zapewniaj¹cych prawid³owe wype³nianie gniazda formy tworzywem, w³aściwe warunki och³adzania wypraski i po¿¹dan¹ dok³adnośæ geometryczn¹. Zalecenia te ograniczaj¹ swobodê projektowania wypraski na etapie określania jej kszta³tu funkcjonalnego i wi¹¿¹ siê z pojêciem technologiczności wypraski, rozumianej jako zgodnośæ konstrukcji projektowanego wyrobu z uwarunkowaniami określonego procesu jego wytwarzania, którym w tym przypadku jest wtryskiwanie [3, 4, 5]. Otrzymanie wypraski o wysokich walorach u¿ytkowych wymaga prawid³owego doboru parametrów procesu, rodzaju tworzywa, narzêdzia o odpowiedniej konstrukcji i maszyny przetwórczej o określonych mo¿liwościach technologicznych. Prawid³owo zaprojektowana wypraska jest Ÿród³em informacji, na podstawie których dobiera siê rodzaj tworzywa, konstruuje formê wtryskow¹ i określa parametry technologiczne wtryskiwania [4, 6, 7]. Ostateczne ustalenie warunków technologicznych procesu stanowi kompromis miêdzy oczekiwan¹ jak najwiêksz¹ wydajności¹ wtryskiwania, a akceptowalnym poziomem jakości wykonania wypraski i jej cech u¿ytkowych. Z uwagi na bardzo wysokie koszty wytwarzania form wtryskowych niezbêdne jest zmniejszenie do minimum ryzyka wyst¹pienia b³êdów na ka¿dym z etapów przy-


formy wtryskowe wytworu odchy³ek i tolerancji. Deformacja stanowi sumê skurczu i wypaczenia. Przygotowanie symulacji zjawisk zachodz¹cych podczas wtryskiwania wymaga wprowadzenia ogólnych charakterystyk dotycz¹cych kszta³tu i wymiarów wypraski, w³aściwości tworzywa przetwarzanego i warunków procesu [3, 11, 12, 13]. Symulacja p³yniêcia tworzywa i wype³niania gniazda formuj¹cego oraz wynikaj¹cy z niej opis numeryczny procesu wtryskiwania u³atwia optymalizacjê konstrukcji formy, ustalenie parametrów procesu i dobór wtryskarki o odpowiednich mo¿liwościach technologicznych w celu uzyskania wypraski o odpowiedniej jakości. Analizie poddawane s¹ czynniki wp³ywaj¹ce na zachowanie siê tworzywa w trakcie procesu, miêdzy innymi ciśnienie wtryskiwania, ciśnienie docisku, grubośæ ścianek wypraski, temperatura tworzywa i temperatura gniazda formuj¹cego formy wtryskowej [15, 16, 17]. Symulacja och³adzania wypraski wtryskowej ma na celu optymalizacjê konstrukcji formy, w której uk³ad ch³odzenia projektuje siê w taki sposób, aby osi¹gn¹æ mo¿liwie najbardziej równomiern¹ intensywnośæ och³adzania przy jednoczesnym zachowaniu jak najkrótszego czasu cyklu procesu wtryskiwania. Wyniki analizy och³adzania wypraski pozwalaj¹ na skrócenie czasu cyklu wtryskiwania i obni¿enie kosztów wytwarzania bez straty jakości wytworu. Projektant formy ma mo¿liwośæ przeanalizowania oraz szybkiej oceny ró¿nych alternatywnych rozwi¹zañ konstrukcyjnych uk³adu ch³odzenia, modeluj¹c po³o¿enie i wymiary kana³ów ch³odz¹cych w odniesieniu do gniazda formuj¹cego, rodzaj medium ch³odz¹cego, natê¿enie przep³ywu i wartośæ temperatury pocz¹tkowej cieczy ch³odz¹cej. Uzyskanie mo¿liwie równomiernego stopnia odprowadzenia ciep³a z gniazda formuj¹cego skutkuje wyraŸnym zmniejszeniem wartości skurczu przetwórczego wypraski wtryskowej oraz poprawia jakośæ jej powierzchni, pozwalaj¹c w konsekwencji na otrzymanie produktu o wymaganych walorach u¿ytkowych. Unika siê przez to wysokich strat z powodu powstawania wyprasek wadliwych oraz konieczności wystêpowania kosztowych dodatkowych operacji technologicznych, jakim musia³aby byæ poddawana gotowa wypraska ju¿ po zakoñczeniu procesu wtryskiwania [4, 8, 18]. Mo¿liwośæ przeanalizowania skurczu przetwórczego oraz deformacji wypraski przy symulowanych ró¿nych parametrach procesu wtryskiwania oraz modelowanie zró¿nicowanych konstrukcyjnie uk³adów ch³odzenia formy umo¿liwia określenie po³o¿enia stref najwiêkszego skurczu oraz deformacji. Dziêki temu w fazie projektowania mo¿na przeprowadziæ optymalizacjê konstrukcji formy, dobieraj¹c zarówno rodzaj materia³u wk³adek formuj¹cych, jak i koryguj¹c odpowiednie wielkości geometryczne w celu zminimalizowania negatywnego wp³ywu skurczu przetwórczego i wypaczenia wypraski [3, 4, 10, 19]. W oparciu o wyniki sy-

mulacji mo¿na spe³niæ wymagania o charakterze jakościowym i ekonomicznym, zwi¹zane z otrzymaniem wypraski o wysokiej stabilności wymiarowej, dobrych w³aściwościach optycznych powierzchni oraz ¿¹danej dok³adności pasowania z innymi wspó³pracuj¹cymi z ni¹ czêściami. SYMULACJA NUMERYCZNA PROCESU WTRYSKIWANIA Model wypraski Symulacjê w programie Cadmould 3D-F rozpoczyna siê od zaimportowania modelu bry³owego, który przedstawia gniazdo formuj¹ce formy wtryskowej. Istotne jest, ¿e analizie numerycznej nie poddaje siê modelu wypraski, której wymiary s¹ zawsze mniejsze od gniazda formuj¹cego, lecz model przestrzenny obszaru zawartego pomiêdzy stemplem a matryc¹. Do uzyskania modelu 3D jest konieczne pos³u¿enie siê programem CAD do modelowania bry³owego, który pozwala na zapisanie pliku wyjściowego w jednym z formatów rozpoznawanych przez program Cadmould 3D-F (m.in. ANSYS, NASTRAN, IGES, STEP, STL) [14]. W celu analizy technologiczności wypraski do badañ symulacyjnych zosta³ wybrany model wypraski w kszta³cie okr¹g³ego, p³ytkiego talerza o średnicy 240 mm i wysokości 16 mm. W oparciu o model wstêpny, którego wygl¹d zosta³ przedstawiony na rys. 1, zaproponowano trzy odmiany konstrukcyjne talerza. Pierwsza z nich (oznaczona jako T-1) mia³a wykonane w dnie wybranie, w celu zrównowa¿enia grubości ścian projektowanego wyrobu. Zachowanie w miarê równomiernej grubości ścian wypraski jest jednym z podstawowych zaleceñ odnośnie technologiczności wyrobów wytwarzanych metod¹ wtryskiwania. Po wykonaniu symulacji dla modelu T-1 i analizie otrzymanych wyników wstêpnych konieczne okaza³o siê wprowadzenie w dnie talerza ¿eber wzmacniaj¹cych, co znalaz³o odzwierciedlenie w modelach T-2 oraz T-3. Wprowadzone w konstrukcji talerza ¿ebra mia³y na celu przeciwdzia³anie nadmiernej deformacji wypraski. Wygl¹d poszczególnych wersji talerza zosta³ pokazany na rys. 2. W tabeli 1 zosta³y przedstawione wielkości charakteryzuj¹ce model bry³owy wypraski, odniesione do poszczególnych typów talerza. Model gniazda formuj¹cego wykorzystany do przeprowadzenia symulacji procesu wtryskiwania zosta³ wykonany w programie Solid Edge ST5, a nastêpnie wyeksportowany do rozpoznawalnego przez program Cadmould 3D-F formatu STL [14, 20]. Dla poszczególnych typów talerza zastosowano ten sam model uk³adu wlewowego – jednopunktowy, centralny, w dnie talerza, klasyczny dla tego typu wyprasek osiowosymetrycznych. W tabeli 2 zosta³y zamieszczone wielkości charakteryzuj¹ce wygenerowan¹ siatkê MES dla modeli analizowanej wypraski w jej poszczególnych odmianach konstrukcyjnych.

Rys. 1. Wygląd i wymiary projektu wstępnego analizowanej wypraski wtryskowej

48

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


formy wtryskowe

Rys. 2. Odmiany konstrukcyjne wypraski wtryskowej: a) T-1 – wykonanie wybrania w części walcowej podstawy wraz z zaokrągleniem krawędzi, b) T-2 – dodanie układu żeber wzmacniających, c) T-3 – dodanie innego układu żeber wzmacniających

Tabela 1. Zestawienie wielkości charakteryzujących poszczególne odmiany konstrukcyjne analizowanej wypraski Model wypraski

Pole powierzchni [mm2]

Objętość [mm3]

Położenie centroidu [mm]

Masa [g]

T-1

95731

194946

X = 0,005 Y = 0,004 Z = 8,012

176,4

T-2

96591

198037

X = 0,009 Y = 0,000 Z = 7,931

179,2

T-3

97393

207097

X = 0,008 Y = 0,001 Z = 7,662

187,4

Model wypraski

T-1

T-2

T-3

648

648

648

Całkowita objętość elementów czworoościennych [mm ]

190361

190745

196635

Całkowita objętość wypraski [mm3]

194946

198037

207097

Całkowita objętość układu wlewowego [mm3]

647

647

647

Współczynnik dopasowania siatki MES

0,97656

0,96330

0,94964

Całkowita objętość elementów belkowych [mm3] 3

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

t

Tabela 2. Zestawienie charakterystyk modeli MES poszczególnych wersji wypraski

49


formy wtryskowe Warunki symulacji Ocena technologiczności konstrukcji wypraski wtryskowej zosta³a przeprowadzona na podstawie analizy wybranych wielkości charakteryzuj¹cych proces wtryskiwania, a mianowicie parametrów procesu wtryskiwania, wśród których mo¿na wyró¿niæ: czas docisku i czas ch³odzenia wypraski w formie oraz na podstawie analizy wybranych wielkości charakteryzuj¹cych wypraskê po jej wykonaniu, takich jak prawdopodobieñstwa wyst¹pienia zapadniêæ powierzchni wypraski, skurczu przetwórczego, wypaczenia oraz deformacji wypraski. Analiza przebiegu procesu wtryskiwania i wynikaj¹ca z niej ocena technologiczności wypraski zosta³a wykonana dla wcześniej przedstawionych trzech typów konstrukcji wypraski. W wykonanej symulacji procesu wtryskiwania wystêpuj¹ parametry zmienne: trzy ró¿ne odmiany konstrukcji wypraski w kszta³cie talerza, oznaczone jako T-1, T-2, T-3 oraz parametry wtryskiwania, które uleg³y zmianie z powodu odmiennej konstrukcji wyprasek: ciśnienie wtrysku, czas fazy wtrysku, natê¿enie przep³ywu (uwarunkowane czasem wtryskiwania), czas docisku i czas ch³odzenia wypraski w formie. Parametry sta³e podczas symulacji procesu wtryskiwania to temperatura formy: 35oC, temperatura wtrysku: 235oC, temperatura usuniêcia wypraski z formy: 110oC, maksymalne ciśnienie docisku: 40 MPa, wspó³czynnik przenikania ciep³a materia³u formy wtryskowej: 1000 W/mK, wspó³czynnik przenikania ciep³a otoczenia: 8 W/mK oraz temperatura otoczenia: 20oC. W tabeli 3 przedstawiono zestawienie wybranych parametrów procesu wtryskiwania dla poszczególnych typów analizowanych wyprasek wtryskowych, natomiast na rys. 3 zosta³o zamieszczone przyk³adowe okno programu Cadmould 3D-F, zawieraj¹ce ustawienia g³ównych parametrów procesu wtryskiwania.

Materia³ na wypraskê Do symulacji procesu wtryskiwania zosta³ u¿yty polipropylen (PP) o nazwie handlowej BORMED RF830MO, którego producentem jest firma BOREALIS. Wybrane w³aściwości przetwórcze tworzywa wykorzystanego podczas symulacji, znajduj¹ce siê w bazie danych Cadmould Material Data Base, zosta³y przedstawione w tabeli 4 oraz na wykresach wyeksportowanych z programu Cadmould 3D-F, zamieszczonych na rys. 4 i rys. 5.

Rys. 4. Zależność lepkości tworzywa BORMED RF830MO od szybkości ścinania [4]

Rys. 5. Wykres p-v-T dla tworzywa BORMED RF830MO przedstawiający zależność objętości właściwej od temperatury i ciśnienia [4] Tabela 4.Wybrane właściwości tworzywa BORMED RF830MO [4] Rys. 3. Przykład okna ustawień parametrów procesu wtryskiwania w programie Cadmould 3D-F dla wypraski T-1

Tabela 3. Wartości wybranych parametrów procesu wtryskiwania podczas symulacji wtryskiwania poszczególnych typów wypraski Czas fazy wtrysku [s]

Natężenie przepływu [cm3/s]

Czas fazy docisku [s]

Czas chłodzenia [s]

T-1

1,54

127,008

14,572

41,636

T-2

1,561

127,280

11,061

31,603

T-3

1,647

126,135

32,965

94,185

Model wypraski

50

Typ tworzywa

Polipropylen

Nazwa tworzywa

BORMED RF830MO

Dostawca

BOREALIS

Gęstość w temp. pokojowej

0,905

g/cm3

Masowy wskaźnik szybkości płynięcia

20 g/10

min

Przewodność cieplna

0,159

W/(m·K) mm2/s

Dyfuzyjność cieplna

0,0874

Temperatura płynięcia

153

Moduł Younga

1703,93

MPa

Liczba Poissona

0,35

o

C

Zalecane parametry cieplne dla procesu wtryskiwania Temperatura wtrysku

235

o

Temperatura formy

35

o

Temperatura usunięcia wypraski

110

o

C C C

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


formy wtryskowe Wyniki symulacji komputerowej Program Cadmould 3D-F umo¿liwia przedstawianie wyników symulacji w kilku postaciach: w postaci wykresów, tabeli, map graficznych oraz animacji. Najczêściej zakres wyników symulacji przedstawia siê w postaci graficznej poprzez mapê kolorów naniesionych na powierzchniê wypraski. Ka¿dy kolor ma przypisan¹ inn¹ wartośæ, przy czym kolor czerwony w skali reprezentuje najczêściej wartośæ najwiêksz¹, a niebieski reprezentuje najczêściej wartośæ najmniejsz¹. Zakres wartości liczbowych odniesiony do poszczególnych kolorów jest zamieszczony u góry obszaru roboczego okna Cadmould 3D-F. Rozk³ady map kolorów na powierzchni wypraski generowane przez program Cadmould mog¹ zostaæ zapisane jako pliki graficzne. Czêśæ wyników mo¿e byæ przedstawionych w formie wykresów. Po wykonaniu pe³nej symulacji niektóre wyniki zapisywane s¹ w plikach tekstowych. Wartości liczbowe z pliku tekstowego mog¹ byæ przeniesione do arkusza kalkulacyjnego, na przyk³ad do programu Microsoft Excel, a na ich podstawie mo¿na generowaæ potrzebne wykresy i zestawienia. W przedstawionym artykule, z uwagi na za³o¿ony cel analizy numerycznej, przestawiono jedynie wybrane wyniki otrzymanych symulacji komputerowych, w celu ograniczenia objêtości publikowanego materia³u oraz zachowania przejrzystości i czytelności zamieszczonych danych.

W tabeli 5 przedstawiono zestawienie wybranych wyników przeprowadzonych symulacji komputerowych dla poszczególnych trzech odmian konstrukcyjnych analizowanej wypraski, odniesionych do wype³niania gniazda formuj¹cego formy wtryskowej oraz do ch³odzenia wypraski. Analizie zosta³y poddane miêdzy innymi maksymalna temperatura tworzywa podczas fazy wtrysku, maksymalne ciśnienie podczas fazy wtrysku i maksymalne naprê¿enia ścinaj¹ce podczas fazy wtrysku, a tak¿e czynniki charakteryzuj¹ce geometriê wypraski, a mianowicie skurcz średni oraz skurcz ca³kowity, a tak¿e maksymalne wartości wypaczenia (warpage) oraz deformacji (deformation). Sprawdzono tak¿e, czy zmiana konstrukcji wypraski wp³ywa na wartośæ si³y zamykania formy wtryskowej, opisanej za pomoc¹ wartości sk³adowych w osiach X, Y i Z. W wyprasce oznaczonej T-1 poprzez wykonanie wybrania w dnie talerza oraz zaokr¹glenie krawêdzi osi¹gniêto zrównowa¿enie grubości przekrojów poprzecznych wypraski oraz uproszczono drogê p³yniêcia tworzywa, dziêki czemu gniazdo formuj¹ce wype³nia³o siê równomiernie, a czas fazy wtrysku by³ najkrótszy. Niestety, p³askie dno talerza o stosunkowo du¿ym polu powierzchni wykazywa³o tendencjê do odkszta³cania siê, co prowadzi³o do wystêpowania zapadniêæ na ca³ej powierzchni dna talerza. Po³o¿enie obszarów zapadniêæ powierzchni w modelu wypraski T-1 zosta³o pokazane na rys. 6. Prawdopodobieñstwo

Tabela 5. Wartości wybranych czynników charakteryzujących wypraskę i proces wtryskiwania otrzymanych podczas symulacji wtryskiwania poszczególnych typów wypraski Typ wypraski

T-1

T-2

T-3

Maksymalna temperatura tworzywa podczas fazy wtrysku [°C]

245,1

245,0

244,8

Maksymalne ciśnienie wtrysku [MPa]

54,9

55,1

52,2

Maksymalna prędkość ścinania [1/s]

118744

117381

114672

Zapadnięcia powierzchni [%]

38,6

64,4

1,6

Skurcz średni [%]

1,5

1,7

1,1

Maksymalna deformacja [mm]

1,957

2,402

1,395

Skurcz całkowity [%]

2,312

2,621

1,696

Maksymalne zniekształcenie [mm]

1,006

1,469

0,627

Siła zamykania formy w osi X [kN]

123,932

123,629

123,787

Siła zamykania formy w osi Y [kN]

123,668

123,536

123,624

Siła zamykania formy w osi Z [kN]

1762,550

1762,053

1762,958

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

Rys. 7. Graficzne przedstawienie obszarów wypraski z prawdopodobieństwem wystąpienia na nich zapadnięć powierzchni – w odniesieniu do wersji T-2 wypraski

t

Rys. 6. Graficzne przedstawienie obszarów wypraski z prawdopodobieństwem wystąpienia na nich zapadnięć powierzchni – w odniesieniu do wersji T-1 wypraski

51


formy wtryskowe

Rys. 8. Graficzne przedstawienie obszarów wypraski z prawdopodobieństwem wystąpienia na nich zapadnięć powierzchni – w odniesieniu do wersji T-3 wypraski

wyst¹pienia tych obszarów zosta³o podzielone na trzy grupy: na czerwono s¹ zaznaczone obszary, gdzie ryzyko powstania zapadniêæ jest najwiêksze; kolorem ¿ó³tym oznaczono obszary wypraski, gdzie prawdopodobieñstwo wyst¹pienia zapadniêæ powierzchni jest średnie, a na zielono zaznaczono obszary, gdzie ryzyko powstania zapadniêcia powierzchni wypraski jest najmniejsze. W celu usztywnienia dna talerza zaproponowano dwa rodzaje ¿eber usztywniaj¹cych, wystêpuj¹cych w wersjach wypraski oznaczonych odpowiednio T-2 i T-3. W przypadku ¿eber o niewielkich rozmiarach wystêpuj¹cych w wersji T-2, osi¹gniêto w prawdzie dalsze skrócenie czasu fazy docisku oraz ch³odzenia, ale skurcz i deformacja wypraski nie uleg³y poprawie, a pogorszy³y siê, osi¹gaj¹c wartości jeszcze wy¿sze, ni¿ w pierwszej wersji. ¯ebra w wersji T-2 by³y za cienkie i nie spe³ni³y planowanej roli. Po³o¿enie obszarów zapadniêæ wypraski T-2 przedstawiono na rys. 7. W wersji T-3 zaprojektowano ¿ebra o wiêkszej grubości i szerokości. Miejscowy wzrost przekroju poprzecznego ¿eber spowodowa³ nieznaczne zwiêkszenie siê czasu fazy wtrysku w porównaniu z wersjami wypraski T-1 i T-2 oraz znacz¹ce zwiêkszenie siê czasu fazy docisku oraz ch³odzenia, istotnie wp³ywaj¹ce na

Rys. 9. Położenie obszarów o największej deformacji kształtu wypraski w poszczególnych odmianach konstrukcyjnych talerza

52

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


formy wtryskowe

Rys. 10. Wartość deformacji analizowanych odmian konstrukcyjnych wypraski – dla poszczególnych osi X, Y, Z oraz całkowite

Rys. 11. Graficzne przedstawienie obszarów wypraski z prawdopodobieństwem wystąpienia na nich zapadnięć powierzchni będące wynikiem dodatkowej symulacji dla modelu T-2 Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

jak i w obszarze jego podstawy, natomiast w odmianie T-3 wartośæ deformacji by³a najmniejsza i by³a zlokalizowana tylko na obrze¿u talerza. Na wykresie zamieszczonym na rys. 10 zosta³o przedstawione zestawienie wartości deformacji wypraski, jednostkowe dla poszczególnych osi X, Y i Z oraz ca³kowite dla poszczególnych odmian konstrukcyjnych talerza. Z uwagi na najd³u¿szy czas pe³nego cyklu wtryskiwania, którym charakteryzowa³a siê wypraska w wersji T-3 (uznana za najlepsz¹ z punktu widzenia jej dok³adności wymiarowej), przeprowadzono dodatkowe symulacje dla wersji talerza T-2, która charakteryzowa³a siê najkrótszym czasem pe³nego cyklu. Celem tej analizy uzupe³niaj¹cej by³ taki dobór czasu fazy docisku oraz ch³odzenia dla modelu T-2, aby uzyskaæ dok³adnośæ wymiarow¹ zbli¿on¹ do wypraski T-3, ale przy czasie pe³nego cyklu wyraŸnie krótszym ni¿ w przypadku tego modelu. Przy wyd³u¿eniu fazy docisku z 11s do 20s (stanowi¹cego wtedy ok. 64% fazy docisku wypraski T-3) oraz wyd³u¿eniu fazy ch³odzenia z 33s do 60s (stanowi¹cego wówczas ok. 64% fazy ch³odzenia wypraski T-3) dla modelu wypraski T-2 otrzymano nastêpuj¹ce, wybrane dla porównania, wyniki: maksymalna prêdkośæ ścinania podczas fazy wtrysku 107772s-1, zapadniêcia powierzchni 14,7% (wyraŸna zmiana w stosunku do 64,4% z wcześniejszej symulacji), skurcz średni 1,3%, maksymalna deformacja 1,651 mm, skurcz ca³kowity 2,089% i maksymalne zniekszta³cenie 0,664 mm. Inne wielkości, wystêpuj¹ce w tabeli 5 nie uleg³y w symulacji dodatkowej znacz¹cym zmianom. Obszar wypraski T-2 objêty zapadniêciami powierzchni by³ kszta³tem zbli¿ony do tego z wcześniejszej symulacji, co zosta³o przedstawione na rys. 11, ale jego pole powierzchni i wartośæ wymiarów geometrycznych tych zapadniêæ by³a mniejsza, co odzwierciedla wymienione wy¿ej zmniejszenie siê wartości skurczu, wypaczenia i deformacji. Mo¿na zatem przyj¹æ, ¿e zmiana parametrów wtryskiwania dla modelu wypraski T-2 mo¿e stanowiæ rozwi¹zanie kompromisowe pomiêdzy krótkim czasem cyklu, jaki osi¹gniêto dla modelu T-2, a najlepsz¹ dok³adności¹ wymiarow¹, otrzyman¹ w przypadku modelu T-3. WNIOSKI Program Cadmould 3D-F umo¿liwia szczegó³ow¹ analizê zjawisk zachodz¹cych podczas procesu wtryskiwania tworzyw polimerowych. Na podstawie wykonanych symulacji procesu wtryskiwania wypraski w kszta³cie talerza przeanalizowano technologicznośæ jej 53

t

pogorszenie wydajności wtryskiwania. Z punktu widzenia cech geometrycznych wersja konstrukcyjna T-3 uzyska³a najlepszy rezultat, bowiem skurcz średni, skurcz ca³kowity, wypaczenie i deformacja mia³y najmniejsze wartości, nawet o kilkadziesi¹t procent. Z analizy rozk³adu mapy prawdopodobieñstwa wyst¹pienia zapadniêæ powierzchni wypraski T-3, przedstawionej na rys. 8, ten typ konstrukcji talerza nale¿y uznaæ za najkorzystniejszy, bowiem w jego przypadku obszary zaznaczone na czerwono oraz na ¿ó³to zajmuj¹ mniejsz¹ powierzchniê. Wprawdzie na górnej powierzchni talerza pojawiaj¹ się zapadniêcia uk³adaj¹ce siê dok³adnie naprzeciw wystêpuj¹cych w dnie ¿eber i mo¿na przypuszczaæ, ¿e takie krzy¿owe zag³êbienie w dnie talerza nie wygl¹da³oby zbyt estetycznie, ale przyjêto, ¿e podstawowym kryterium oceny zapadniêæ powierzchni wypraski bêd¹ wartości liczbowe (im mniejsze, tym lepsze), a nie ich kszta³t. Na rys. 9 zosta³y pokazane mapy graficzne ilustruj¹ce obszary deformacji analizowanych wyprasek, z których wynika, ¿e w wersjach konstrukcyjnych wyprasek T-1 oraz T-2 maksymalna wartośæ deformacji wystêpowa³a zarówno na obrze¿u talerza,


formy wtryskowe kilku odmian konstrukcyjnych, z punktu widzenia wybranych parametrów charakteryzuj¹cych przebieg procesu wytwarzania oraz wielkości charakteryzuj¹cych cechy geometryczne wypraski. Podstawowym kryterium by³a dok³adnośæ wymiarowa, jednak¿e zwrócono tak¿e uwagê na aspekt wydajności wytwarzania, której miar¹ by³ czas trwania analizowanych faz cyklu wtryskiwania. Wypraska w kszta³cie talerza nale¿y do grupy wyprasek cienkościennych, które s¹ szczególnie podatne na deformacjê i zniekszta³cenia, w zwi¹zku z czym jest konieczne stosowanie ¿eber usztywniaj¹cych lub nadawanie wyprasce odpowiednich proporcji kszta³towo-wymiarowych, zgodnie z zaleceniami odnośnie technologiczności wyprasek wtryskowych. W poszczególnych rozwi¹zaniach konstrukcyjnych wypraski ró¿nice miêdzy analizowanymi wielkościami niekiedy by³y znacz¹ce, czego przyk³adem mo¿e byæ ponad dwukrotnie d³u¿szy czas fazy docisku i ch³odzenia pomiêdzy modelami T-1 oraz T-3, a tak¿e skurcz wtryskowy ca³kowity ró¿ni¹cy siê o oko³o 35% pomiêdzy modelami T-2 oraz T-3. Z punktu widzenia wydajności wytwarzania za bardziej technologiczn¹ nale¿a³oby uznaæ wypraskê T-2, bowiem w jej przypadku otrzymano najkrótszy czas wykonania, jednak¿e mia³a ona gorsz¹ dok³adnośæ wymiarow¹. Z kolei wersja T-3 charakteryzowa³a siê bardzo dobrym zachowaniem kszta³tu i wymiarów, co wi¹za³o siê ze znacz¹co d³u¿szym czasem cyklu wtryskiwania i negatywnie wp³ywa³o na wydajnośæ procesu. Korzystaj¹c z mo¿liwości oprogramowania, przeanalizowano alternatywne rozwi¹zanie, w którym dla najbardziej ekonomicznego, ale najmniej dok³adnego modelu wypraski T-2 w serii symulacji ustalono parametry procesu przetwórczego w taki sposób, aby poprawiæ cechy wymiarowe, ale jednocześnie uzyskaæ czas cyklu krótszy ni¿ w modelu T-3. Osi¹gniête w ten sposób wyniki stanowi³y rozwi¹zanie o charakterze pośrednim, w którym nale¿a³o dokonaæ wyboru miêdzy dok³adności¹ i estetyk¹ wyrobu, a czasem i nak³adami na jego wykonanie. Pos³uguj¹c siê programami do symulacji procesu wtryskiwania nale¿y pamiêtaæ, ¿e otrzymane rezultaty, chocia¿ wydatnie s³u¿¹ pomoc¹ konstruktorom oraz technologom, nadal stanowi¹ jedynie próbê przedstawienia procesu wtryskiwania, który zachodzi wewn¹trz formy wtryskowej. Wyniki symulacji stanowi¹ zbiór, s¹ wy³¹cznie wskazówkami, jaki kierunek prac konstrukcyjnych obraæ i nale¿y je skonfrontowaæ z rzeczywistymi mo¿liwościami produkcji oraz doświadczeniem konstruktorów. Ważne jest, aby pracownik obs³uguj¹cy program do symulacji procesu wtryskiwania posiada³ niezbêdn¹ wiedzê oraz praktykê z zakresu przetwórstwa tworzyw. LITERATURA [1] D.V. Rosato, D.V., Rosato, M.G. Rosato: Injection Molding Handbook. Kluwer Academic Publisher, Norwell 2000. [2] R. Sikora: Przetwórstwo tworzyw wielkocz¹steczkowych. Wydawnictwo Edukacyjne, Warszawa 1993. [3] J.P. Beaumont, R. Sherman, R.F. Nagel: Successful Injection Molding: Process, Design, and Simulation. Carl Hanser Verlag, Munich 2002. [4] D.O. Kazmer: Injection Mold Design Engineering. Carl Hanser Verlag, Munich 2007. [5] E. Boci¹ga: Procesy determinuj¹ce przep³yw tworzyw w formie wtryskowej i jego efektywnośæ, Wydawnictwo Politechniki Czêstochowskiej, Czêstochowa 2001. [6] H. Zawistowski, D. Frenkler: Konstrukcja form wtryskowych do tworzyw termoplastycznych. Wydawnictwo Poradników i Ksi¹¿ek Technicznych Plastech, Warszawa 2003. [7] Z. Chen, L.S. Turng: A review of current developments in process and quality control for injection molding. Advances in 54

Polymer Technology 2005, 24, 3, 165–182. [8] H. Zhou: Computer Modeling for Injection Molding: Simulation, Optimization, and Control. John Wiley & Sons Inc., Hoboken 2013. [9] L. Dulebová, I. Gajdoš: Design of injection mould using CAE. Výrobné inžinierstvo 2009, 8, 2, 60-62. [10] M. Heneczkowski: Przyk³ady zastosowania symulacji wtryskiwania do korygowania konstrukcji wyprasek. Projektowanie i Konstrukcje In¿ynierskie, 2010, 4, 14-20. [11] L. Dulebová, F. Greškoviè, B. Duleba, V. Krasinskiy: Optimization of injection molding manufacturing for automotive industry. Transfer inovácií 2012, 24, 200-204. [12] T. Jachowicz, T. Garbacz: Modelowanie i symulacja zjawisk zachodz¹cych w formie wtryskowej przy u¿yciu programu I-DEAS®. X Szko³a Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji, Jurata 2006. Wydawnictwo Garmond,Warszawa 2006. [13] B. Duleba, F. Greškoviè: Application of CA systems at design and simulation of plastic molded parts. International Journal of Advanced Engineering Technology 2012, 3, 4, 1-7. [14] Cadmoul 3D-F. Instrukcja u¿ytkownika, wersja 5. Simcon 2012 (wersja elektroniczna). [15] D. Modi, P. Šimáèek, S. Advani: Influence of injection gate definition on the flow-front approximation in numerical simulations of mold-filling processes. International Journal for Numerical Methods in Fluids 2003, 42, 11, 1237–1248. [16] R. El Otmani, M. Zinet, M. Boutaous, H. Benhadid: Numerical simulation and thermal analysis of the filling stage in the injection molding process: Role of the mold-polymer interface. Journal of Applied Polymer Science 2011, 121, 3, 1579–1592. [17] L. Yu, C.G. Koh, L.J. Lee, K.W. Koelling, M.J. Madou: Experimental investigation and numerical simulation of injection molding with micro-features. Polymer Engineering & Science 2002, 42, 5, 871–888. [18] M. Ambroziak: Analiza systemu ch³odzenia w programie Cadmould. TS Raport 2012, 64. [19] F. Fen Liu, S. Zeng, H, Zhou, J. Li: A study on the distinguishing responses of shrinkage and warpage to processing conditions in injection molding. Journal of Applied Polymer Science 2012, 125, 1, 731–744. [20] P. Szymczak: Solid Edge. Synchronous Technology. Wydawnictwo CAMdivision,Wroc³aw 2012.

Artykuł był opublikowany w czasopismie „Przetwórstwo Tworzyw” 3 (maj–czerwiec) 2014.

dr inż. Tomasz Jachowicz Katedra Procesów Polimerowych, Politechnika Lubelska ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin Branislav Duleba Department of Technologies and Materials Faculty of Mechanical Engineering Technical University of Kosice, Masiarska 74, 040 01 Kosice, Slovakia Volodymyr Krasinskyi Lviv Polytechnic National University Department of Chemical Technology of Plastics 12 S. Bandera str., 79013 Lviv, Ukraine Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


tworzywa polimerowe

Nowe trendy w przetwórstwie poli(tereftalanu etylenu) – cz. 2 Małgorzata Poszwa, Przemysław Poszwa, Michał Grzelak

N

iniejszy artykuł stanowi drugą część pracy poświęconej innowacjom w przetwóstwie poli(tereftalanu etylenu). W poprzedniej części przedstawiono BioPET (PET, w którym w syntezie wykorzystano substraty pochodzenia roślinnego), spieniony PET oraz omówiono trend zmniejszania grubości opakowań. Zaprezentowane trendy zostały podsumowane i przeanalizowane w zbiorczej tabelce na końcu tej części artykułu.

(niekorzystnie wpływających na jakość produktu) dyfunduje przez opakowania polimerowe. Z kolei mniejsze oddziaływanie z wyrobem pozwala wydłużyć przydatność produktów do spożycia. Jest to aspekt typowo użytkowy, gdyż wiele osób nie ma czasu na częste zakupy, a opakowania z wysoką barierowością pozwalają zachować świeżość towaru przez dłuższy czas. Poza tym własność ta umożliwia gromadzenie zapasów jedzenia, a także chroni żywność przed wyrzuceniem ze względu na zepsucie.

BARIEROWOŚĆ PET Zadaniem opakowań jest ochrona produktu przed środowiskiem zewnętrznym (działaniem tlenu, wilgoci, światła, uszkodzeniami mechanicznymi). W odpowiedzi na zapotrzebowanie włoska firma SIPA wprowadziła na rynek technologię znaną pod nazwą SmartCoat®. Jest ona używana w przypadku opakowań wytwarzanych m.in. z PET. Polepszenie właściwości barierowych można było uzyskać poprzez zaaplikowanie na zewnętrznej powierzchni opakowania powłoki ochronnej. Proces ten polega na zanurzeniu opakowania w substancji oraz odwirowaniu. Na koniec opakowanie zostaje poddane suszeniu za pomocą promieniowania podczerwonego oraz ultrafioletowego. Można uzyskiwać różną barierowość w zależności od ilości powłok (różne zapotrzebowanie w zależności od rodzaju produktu). Efektem procesu może był zwiększenie barierowości na tlen nawet 12 razy, na dwutlenek węgla nawet 4 razy. Pierwsza powłoka nadaje opakowaniu podstawowy wzrost barierowości. Kolejne powłoki gwarantują ochronę mechaniczną i termiczną pierwszej warstwy [6]. Innym przykładem jest firma APPE, której produktem jest również system barierowy ActivSeal®. Ma on za zadanie ochronę wyrobu przed szkodliwym oddziaływaniem tlenu (szczególnie często używany przy pakowaniu soków, aby zachować ich świeżość). System ActivSeal® złożony jest z dwóch elementów butelki z katalizatorem oraz zamknięcia z aktywnym wodorem. Opakowanie zostaje napełnione wyrobem, a następnie zamknięte. Wtedy następuje proces uwolnienia wodoru. Podczas przenikania tlenu do opakowania następuje proces łączenia się go z wodorem, w wyniku którego powstaje woda. Zachodzące procesy nie mają wpływu na cechy organoleptyczne produktu [1]. Innymi technologiami poprawiającymi barierowość są Amdry® (barierowość dla wilgoci), BindOx® (ograniczenie przenikania tlenu oraz CO2) oraz Xamos® (znaczące wydłużenie trwałości mleka) [2]. Wzrost barierowości ma kluczowe znaczenie w opakowalnictwie – dzięki wysokiej barierowości mniejsza ilość substancji

BUTELKI TERMOFORMOWANE Pierwsze próby produkcji butelek techniką termoformowania zostały przeprowadzone już w latach 30. poprzedniego stulecia, jednakże nie odniosły one komercyjnego sukcesu [7]. Od paru lat nastąpiło zwrócenie uwagi na tę metodę produkcji opakowań do napojów. W 2008 r. firma Illig Maschinenbau zaproponowała technologię umożliwiającą produkowanie butelek o pojemności 50–200 ml. Ze względu na podobieństwo do standardowego termoformowania występują ograniczenia co do wysokości butelek (stąd niska kubatura butelek). Zaletą tej metody jest drastyczne zmniejszenie masy butelki. Odpowiednikiem butelki o gramaturze 8,5 g otrzymywanej metodą wtryskiwania i rozdmuchiwania jest butelka wykonana techniką termoformowania o masie ok. 4,5 g. Wadą tego rozwiązania jest brak możliwości uformowania gwintu. W 2011 r. francuska firma Agami zaprojektowała technologię o nazwie „Roll ‘N Blow”, polegającą na pocięciu arkusza tworzywa na paski i uformowaniu go w tubę, która następnie jest podgrzewana i rozdmuchiwana. Umożliwia ona formowanie wysokich butelek o objętości od 100 do 500 ml. Kolejnym innowacyjnym rozwiązaniem w termoformowaniu butelek jest zastosowanie łączenia opakowania z więcej niż jednego arkusza. W ten sposób firma Hol-Pack zaczęła produkować opakowania o pojemności do 1,25 l przy wykorzystaniu dwóch arkuszy, których kołnierze są łączone pod koniec procesu formowania. Linie łączenia mogą być zorientowane wzdłuż lub w poprzek osi symetrii butelki [3] Zastosowanie technologii termoformowania do produkcji butelek pozwala znacząco zredukować masę opakowania. Od niedawna jest również możliwa produkcja opakowań o objętości powyżej 1 litra. Nowe rozwiązania w termoformowaniu pozwalają na uzyskiwanie butelek o niestandardowych kształtach, co przedstawiono na rys. 1. Redukcja masy opakowania niesie za sobą takie same korzyści jak zastosowanie spienionego PET oraz

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

55

t

Poli(tereftalan etylenu)(PET) jest tworzywem termoplastycznym o bardzo szerokich zastosowaniach. Odznacza się bardzo dobrymi właściwościami zarówno mechanicznymi, jak i estetycznymi. Jest wykorzystywany do produkcji włókien, butelek, opakowań, a także w zastosowaniach konstrukcyjnych. W niniejszej pracy przeprowadzono analizę nowych trendów występujących w przetwórstwie PET. Omówiono najważniejsze trendy rozwijane w ostatnich latach, uwzględniając ich wpływ na różne aspekty związane z produkcją wyrobów. Na podstawie opracowania wyznaczono główny kierunek, w którym podąża branża przetwórcza.


tworzywa polimerowe

Rys. 1. Technologia „Roll ‘N Blow” (z lewej) oraz technologia termoformowania z więcej niż 1 arkusza – łączenie w poprzek osi symetrii (po środku), łączenie wzdłuż osi symetrii (z prawej). Źródło: http://bestinpackaging.com/2012/01/22/ manufacturing-bottles-by-thermoforming-film-material/

optymalizacja geometrii opakowań – obniżenie kosztów produkcji opakowania, obniżenie zapotrzebowania na paliwa kopalne (do produkcji i transportu butelek) oraz niższe koszty transportu. Dodatkowo w przypadku termoformowania urządzenia są tańsze niż w przypadku technologii wtryskiwania i rozdmuchiwania, a sama technologia wymaga niższych nakładów finansowych przy wprowadzaniu nowego modelu wyrobu. OPAKOWANIA Z REGRANULATU DOPUSZCZONE DO KONTAKTU Z ŻYWNOŚCIĄ Aktualnie większość PET uzyskiwanego na drodze recyklingu jest wykorzystywana do produkcji włókien – wynika to z zanieczyszczenia PET oraz spadku IV. Materiały przeznaczone do kontaktu z żywnością muszą odznaczać się nadzwyczajną czystością. Dopuszczalne wartości emisji szkodliwych substancji do żywności regulują stosowne jednostki europejskie (EFSA) i amerykańskie (FDA) [5]. Od niedawna pojawiają się instalacje przemysłowe pozwalające na wystarczająco dobre oczyszczenie recyklatu PET i tym samym ponowne dopuszczenie materiału do kontaktu z żywnością. Przykładem jest firma Starlinger oferująca technologię Starlinger deCON. Pierwszym jej etapem jest wstępne podgrzanie materiału i jego transport przy obniżonym ciśnieniu do reaktora deCON, gdzie dochodzi do dekontaminacji, czyli usunięcia zanieczyszczeń. Następnie materiał wędruje do kolejnego modułu linii produkcyjnej (Viscotec, brak daty). W oparciu o tę technologię powstał szereg innych procesów, po których PET jest również dopuszczony do kontaktów z żywnością („Re-PET”, „Etimex”, „Dannemann”, „Dentis”, „PRT”, „Tec-Folien”, „Linpac”, „Fellinger A flakes”, „TDX” and „HVZ”) [4]. Stosowanie recyklowanego PET do produkcji opakowań do żywności ma przede wszystkim wymiar ekonomiczny i ekologiczny, ponieważ dzięki tej technologii możliwe jest ponowne wykorzystanie tańszego materiału do produkcji opakowań do żywności. Dodatkowo możliwość recyklingu zwiększa zapotrzebowanie

na materiał z odzysku (który jest tańszy od oryginalnego), dzięki czemu istnieje szansa na wzrost zaangażowania przemysłu przetwórstwa tworzyw sztucznych w recykling PET. POLIKONDENSACJA W MASIE Polikondensacja w masie (Solid State Polycondensation – SSP) jest procesem, który służy do otrzymywania polimerów. Okazuje się jednak, iż ma on również zastosowanie w poprawie właściwości tworzyw sztucznych. Ze względu na właściwości polikondensacji (będącej procesem odwracalnym) istnieje możliwość jego przeprowadzenia na tworzywie, którego właściwości mechaniczne pogorszyły się na wskutek degradacji. Degradacja oznacza, iż łańcuchy tworzące polimer uległy skróceniu. Polikondensacja powoduje ponowne połączenie się łańcuchów, dzięki czemu właściwości materiału ulegają znaczącej poprawie. Aby było to możliwe, należy podgrzać materiał do wysokiej temperatury oraz umieścić go w próżni. Próżnia powoduje, iż cząsteczki wody tworzące się na skutek polikondensacji są odessane z objętości reaktora, w którym przeprowadza się proces. Dzięki temu proces poprawy parametrów mechanicznych może dalej postępować [8]. Technologia SSP pozwala poprawić jakość tworzywa, co oznacza, iż materiał o niskich właściwościach, który był poddawany recyklingowi energetycznemu może zostać ponownie zawrócony do procesu. Pozwala to zaoszczędzić paliwa kopalne potrzebne do wyprodukowania nowego tworzywa. ZAKOŃCZENIE W oparciu o opracowanie nowych trendów w przetwórstwie PET przeprowadzono analizę wpływu na różne aspekty związane z produkcją wyrobów, której wyniki zebrano w tabeli 1. W oparciu o powyższe dane można stwierdzić, iż wszystkie trendy w mniejszym lub większym stopniu prowadzą do zwiększenia ekologiczności procesu. Z jednej strony jest to związane z wprowadzeniem innowacji pozwalających zredukować zużycie surowca. Z drugiej strony rozwijane są technologie umożliwia-

Tabela 1. Porównanie wpływu trendów w przetwórstwie PET (+++++ bardzo duży wpływ, + bardzo mały wpływ) Ekologiczność

Ekonomiczność

Innowacyjność

Estetyka i funkcjonalność

BioPET

+++++

Brak informacji

++++

Brak wpływu

Spieniony PET

+++

+++++

++

Brak wpływu

Zmniejszenie gramatury opakowań

++

++

+

Brak wpływu

Barierowość

++

++

+++

+++++

Termoformowanie butelek

++++

+++++

++

+++

Recyklat do kontaktu z żywnością

++++

++

+++

Brak wpływu

Polikondensacja w masie

+++++

+++

+++++

Brak wpływu

Źródło: opracowanie własne

56

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


tworzywa polimerowe jące ponowne wykorzystanie tworzywa w szerszym spektrum zastosowań oraz podejmowane są próby otrzymywania PET z surowców odnawialnych. Zastosowanie technologii ograniczających zużycie tworzywa wpływa również korzystnie na ekonomiczność procesu, ponieważ koszty związane z zakupem surowca maleją. Ocena innowacyjności opierała się przede wszystkim na zastosowaniu nieistniejących dotychczas rozwiązań. Stąd też najwyższe oceny uzyskały technologie otrzymywania PET z odnawialnych źródeł oraz polikondensacja w masie, która powoduje niejako regenerację tworzywa, które uległo degradacji. Większość technologii nie ma żadnego wpływu na estetykę ani funkcjonalność wyrobów. Jedynie poprawa barierowości (umożliwiająca dłuższe przechowywanie łatwo psujących się produktów spożywczych) oraz termoformowanie (pozwalające na formowanie niespotykanych wcześniej geometrii) cechują się rozszerzeniem możliwości uzyskania nowych walorów funkcjonalnych i estetycznych. LITERATURA [1] APPE, PET Packaging for Plastic Bottles and Containers. [Online]. Available at: http://www.packaging-int.com/suppliers/ artenius-pet-packaging-europe.html. Data uzyskania dostępu: 20 Luty 2014. [2] APPE, Technologie barierowe. [Online]. Available at: http:// www.appepackaging.com/lang/polish/dzialania/technologie-barier/. Data uzyskania dostępu: 20 Luty 2013. [3] Best in Packaging, 2012. Manufacturing Bottles by Thermoforming Film Material. [Online]. Available at: http://bestinpackaging.com/2012/01/22/manufacturing-bottles-by-thermoformingfilm-material/. Data uzyskania dostępu: 21 Luty 2014. INFORMACJA

[4] EFSA, Plastics and plastic recycling. [Online]. Available at: http://www.efsa.europa.eu/en/topics/topic/plasticrecycling. htm. Data uzyskania dostępu: 21 Luty 2014. [5] FDA, Recycled Plastics in Food Packaging. [Online]. Available at: http://www.fda.gov/Food/IngredientsPackagingLabeling/ PackagingFCS/RecycledPlastics/default.htm. [6] Plastech, 2011. Smartcoat poprawia właściwości barierowe opakowań. [Online]. Available at: http://www.plastech.pl/wiadomosci/Smartcoat-poprawia-wlasciwosci-barierowe-opakowan, n5200. Data uzyskania dostępu: 20 Luty 2014. [7] Plastics Today, 2011. Plastics packaging: Thermoformed bottles showcased at upcoming trade show. [Online] Available at: http://www.plasticstoday.com/mpw/product-watch/plastics-packaging-thermoformed-bottles-showcased-upcoming-trade-show-03213. Data uzyskania dostępu: 21 Luty 2014. [8] Starlinger, recoSTAR SSP. [Online]. Available at: http://www. starlinger.com/en/recycling/solid-state-polycondensation/recostar-ssp/. Data uzyskania dostępu: 22 Luty 2014. Artykuł był publikowany w czasopiśmie „Debiuty Ekonomiczne” 2015, nr 15, s. 146–161.

Niniejszy tekst stanowi drugą część artykułu, którego pierwszy fragment był publikowany w numerze 6/2018 „Tworzyw Sztucznych w Przemyśle”.

mgr inż. Przemysław Poszwa mgr inż. Małgorzata Poszwa Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania Politechnika Poznańska Michał Grzelak GTX Hanex Plastic Sp. z o.o.

P R A S O WA

INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH I BARWNIKÓW w TORUNIU ODDZIAŁ FARB I TWORZYW w GLIWICACH zaprasza do udziału w 13. Międzynarodowej Konferencji pt. ADVANCES IN PLASTICS TECHNOLOGY (POSTĘPY W TECHNOLOGII TWORZYW POLIMEROWYCH)

Konferencja odbędzie się w dniach 29–31 października 2019 r. w HOTELU GORCZOWSKI**** w Chorzowie, ul. Stefana Batorego 35 Tematyka Konferencji: l Nowości w zakresie bazy surowcowej do produkcji tworzyw: materiały polimerowe (żywice, mieszanki do formowania, biopolimery, nanopolimery), kompozyty i nanokompozyty polimerowe, pigmenty i barwniki, koncentraty polimerowe, napełniacze i dodatki wzmacniające, środki pomocnicze i modyfikatory; l Osiągnięcia w zakresie przetwórstwa tworzyw i ich stosowania; l Nowoczesne rozwiązania dotyczące maszyn i oprzyrządowania w przetwórstwie tworzyw; l Ochrona środowiska naturalnego, recykling, regulacje prawne; l Zagadnienia badawcze i rozwojowe oraz kontrolno-pomiarowe; l Trendy rynkowe. Język konferencji – angielski i polski (symultaniczne tłumaczenie). Czas prezentacji referatu – 25 min. (wraz z dyskusją). Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

Opłata konferencyjna dla osoby wygłaszającej referat lub prezentującej plakat – 1000 zł + 23% VAT. Termin przysłania tytułu referatu lub plakatu (w j. angielskim i polskim), skrótów (do 120 słów w j. angielskim) oraz biografii osoby wygłaszającej referat (do 50 słów w j. angielskim) – 31 maja 2019 r. Termin przysłania pełnych tekstów wystąpienia (do 10 stron formatu A4) lub gotowej prezentacji w języku angielskim – 30 sierpnia 2019 r. Podczas konferencji jest możliwość promocji firmy w formie wkładki reklamowej do materiałów konferencyjnych, plakatu oraz stanowiska promocyjnego.

Informacje: mgr inż. Anna Pająk, Maria Błach Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników Oddział Farb i Tworzyw, ul. Chorzowska 50A 44-100 Gliwice tel. bezp.: 32 231 9043, fax: 32 231 2674 a.pajak@impib.pl, www.impib.pl 57


podsumowanie roku 2018 i plany na rok 2019 automatyka i robtyka

Realna potrzeba czy chwilowy trend wśród krajowych MSP

Bezpieczna interakcja człowieka z robotem Joanna Kulik, Łukasz Wojtczak

Przedmiotem artykułu jest przedstawienie specyfiki robotyzacji małych i średnich przedsiębiorstw (MŚP) produkcyjnych w Polsce, w szczególności z uwzględnieniem robotów kooperacyjnych i kolaborujących (cooperation, collaboration). Przedstawione zostaną aktualne światowe kierunki, trendy rozwoju robotyki przemysłowej w tych właśnie obszarach. Jednocześnie w artykule przedstawiony jest aspekt bezpieczeństwa, jako najistotniejszy element bezpośredniej interakcji człowieka z robotem. Przedstawione dwa, zdobywające coraz większą popularność kierunki współpracy człowieka i robota, są w praktyce realizowane już na stanowiskach produkcyjnych. Przybliżając, pierwszy z nich to kooperacja, rozumiana tu jako współpraca człowieka z robotem, w wykonaniu niemal standardowym (w wersji sterowania zwanej potocznie safety), bez ogrodzeń. Z kolei drugi, to kolaboracja i pod tym pojęciem, na potrzeby niniejszego opracowania rozumie się współpracę człowieka „ramię w ramię” z robotem.

HISTORIA ROBOTYKI Z PUNKTU WIDZENIA CZŁOWIEKA Termin „robot” wywodzi się z Czech. Po raz pierwszy tego określenia użył w 1921 r. czeski pisarz Karel Ĉapek w swojej sztuce pt.: Roboty uniwersalne Rossuma (R.U.R). Pojęcie to określało maszynę – niewolnika, która zastępowała człowieka w najbardziej uciążliwych zajęciach [1]. Z kolei słowo „robotyka” po raz pierwszy zastosował w swoim opowiadaniu „Zabawa w berka” („Runaround”) znany rosyjski pisarz science fiction Isaac Assimov w 1942 r. On również jest autorem trzech praw robotyki, według których powinny być programowane roboty: Prawo pierwsze: Robot nie może zranić istoty ludzkiej, ani nie może przez zaniedbanie narazić człowieka na zranienie. Prawo drugie: Robot musi spełniać polecenia wydawane przez człowieka, poza poleceniami sprzecznymi z prawami o wyższym priorytecie. Prawo trzecie: Robot musi chronić samego siebie dopóki, dopóty nie jest to sprzeczne z prawem o wyższym priorytecie [2]. Nieco później ten sam pisarz określił również nadrzędne prawo (prawo zerowe), według którego: robot nie może skrzywdzić ludzkości, ani przez zaniechanie działania doprowadzić do uszczerbku ludzkości. Widać zatem, że zasady, według których miały działać inteligentne roboty, powstały dużo wcześniej, zanim zostało skonstruowane pierwsze takie urządzenie. Dopiero w 1954 r. amerykański konstruktor George Devol, przy współpracy z Josephem Engelbergerem, stworzył pierwszy egzemplarz programowalnego robota, który został opatentowany 2 lata później. Następnie Engelberger wraz z Devolem założyli firmę Unimation Incorporation, która jako pierwsza zaczęła produkować roboty przemysłowe. Pierwszy robot przemysłowy nosił nazwę UNIMATE (od nazwy jego producenta – firmy UNIMATION) i został uruchomiony na linii produkcyjnej samochodów w jednej z fabryk General Motors w 1961 r. Przyjmuje się, że to właśnie wydarzenie z 1961 r. stało się początkiem rozwoju robotyki jako dziedziny wiedzy [3]. Z uwagi na fakt, iż prawa wymyślone przez Asimowa, zakładające, iż robot będzie miał prawa i będzie potrafił podejmować decyzje, a tym bardziej przewidywać skutki swoich działań, zostały przyjęte, zanim pojawił się pierwszy robot, były na początku 58

mocno krytykowane, pomimo tego, że niosły wyraźny przekaz, iż człowiek jest w hierarchii dużo wyżej niż sam robot i bezpieczeństwo człowieka jest najważniejszym aspektem. Dopiero w 2004 r. podczas targów robotyki w Fukuoka w Japonii sformułowano uwspółcześnione prawa robotyki: 1. Roboty następnej generacji będą partnerami współegzystującymi z istotami ludzkimi. 2. Roboty następnej generacji będą pomagać istotom ludzkim, zarówno fizycznie, jak i psychologicznie. 3. Roboty następnej generacji będą współuczestniczyć w tworzeniu bezpiecznej i pokojowej społeczności. W XXI wieku z uwagi na fakt, iż powstanie nowej generacji robotów było już tylko kwestią kilku lat, zaczęto poważnie myśleć o roboetyce, czyli o stosunkach człowieka z obiektami obdarzonymi sztuczną inteligencją. Po raz pierwszy pojęcie to zostało wypowiedziane w 2002 r. przez prezesa European Robotics Research Network (EURON) Gianmarco Veruggio. A w 2006 r. powstał pierwszy dokument ogłoszony w Genewie przez EURON pt.: „Roboethics Roadmap” wskazujący na cele i zagadnienia, którymi musi zająć się ludzkość, aby harmonijnie współpracować ze sztuczną inteligencją [4]. Nawiązując ponownie do historii robotyki w przemyśle, początkowo celem było tylko odsunięcie człowieka od niebezpiecznego, czy żmudnego procesu produkcyjnego. Roboty w przemyśle miały zastąpić człowieka przy wykonywaniu prac monotonnych i powtarzalnych. Miały przenosić ciężary, pracować w środowisku groźnym dla zdrowia i życia człowieka, z kolei, aby zapewnić bezpieczeństwo obsługi, musiały być odseparowane od człowieka. Specjalne bariery wejścia w obszar pracy robota wraz z systemami alarmującymi były (i nadal w dużej części są) nieodłącznym elementem stanowisk zrobotyzowanych. Stąd też, ze względu na charakter pracy w przemyśle, robot zawsze był uważany za maszynę silną, i ciężką i mogącą stanowić potencjalne zagrożenie. Obecnie robotyka jest jedną z najbardziej dynamicznie rozwijających się dziedzin nauki i przemysłu. Śmiało wkracza w niemal każdy obszar naszego życia, pokonując kolejne bariery terenów, zarezerwowanych w przeszłości dla człowieka. Dzieje się tak z dwóch powodów. Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


Pierwszym z nich jest dostępna coraz lepsza mechanika robotów. Nowe materiały, napędy, stosowanie doskonalszych obliczeń dla optymalizacji konstrukcji robotów sprawiają, że z punktu widzenia mechaniki, roboty lepiej odpowiadają na stawiane im współcześnie wymagania. Także coraz większa dostępność i funkcjonalność systemów współpracujących z manipulatorami otwiera drzwi użyteczności w nowych branżach. Nowe typy coraz lepszych czujników, systemy wizyjne i inne rozwiązania techniczne pozwalają na coraz szersze i śmiałe implementowanie rozwiązań zrobotyzowanych w miejscach, w których do chwili obecnej takie wdrożenia nie były możliwe. Drugą przyczyną (aczkolwiek, wydaje się zdecydowanie bardziej istotną, niż wymieniona tu pierwsza) wciąż rosnącej popularności systemów zrobotyzowanych są tworzone nowe i doskonalsze systemy sterowania. Można zauważyć tym samym, że systemy sterowania, kontroli, a przede wszystkim pewność ich działania, odporności na błędy, stosowana redundancja tak programowa, jak i wyposażenia, stoją za nowymi kierunkami rozwoju robotyki w – kooperacji i kolaboracji. Roboty kolaborujące, pracujące ramię w ramię z człowiekiem, na potrzeby artykułu przyjmuje się nazywać kobotami (cobot). Wydaje się również, że to właśnie w dziedzinie programowania oraz erze większych możliwości i funkcjonalności systemów leży obecnie kierunek rozwoju i najbliższa przyszłość robotyki operującej w bliskości użytkownika. AKTUALNE POTRZEBY KRAJOWYCH FIRM W ZAKRESIE OPTYMALIZACJI APLIKACJI ZROBOTYZOWANYCH Obecnie istnieje relatywnie stabilny rynek dla standardowych rozwiązań zrobotyzowanych stanowisk produkcyjnych, przy czym należy dodać, że rynek polski należy do dynamicznie rozwijających się, wciąż jednak pozostając w tyle za europejską czołówką w tym obszarze. Roboty, pracując na wielu różnych stanowiskach, wyręczają w trudnych, czy niebezpiecznych pracach człowieka. Bezpieczeństwo jest zapewnione przez odizolowanie człowieka od obszaru pracy robota. Tym samym rozwiązania takie prezentują zalety związane z pełnymi możliwościami wykorzystania parametrów technicznych manipulatorów. Okupione jest to jednak relatywnie dużym zapotrzebowaniem na powierzchnię takiego stanowiska i brakiem możliwości, choćby minimalnej współpracy człowieka z robotem. Aby taka wspólna praca mogła mieć miejsce, w obszarze pracy manipulatora, w tradycyjnym pojmowaniu stanowisk zrobotyzowanych, winno dojść do zatrzymania systemu automatyki. Jest to zdanie nieco na wyrost, nawet w dość odległej przeszłości możliwe było współdziałanie człowieka z robotem, w obszarze pracy tego ostatniego, jednak z silną detekcją takiego stanu, np. za pomocą wyłączników krańcowych itp. rozwiązań bezpiecznych. Stanowiska takie są zatem mało podatne na kooperację z operatorem. Kolejnym parametrem istotnym dla przedsiębiorcy w procesie produkcji, jest oczywiście nadal wydajność i wykorzystanie mocy produkcyjnych. Natomiast nowym kierunkiem, jest potrzeba pewnej otwartości systemów automatyzacji, zwiększanie ich możliwości adaptacyjnych do zmieniających się wymagań i potrzeb klientów, w kontekście produktu. Powoli normą staje się nie produkcja stricte masowa, ale personalizowana. Pod tym pojęciem, na potrzeby artykułu rozumie się produkcję nadal znacznych wolumenów wyrobów, ale np. jednorazowo w mniejszych partiach, z częstymi zmianami asortymentu, w wariantach, czy to kolorystycznych, czy to wyposażenia danego produktu itp. Na tym tle niemal koniecznością staje się takie projektowanie i wykonawstwo systemów automatyki i robotyki, by odpowiadały na te właśnie potrzeby. Pewną odpowiedzią na tak postawione Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

wymaganie może być dopuszczenie człowieka w obszar pracy robota, dla np. dodania jakiegoś elementu do produkcji, czy zrealizowania pewnej części montażu, który nie zawsze występuje w toku produkcji danego detalu i nie podlega automatyzacji. Przedsiębiorcy coraz głośniej mówią o tym, że najważniejsza dla ich potrzeb staje się, przy wydajności, także elastyczność systemu, maksymalne skrócenie czasu jego przezbrajania na nowy typ, model, kolor... Coraz częściej o przewadze konkurencyjnej nie decyduje tylko cena, ale też szybkość dostawy, gwarancja jakości, elastyczności dostaw i czas reakcji na określone zamówienie. Aby utrzymać pozycję na rynku, niemal koniecznym staje się coraz bardziej indywidualne podejście do realizacji zleceń, w ich czasowo zmieniającej się różnorodności. Na tym tle nowego znaczenia nabiera także czas realizacji zmówienia, który niejako na nowo staje się przedmiotem gry rynkowej. Coraz droższa również staje się np. powierzchnia produkcyjna oraz magazynowa, szczególnie w bezpośrednim sąsiedztwie dużych miast. Tym samym równie ważną obecnie potrzebą, jak duża elastyczność, jest również taka organizacja samej produkcji, rotacji zapasów i produktu, aby także w tym miejscu minimalizować nakłady. Optymalizacja miejsca na linie produkcyjne oraz najlepsze wykorzystanie powierzchni magazynowych są obecnie bardzo wysoko na liście potrzeb producentów. Coraz droższa staje się również sama praca, gdzie wciąż rosnące płace wywierają ekonomiczną presję na przedsiębiorców. Tym samym w ten nurt siłą rzeczy musi wpisywać się również krajowa robotyzacja, w takim wypadku niezwykle pomocne okazują się właśnie zaawansowane systemy sterowania i kontroli na każdym etapie produkcji. Taki elektroniczny nadzór pozwala jednocześnie na optymalne wykorzystanie maszyn do realizacji zamówień, jak i przestrzeni magazynowej do składowania materiałów i gotowej produkcji. Nawet w niewielkiej firmie produkcyjnej wprowadzenie optymalizacji funkcjonowania stanowisk zrobotyzowanych, powiązanych z danymi o stanach magazynowych, zamówieniach itd. jest istotnym składnikiem obecności na rynku, utrzymania się na nim, a także zwiększania w nim udziału. Podsumowując powyższe rozważania, aktualne potrzeby krajowych przedsiębiorców nie tylko ograniczają się do postawienia stanowiska zrobotyzowanego w zakładzie produkcyjnym, w jego fizycznej formie, ale też wypracowania takich algorytmów sterowania i kontroli, które cały cykl życia produktu (usługi) wprowadzą na tory optymalnego wykorzystania wszystkich zasobów. Jakie zatem ew. zmiany winny być wprowadzane oraz na czym polega istota aktualizacji w obszarach optymalizacji instalacji zrobotyzowanych w relacji do wyżej przytoczonych zmieniających się uwarunkowań zewnętrznych? Jedną z możliwych odpowiedzi, na tak postawione pytanie jest teza, że przedsiębiorcom, szczególnie obecnie, zależy na minimalizacji miejsca zajmowanego przez stanowisko, przy zachowaniu pełnych jego wartości technicznych. Jednym z możliwych kierunków osiągnięcia takiego efektu jest skorzystanie z silnie rozwijanego obecnie kierunku bliskiej współpracy człowieka z maszyną. Aplikacje zrobotyzowane tym samym winny spełniać takie wymagania techniczne i formalne, by możliwe było ich bezpieczne użytkowanie, przy założonej minimalnej przestrzeni potrzebnej do ich poprawnego technicznie funkcjonowania. Wspomniane już wcześniej w artykule systemy wizyjne, skanery, maty naciskowe, czujniki w połączeniu z szafami sterowniczymi robotów wykonanymi w wersji „safety”, pozwalają na minimalizację miejsca potrzebnego pod aplikację, przy zachowaniu niemal pełnej funkcjonalności systemu standardowego. W obszarze szaf sterowniczych dedykowanych do współpracy z czuj59

t

podsumowanie roku 2018automatyka i plany na rok 2019 i robtyka


automatyka i robtyka podsumowanie roku 2018 i plany na rok 2019

Rys. 1. Porównanie miejsca zajmowanego przez stanowisko w przypadku tradycyjnej celi oraz celi z kobotem. Źródło: materiały konferencyjno – informacyjne firmy KUKA Roboter GmbH

nikami i systemami wykrywającymi obecność człowieka w danej strefie pracy manipulatora, można spotkać się z różnymi nazwami poszczególnych producentów, określającymi takie rozwiązania programowe i wyposażenia, które pozwalają na bezpieczne podłączenie systemów czujników, które jest zgodne z wymaganiami przepisów prawa. Systemy takie zapewniają możliwość pracy robota w przestrzeni, w której może pojawić się człowiek, bazując tylko na sygnałach pochodzących z czujników, skanerów i mat. COOPERATION CZY COLLABORATION – WADY I ZALETY POSZCZEGÓLNYCH ROZWIĄZAŃ Nowy typ robotów współpracujących z człowiekiem – kobotów, pojawił się na targach branżowych już w 2013 r. Obecnie na rynku, oprócz prekursora kierunku – firmy Universal Robots, oferują je prawie wszyscy czołowi producenci tradycyjnych robotów przemysłowych. Według Międzynarodowej Federacji Robotyki (IFR) nastąpi wzrost wartości rocznej sprzedaży robotów przemysłowych na całym świecie o średnio 15% rocznie w latach 2018-2020 [5]. Z kolei, dla robotów współpracujących prognozy te są jeszcze lepsze. Według firmy Transparency Market Research średnioroczny wzrost do 2024 r. wyniesie 30%. Według prognoz wartość światowego rynku robotów współpracujących zwiększy się z 116 mln dolarów w 2016 r. do 950 mln dolarów w roku 2024 [6]. Z uwagi na fakt, iż koboty są przeznaczone do bezpośredniej współpracy z człowiekiem powinny zachęcać do tego już samym swoim wyglądem. Poszczególni producenci, wprowadzając kolejne roboty tego typu, zmieniają ich wygląd na bardziej przyjazny dla człowieka. Kształt i wygląd ramienia robota jest bardziej opły-

Rys. 2 Roczne globalne dostawy robotów przemysłowych w latach 2008-2016 i 2017-2020. Źródło: International Federation of Robotics, Executive Summary World Robotics 2017 Industrial Robots, s. 23 60

wowy, bez żadnych wystających elementów, dodatkowo bardzo często powierzchnia robotów pokryta jest specjalnym materiałem, np. miękkim tworzywem. Wyposażone są w specjalne systemy wykrywające np. wartości sił wywieranych na ramię, które zapewniają w sprzężeniu zwrotnym ograniczenie użycia siły, np. w przypadku kolizji z człowiekiem. Obecnie roboty ze względów bezpieczeństwa dysponują niewielkimi mocami, małym udźwigiem, są lekkie i „wrażliwe”. Dzięki integracji układów sensorycznych, systemów bezpieczeństwa, dostosowanych do współpracy z człowiekiem oraz lekkiej konstrukcji mogą z wyczuciem pracować w bezpośrednim kontakcie z człowiekiem. Wprowadzenie robotów współpracujących spowodowało również istotne zmiany w sposobie programowania manipulatorów. Celem było, aby w powiązaniu z przyjaznością fizycznej konstrukcji robota, występowało także maksymalne ułatwienie programowania. Większość z dostępnych robotów współpracujących można tym samym programować poprzez bezpośrednie uczenie, czyli ręczne prowadzenie robota po trajektorii, jaką powinien później realizować. Zatem pewną nowością, którą wprowadza „robotyka współpracująca”, jest znakomite upraszczanie samego aktu programowania, dla maksymalnego ułatwienia uruchamiania robota do nowych aplikacji i adaptacji programu, w przypadku zmiany asortymentu, dla instalacji już istniejących. Dodatkowym czynnikiem wpływającym na atrakcyjność rozwiązań związanych z niewielkimi robotami współpracującymi jest możliwość pracy w małej przestrzeni produkcyjnej. Obecnie roboty te mają też jednak pewne ograniczenia w stosunku do tradycyjnych w manipulatorów przemysłowych. Ograniczenia te zawierają się obecnie w dwóch ważnych kwestiach: udźwigu robota i prędkości jego ruchu w bezpośredniej bliskości człowieka [7]. Siłą rzeczy roboty kolaboracyjne nadają się do aplikacji operowania detalami o relatywnie niewielkich masach z niewielkimi prędkościami. Podkreślić jednak należy, że bliska współpraca robot – człowiek jest jednym z zasadniczych kierunków rozwoju współczesnych robotów. Ostatnio niemal wszędzie słychać głosy o inteligentnych robotach współpracujących i ten trend wyraźnie nabiera tempa. Jednocześnie, można powiedzieć równolegle, rozwija się tzw. kooperacja czyli bezpieczna praca człowieka z robotem, bez wygrodzeń. Gdzie człowiek wraz z robotem występują we wspólnej przestrzeni roboczej, lecz nie występuje między nimi żadna interakcja. Nie ulega wątpliwości, że największym wyzwaniem, gdy mowa o współpracy człowieka z robotem, jest zapewnienie najwyższego poziomu bezpieczeństwa dla operatora, przy jednoczesnej maksymalizacji wykorzystania parametrów pracy robotów i dla stanowisk Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


i robtyka podsumowanie roku 2018automatyka i plany na rok 2019 kooperacyjnych, gdzie w pewnym momencie ingerencji człowieka w obszar pracy robota, dochodzi do bezpiecznego zatrzymania pracy manipulatora, musi być ten ubytek wydajności wzięty pod uwagę. Jednocześnie zaletą takiego rozwiązania jest otwarty dostęp do niemal pełnej gamy robotów przemysłowych, w szczególności z punktu widzenia ich udźwigów, zasięgów i prędkości. Obecnie w przypadku takiego stanowiska, zyskujemy zarówno minimalizację przestrzeni potrzebnej do pracy, co zdobywa się kosztem zmniejszenia wydajności pracy instalacji, jak i, w pewnym sensie, możliwość pracy człowieka z robotem (zatrzymanym), co jest przydatne np. na systemach podawania detali delikatnych, które człowiek umieszcza np. ręcznie w bezpośrednim obszarze pracy robota. Gdy w toku realizacji procesów produkcji występuje konieczność bezpiecznej interakcji we wspólnej przestrzeni roboczej człowieka z robotem (robot jest tzw. trzecią ręką), to z pewnością najlepszym rozwiązaniem jest wdrożenie stanowiska z kobotem. Ceną za taki komfort funkcjonowania stanowiska człowiek – robot, jest obecnie dostosowanie się do udźwigów manipulatorów na poziomie do 35 kg i optymalizacja prędkości, do tej bezpiecznej, przy danym udźwigu manipulatora. Podsumowując tym samym, w przypadku pracy z tradycyjnym robotem bez wygrodzeń, ważne jest zapewnienie bezpiecznej pozycji, zatrzymania i bezpiecznej prędkości pracy robota uzależnionej od bliskości i odległości na linii człowiek – robot.

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

Rys. 3. Przykład dostępnego kobota oferowanego przez czołowego producenta robotów. Źródło: fotografia ze strony internetowej producenta kobotów

4) Ograniczenie mocy i siły (power and force limiting) – prędkość, moment obrotowy i ruch sterowane są w taki sposób, że ból nie będzie odczuwalny lub człowiek nie zostanie zraniony. W tym przypadku system robotyczny i człowiek pracują jednocześnie, a siła, prędkość i ruch są w pełni kontrolowane – aplikacja nie spowoduje bólu czy uszkodzenia ciała, nie ma też potrzeby stosowania dodatkowych tradycyjnych zabezpieczeń, klatek, systemów czujników. Parametry są określane na podstawie analizy ryzyka. ANALIZA STANU GOTOWOŚCI KRAJOWYCH MŚP NA NOWE TRENDY W ROBOTYCE Od samego początku istnienia roboty spawały, zgrzewały, przenosiły, malowały i realizowały inne czynności, które wykonują również obecnie. Zmianą znaczącą jest rozwój kobotów, który przyczynia się do powstawania na naszych oczach, nowej jakości w wykorzystaniu robotów przemysłowych. Rosnące wymagania klientów i globalna konkurencja to czynniki, które powodują, że jest pewną już koniecznością szybkie reagowanie MŚP na nowe potrzeby. W szczególności podmioty właśnie z tego obszaru winny stawiać na dynamikę w dostosowaniu się do potrzeb i wymagań ich klienta w zakresie szybkości i zmienności zamówień. Obecnie dla odbiorcy powoli zmniejsza się znaczenie ceny, a najważniejszym parametrem staje się czas dostawy i możliwość wprowadzania pewnych indywidualności w produktach (ciekawym przykładem mogą być np. imienne kalendarze książkowe, gdzie z bazy danych zasysane są dane osoby i indywidualnie nanoszone na okładkę). 61

t

NORMY ORAZ WYTYCZNE W ZAKRESIE HRC Zanim powstała finalna wersja normy dotyczącej bezpieczeństwa robotów, systemów zrobotyzowanych minęło kilkadziesiąt lat od pojawienia się pierwszego ich przedstawiciela. Przygotowanie właściwego, znormalizowanego dokumentu dotyczącego tego ważnego aspektu, jakim jest bezpieczeństwo, wymagało szerokiego rozeznania zagrożeń, a tak naprawdę badań nad ich źródłami. W 2011 r. została opublikowana dwuczęściowa norma zasadnicza ISO 10218-1 i 2. Pierwsza część ISO 10218-1 dotyczy samych robotów, z kolei druga ISO 10218-2 obejmuje systemy zrobotyzowane. Normy te zawierają wytyczne i wymagania bezpieczeństwa dotyczące stricte tradycyjnych robotów przemysłowych. Nie uwzględniono w nich tym samym kobotów - robotów współpracujących, dlatego w połowie lutego 2016 r. jako uzupełnienie do tej normy opublikowano specyfikację techniczną ISO/TS 15066. Dokument zawiera wytyczne dla aplikacji przemysłowych, w których robot i człowiek pracują obok siebie, ramię w ramię [8]. W specyfikacji ISO/TS 15066 wyszczególniono cztery rodzaje instalacji współpracujących (collaborative operations) [9]: 1) Bezpieczeństwo oceniane – monitorowane zatrzymanie (safety-rated monitored stop) – zatrzymanie jest zapewnione bez konieczności wyłączania mocy. W tym przypadku człowiek i system robotyczny nie mogą poruszać się w jednym czasie. 2) Prowadzenie ręczne (hand-guiding) – zasadniczo ręcznie sterowany system robotyczny. System robotyczny i człowiek mogą poruszać się jednocześnie. Cobot jest kontrolowany przez operatora. 3) Monitorowanie prędkości i oddzielania (speed and separation monitoring) – prędkość systemu robotycznego będzie sterowana w oparciu o odległość między nim a intruzem. Obecnie wykorzystywane są do tego urządzenia zewnętrzne, m.in. skanery czy czujniki wizyjne, które w przyszłości będą zintegrowane z systemem robotycznym, w tym przypadku człowiek i robot współpracujący mogą poruszać się jednocześnie. System robotyczny zwolni w miarę zbliżania się do obiektu. Możliwe jest zatrzymanie przed obiektem lub uderzenie z siłą określoną w specyfikacji.


automatyka i robtyka podsumowanie roku 2018 i plany na rok 2019 www.pixabay.com

W ogólnym obrazie krajowego rynku kształtuje się pewien podział na firmy duże lub bardzo duże o znacznej bezwładności, niewielkiej podatności na ew. szybkie zmiany w procesie produkcji, czy w samym produkcie oraz na firmy MŚP, które swoją główną przewagę konkurencyjną budują w możliwości szybkiego dostosowania się do zmieniających wymagań klienta. Krótsze czasy dostaw, pewna doza wspomnianego już wcześniej personalizowania wyrobów sprawiają, że firmy takie są na rynku obecne i będą najpewniej w tym obszarze swoje pozycje umacniać. Jednocześnie pewnym zagrożeniem, paradoksalnie, może być wdrażanie przez największych graczy w danej branży idei przemysłu 4.0. U podstaw tego kierunku leży właśnie adaptacyjność i personalizacja produkcji masowej. Polskie przedsiębiorstwa, aby móc sprawnie działać na globalnym rynku, muszą oferować pod wieloma względami konkurencyjne produkty. Liczy się właśnie jakość, czas, wydajność, indywidualne podejście do klienta i innowacyjny produkt, i tu zastosowanie kobotów wydaje się idealnym rozwiązaniem. Rozwiązaniem niemal doskonałym, także z punktu widzenia przyjętej pewnej filozofii samych producentów kobotów, związanej również z jak najsilniejszym upraszczaniem procesu programowania. Tak, aby zmiana asortymentu, wejście nowego typu produktu, krótkiej partii wyrobu itp. nadal pozostawało w produkcji procesem wysoko zautomatyzowanym (zrobotyzowanym), ale też minimalizowało nakład czasu na takie nowe uruchomienie. Skupiając się na pracy samych robotów, nie sposób odejść od idei procesu produkcji, jako takiej, który zakłada pewną drogę produktu do finalnego wyrobu. Od jego wersji surowej, elementów podstawowych i składowych po np. obróbkę, kształtowanie, konfekcjonowanie produktów itp., aż do docelowego wyrobu. Tym samym roboty umieszczone w danym miejscu procesu albo współpracują ze sobą, albo z innymi maszynami, ale też bardzo często w realiach naszego kraju z człowiekiem. Rozumianym tu nie jako operator stanowiska, ale czynny uczestnik procesu produkcji, który odpowiada np. także za poprawny montaż bardziej skomplikowanego mechanizmu, poprawne pomalowanie elementu itp. Na tle powyższych rozważań nasuwa się pytanie, czy nasze krajowe MŚP są gotowe, aby pominąć wcześniejsze etapy automatyzacji, robotyzacji i wprowadzić w swoich zakładach innowacyjne koboty, bez wygrodzeń, które będą pracowały 62

nie tylko obok człowieka, ale „ramię w ramię” z nim? Oczywiście aspekty techniczne stanowią w tym momencie coraz mniejszą barierę we wdrażaniu tego typu rozwiązań. Dochodzimy jednak do ważnego elementu, czyli płaszczyzny społecznej współpracy człowieka z robotem. W jakim stopniu pracownicy są gotowi na akceptację pracy w tak bliskim sąsiedztwie z urządzeniem? Można wyobrazić sobie zakład produkcyjny, w którym do tej pory nie było zaawansowanych maszyn, żadnych robotów i w pewnym sensie nagle na linii, na której pracują ludzie są instalowane koboty. Jest to wyzwanie dla wszystkich uczestników procesu. Zarówno dla integratorów, którzy biorą odpowiedzialność za właściwe zaprojektowanie, wytworzenie, posadowienie i uruchomienie instalacji, jak i, może przede wszystkim, dla użytkowników systemu. Tak na poziomie zarządu firmy (jak się taka instalacja sprawdzi ekonomicznie), jak i w znaczącej części dla bezpośredniej obsługi stanowiska. Znane jest niepokojące uczucie przebywania w pobliżu np. głośnego urządzenia, czy elementów mechanicznych, które w bliskości człowieka poruszają się relatywnie szybko. Te uczucia także mogą towarzyszyć obsłudze. Powodować pewien niepokój, że za plecami porusza się robot – nawet jeśli robi to z niewielką prędkością i pewnością zatrzymania w przypadku kolizji. Większym wyzwaniem jest praca robotów kooperacyjnych, można powiedzieć standardowych, ale pracujących bez ogrodzeń, a zapewniających bezpieczeństwo człowieka przez wprowadzenie oczujnikowanych stref. Jak już zostało poruszone powyżej, strefa detekcji obecności człowieka i zmiana prędkości ruchów roboczych, aż do zatrzymania manipulatora po przekroczeniu danego rewiru przez operatora. I o ile dla współpracy z kobotami, komfort pracy jest w pewnym zakresie zapewniony przez ich niewielkie rozmiary, przyjazny wygląd, obłe kształty itp., o tyle dla stanowisk z robotami tradycyjnymi ich praca bez wygrodzenia może robić, delikatnie odnosząc się do kwestii emocji, pewne niemiłe wrażenie. Widząc oczyma wyobraźni robota o udźwigu nawet „tylko” 300 kg, który operuje np. dodatkowo objętościowo dużym elementem i nic poza przestrzenią nie dzieli go od obserwatora, można odczuć pewien rodzaj niemal fizycznie namacalnego dyskomfortu. Przykładem realizacji tego typu stanowiska mogła być instalacja, gdzie duży robot operował na linii produkcyjnej, ale z powodów niewielkiej dostępności przestrzeni, w toku pracy zajmował również część pieszego ciągu komunikacyjnego. Może nie był to najbardziej uczęszczany obszar hali produkcyjnej, ale silne wrażenia, jakie każdorazowo towarzyszyły przechodzącym obok stanowiska, kazały jednak zadać sobie pytanie, o w pewnym sensie społeczny i emocjonalny koszt tak wdrażonej instalacji. Kierunki kolaboracji i kooperacji w robotyce, które są w dającym się obserwować w trendzie silnie wznoszącym, najpewniej nie wyprą tradycyjnej robotyki w pełni, ale udział tego typu rozwiązań będzie wciąż rósł. Obecnie wydaje się że jesteśmy na etapie wprowadzania do zakładów wytwarzania systemów, które, w założeniu stosowania rozwiązań technologicznych produkcji, nie były dla tych zakładów przewidziane, a to może stanowić pewne wyzwanie. Wydaje się jednak, że z czasem i same procesy oraz technologie będą tak projektowane i realizowane technicznie, aby uwzględniały w samych swoich założeniach miejsce dla stanowisk kolaboracji i kooperacji pomiędzy człowiekiem i robotem. Bardzo krótki czas życia produktu wymusza daleko idącą elastyczność tak systemów produkcji, jak i technologii. Daje to rezultat w postaci eskalacji żądań ze strony producentów skierowanych do dostawców robotów, by te jak najlepiej odpowiadały na ich potrzeby. I w ten kierunek wpisuje się coraz głośniej Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


podnoszone zapotrzebowanie np. na prostego i taniego robota o trwałości jedynie takiej, która spełniłaby potrzeby wręcz jednego, danego projektu produkcyjnego. Taki robot, dedykowany do projektu produkcyjnego, winien także być relatywnie łatwo programowalny, aby uruchomienie linii produkcyjnej, np. 100 jednostek tego typu manipulatorów, było zarówno szybkie, jak i kosztowo optymalne ze względu na liczbę zaangażowanych programistów. Otwartym zatem pozostaje pytanie, czy którykolwiek z przedstawionych kierunków rozwoju robotyki zdobędzie przewagę, czy raczej będzie to równoległy rozwój wielu kierunków, odpowiadających tak naprawdę na bardzo różne cele realizowane przez dane typy robotów. ETAPY WPROWADZANIA BEZPIECZNEJ APLIKACJI Z ROBOTEM – NOWE WYZWANIA DLA INTEGRATORÓW W swoich wcześniejszych założeniach systemy automatyzacji i robotyzacji dedykowane były do prac powtarzalnych. Gdzie dokładnie określane były parametry wejścia do takiego systemu (wymiary, tolerancje wymiarowe, technologia itp.) i na ogół mocno sformalizowany był także rezultat jego pracy. Uzyskana wydajność, wymiarowa dokładność elementów, zgodność z założoną technologią były bezpośrednimi parametrami oceny systemu. Obecnie, takie podejście ulega zmianie. Nowy trend w swym założeniu przyjmuje, większą niż do chwili obecnej uniwersalność instalacji i czasem, jej pewną wręcz nieokreśloność odnośnie przyszłości eksploatacji. W związku z tym stanowiska zrobotyzowane powinny łatwo poddawać się modernizacjom, a już niemal obowiązkiem jest łatwość ich przezbrajania na nowe, nieprzewidziany na etapie integracji rodzaj, detale czy technologie. Założeniem nowoczesnych systemów produkcji jest właśnie uniwersalność oraz elastyczność. W znacznej mierze od integratora zależy, jak silnie projektowany system spełni oczekiwania inwestora oraz w jakiej mierze ułatwi jego produkcję, ze szczególnym naciskiem na jej zmienność i przytaczaną już powyżej personalizację wyrobu docelowego. Jak wykazano powyżej, krajowe MŚP coraz częściej poszukują przewagi konkurencyjnej na polu czasu reakcji na nowe zamówienie, mniejszych wolumenów produktu i ich personalizacji. Tym samym zrobotyzowane systemy produkcji muszą pozwalać na realizację takich właśnie wymagań. Stąd obecnie rosnące wymagania stanowiące wyzwania dla integratorów. W tym kontekście ważne jest całościowe ujęcie procesu. Integrator obecnie jest bardziej partnerem przedsiębiorcy na drodze do jego rozwoju, niż tylko firmą usługową. Takie podejście wymaga dobrego kontaktu pomiędzy stronami oraz dużego zaufania, a o sukcesie projektu stanowią korzyści płynące z pracy wykonywanej ściśle pod potrzeby inwestora i realizowanej w sposób zgodny ze sztuką inżynierską. Jak zatem może wyglądać taka współpraca idealna, dla aplikacji, której założeniem jest uniwersalność, łatwość programowania i bezpieczeństwo użytkownika? Krótko nawiązując do uniwersalności i łatwości obsługi, założeniem artykułu jest skupienie się na aplikacjach nastawionych na współpracę człowieka z robotem i do takich odniesione zostaną sugerowane etapy wprowadzania. Pierwszym i niezwykle istotnym etapem jest przeprowadzenie audytu technologicznego, w którym nadrzędne miejsce zajmą wymagania dla instalacji. Jest to niezwykle ważny etap przedstawiania przez przedsiębiorcę zakresu prac, jaki realizować ma system, planowanych sposobów jego wykorzystywania, ze szczególnym naciskiem i uwzględnieniem przewidywanych uniwersalTworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019

ności instalacji. Już na tym etapie jest istotne, aby integrator dogłębnie rozumiał oczekiwane przez inwestora funkcjonalności instalacji. W tym miejscu bardzo ważny jest również dialog, jaki prowadzony jest pomiędzy stronami. Wysłuchanie i zrozumienie potrzeb to jedno, a naniesienie na nie maski wykonalności jest już zadaniem integratora. W tym miejscu musi dojść do wypracowania pewnego kompromisu, pomiędzy oczekiwaniami osoby czasem mniej zorientowanej technicznie co do projektu oraz wykonawcy – integratora w zakresie możliwości technicznych jego przeprowadzenia. Przekłada się to bowiem bezpośrednio, na dokładne określenie budżetu wdrożenia, jak i po podpisaniu umowy, na etapie projektowania instalacji. Można zatem podsumować: początek współpracy to wsłuchanie się w potrzeby klienta, urealnienie jego wizji z punku widzenia aktualnych możliwości technicznych. I tu pojawia się pierwsze wyzwanie dla integratora. Musi on posiadać szeroką i najnowszą wiedzę w danym obszarze. Być świadomy coraz to nowych rozwiązań dostępnych na rynku tak, aby w maksymalnym stopniu spełnić oczekiwania projektu. Regułą jest też, że w parze z nowoczesnymi rozwiązaniami w dziedzinie sprzętowej idzie rozwój systemów sterowania oraz oprogramowania i, co się z tym wiąże, wprowadzania zmian i ulepszeń w aplikacjach. Coraz bardziej rozbudowane algorytmy i technologie chmur obliczeniowych sprawiają, że przy ich pomocy, nawet relatywnie proste rozwiązanie techniczne znakomicie wpisuje się w wymagania przedsiębiorcy, w pełni zaspokajając jego potrzeby. Ogólnie można zauważyć tendencję samych dostawców wyposażenia do oferowania produktów otwartych, podatnych na zmiany, z możliwością ich rozwoju w przyszłości, opartego właśnie o zmiany tylko programowe, które skutkują zmianami funkcjonalności. Dobrym przykładem są nowoczesne spawarki, które występują w różnych zakresach mocy, a sam system sterowania pozwala na ew. dogrywanie i rozwój urządzenia od podstawowego, do tego z zaawansowanymi parametrami kontroli pracy. Wydaje się, że kierunek taki zyska na popularności i przyczyni się w pewnej mierze do przeniesienia funkcjonalności z poziomu sprzętu, na poziom programowania. Od tego miejsca już tylko krok do np. wykupienia czasowej licencji, na potrzeby konkretnego projektu, dla podniesienia parametrów użytkowych urząwww.pixabay.com

63

t

i robtyka podsumowanie roku 2018automatyka i plany na rok 2019


podsumowanie roku 2018 i plany na rok 2019 automatyka i robtyka dzenia, a następnie powrotu do parametrów „standardowych”. Wiedzę taką winien posiadać właśnie integrator na etapie wspólnego wypracowania założeń do projektu, tak aby optymalizować go pod kątem zarówno parametrów wartości inwestycji, jak i eksploatacji stanowiska w czasie. W kolejnym kroku, na etapie projektu, ważne jest, aby zachować ciągłą świadomość potrzeb w relacji do możliwości technicznych. Przechodząc przez kolejne etapy powstawania aplikacji, warto zaangażować w proces wdrażania projektu również użytkownika, gdyż każdy etap współpracy winien być przeprowadzany w silnym kontakcie z zamawiającym. W fazie projektowania zarówno instalacji, w których założeniem jest obecność człowieka w obszarze pracy robota, jak i robotów kolaborujących niezwykle ważne jest, aby nie tylko elementy systemu zapewniały bezpieczeństwo, ale też cała instalacja. Oczywistym jest, że fakt, iż robot i np. zamocowany na nim chwytak standardowy mają oznaczenie CE, nie oznacza, że takie połączenie jest bezpieczne. Na tym tle dla aplikacji współpracujących szczególnie ważne jest, zatem takie połączenie elementów i zaprojektowanie nowych detali, aby całość instalacji spełniała niezbędne warunki bezpieczeństwa. W ten wątek w szczególności wpisują się projektanci narzędzi i oprzyrządowania dla robotów kolaborujących. Tu szczególnie istotne jest to, aby również one, tj. np. elementy chwytające, czy realizujące dane technologie, spełniały założenia bezpieczeństwa do pracy z człowiekiem. Zdarza się, że ten element projektu stanowi największe wyzwanie dla firmy integratorskiej. Zgodnie z najnowszymi zapowiedziami firmy Schunk, pierwszy certyfikowany chwytak przemysłowy przeznaczony do współpracy z człowiekiem będzie dostępny w Polsce. Chwytak dwupalczasty EGP-C będzie spełniał wymagania specyfikacji ISO/TS 15066, a tym samym, jako jednostka z odpowiednim złączem, będzie z natury dedykowany do robotów współpracujących [10]. Nieco jaśniej jawi się ta sama kwestia dla robotów nieogrodzonych, które realizują prace bez mechanicznych osłon, a bezpieczeństwo zapewnione jest przez systemy sterowania i kontroli. Tutaj również należy zwrócić szczególną uwagę na wyposażenie takiego stanowiska. Czy wykorzystana pełna dynamika ruchu robota nie będzie przyczyną np. wyrzucenia przenoszonego ciężkiego przedmiotu, stanowiąc potencjalne zagrożenie? O ile samo narzędzie może być „mniej bezpieczne”, o tyle całość aplikacji winna zapewniać najwyższe wymagane standardy ochrony. Dla robotów nie kolaboracyjnych, a pracujących bez ogrodzeń, jedynymi ich osłonami, są te programowe. Stąd tak ważny dla tych projektów aspekt bezpiecznego oprogramowania i sterowania instalacją, gdyż na tym bazuje bezpieczeństwo pracy całego stanowiska. Sam proces posadawiania aplikacji na terenie zakładu produkcyjnego jest również niezwykle istotnym elementem procesu implementacji stanowisk zrobotyzowanych. Ma on dla aplikacji, które opierają się na współpracy człowieka z robotem, nieco inny wymiar, niż dla robotów oddzielonych od przestrzeni człowieka. W przypadku tych pierwszych bardzo ważnym aspektem bezpieczeństwa są systemy sterowania i kontroli, obecność czujników i ich właściwe oprogramowanie. O ile w przypadku oddzielenia człowieka od strefy pracy robota to najczęściej sygnał stopu awaryjnego, sprzężony z dedykowanym do tego celu sterownikiem bezpieczeństwa, zapewnia bezpieczeństwo, o tyle w przypadku kooperacji człowieka z robotem ważne jest takie opracowanie algorytmów systemu i sterowania, aby to na tym etapie zapewnione zostało bezpieczeństwo. 64

Podsumowując, w toku realizacji projektu robotyzacji procesu produkcji, niezwykle istotna jest świadomość uczestników procesu o wzajemnych uwarunkowaniach. To inwestor decyduje o parametrach wejściowych do projektu, integrator odpowiada za opracowanie techniczne (czasem też technologiczne) rozwiązania i uzgodnienie z użytkownikiem docelowych, możliwych technicznie do osiągnięcia parametrów wdrożenia. Jednocześnie to na firmie [10] wdrożeniowej spoczywa takie zaprojektowanie stanowiska, które zapewnia bezpieczne użytkowanie w chwili, gdy złożone w całość poszczególne, bezpieczne elementy systemu nie dają takiej gwarancji. To wysiłek projektantów nadaje instalacji kształt docelowy z finalnym zapewnieniem bezpieczeństwa kupionych i zaprojektowanych elementów systemu połączonych w całość funkcjonalnego rozwiązania. Warto na koniec jeszcze raz podkreślić fakt, że nadanie znaku CE poszczególnym elementom instalacji nie jest równoznaczne z CE dla całej instalacji. Ma to szczególny wymiar dla stanowisk z robotami kolaboracyjnymi, gdzie ewentualny wypadek może być szczególnie dotkliwy z racji bezpośredniej bliskości człowieka i manipulatora oraz trudności w obiektywnej ocenie przez pracownika poprawności pracy instalacji, w tym w szczególności w zakresie bezpieczeństwa. W obecnej chwili śmiało można powiedzieć, że tworzy się nowy rozdział historii robotyki. W tworzonej i wdrażanej idei przemysłu 4.0, roboty kolaborujące stanowią o nowej jakości systemów produkcji i wytwarzania. Coraz większe możliwości, tak w aspekcie technicznym, a może przede wszystkim sterowania i kontroli, pozwalają robotyce wkraczać na coraz nowe pola aktywności i można zaryzykować, że coraz lepiej do stanu dzisiejszej i przyszłej robotyki pasuje określenie, że „granicą jest tylko wyobraźnia”. LITERATURA [1] L. Sciavicco, B. Siciliano: Modelling and Control of Robot Manipulators, Springer – Verlag London Limited 2000, s. 1. [2] Ibidem, s. 2. [3] Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie 1/2 (04/05), styczeń-luty 2008, Roboty przemysłowe początku wieku, s. 10. [4] https://www.spidersweb.pl/2016/09/roboetyka.html data pobrania 22.12.2017. [5] https://ifr.org/downloads/press/English_Press_Release_ IFR_World_Robotics_Report_2017-09-27.pdf, data pobrania: 10.12.2017. [6] https://automatykab2b.pl/gospodarka/10674-rynek-robotow-wspolpracujacych---950-mln-dolarow-w-2024-roku#.WlXy-DQiGpr data pobrania: 12.12.2017. [7] J. Kulik: Ramię w ramię z robotem. Jak współpraca robotów i ludzi ukształtuje robotykę przyszłości, „Automatyka”, ISSN 2392-1056, Nr 9/2015, s. 102–103. [8] https://www.iso.org/news/2016/03/Ref2057.html data pobrania 17.10.2017. [9] http://automatykaonline.pl/Artykuly/Robotyka/Roboty-wspolpracujace-Specyfikacja-techniczna-ISO-TS-15066 data pobrania 12.12.2017. [10] „Automatyka”, Pierwszy przemysłowy certyfikowany chwytak współpracujący Nr 12/2017, s. 72–73. Artykuł był opublikowany w czasopiśmie „Pomiary Automatyka Robotyka”, nr 1/2018, s. 67–74.

Joanna Kulik Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Łukasz Wojtczak Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 1/2019


dodatek nr 1

styczeń/luty

Zapraszamy na XI Dni Druku 3D 2019

TOP 10 najważniejszych drukarek 3D w historii polskiej branży druku 3D Druk 3D i Filamenty – przegląd rozwiązań firm DRUK 3D – praktyczne zastosowania oraz potencjał technologii Wykorzystanie druku 3D w zastosowaniach automotive foto: www.pixabay.pl


Spis treści TOP 10 najważniejszych drukarek 3D w historii polskiej branży druku 3D

str. III

Druk 3D i filamenty – przegląd rozwiązań firm

str. VI

Filament do drukarki 3D – od tego zależy jakość Twojego produktu!

str. VIII

DRUK 3D – praktyczne zastosowania oraz potencjał technologii

str. X

Najnowsza generacja drukarek 3D do metalu SLM 800

str. XIV

Wykorzystanie druku 3D w zastosowaniach automotive

str. XV

Polskie filamenty techniczne do profesjonalnego druku 3D

str. XXII

Dni Druku 3D w pełnym wymiarze w Targach Kielce

str. XXIII

Identyfikacja zjawisk w strukturach wyrobów wytwarzanych technologiami addytywnymi

str. XXIV

Nowe rozwiązanie zwiększające dokładność druku 3D

str. XXVI

Dodatek specjalny nr 1 dwumiesięcznika „Tworzywa Sztuczne w Przemyśle” Redaktor wydania: Katarzyna Mazur tel./fax 32 733 18 01 e-mail: katarzyna.mazur@tworzywasztuczne.biz katarzyna.kajstura@tworzywasztuczne.biz

Skład i layout: Lucyna Franczyk Korekta: Barbara Sput

Redakcja nie odpowiada za treść ogłoszeń i nie zwraca materiałów niezamówionych. Zastrzegamy sobie prawo skracania i adiustacji tekstów. Przedrukowywanie materiałów lub ich części tylko za zgodą pisemną redakcji.

www.tworzywasztuczne.biz

W każdym wydaniu dwumiesięcznika dodatek tematyczny!

W następnym numerze:

ZAPRASZAMY


TOP 10 najważniejszych drukarek 3D w historii polskiej branży druku 3D Paweł Ślusarczyk

W czerwcu ubiegłego roku opublikowałem listę 10 najważniejszych desktopowych drukarek 3D w historii druku 3D. Teraz przyszedł czas na polską edycję tego zestawienia. Na przestrzeni lat w Polsce pojawiło się kilkudziesięciu producentów urządzeń tego typu, co zaowocowało powstaniem ok. setki różnych modeli. Które z nich były najważniejsze? Które najlepiej się sprzedawały? Bez których polska branża druku 3D nie wyglądałaby tak jak dziś…?

Postawmy sprawę jasno – RapCraft 1.3 nigdy nie był dobrą drukarką 3D. Pierwszy produkt Omni3D, wypuszczony na rynek na początku 2013 roku, bardzo szybko stał się za to najpopularniejszą i najczęściej kupowaną drukarką 3D w Polsce. Był (niemalże) wierną kopią holenderskiego Felixa. Niestety problemy jakościowe i wysoka awaryjność spowodowały, że pod koniec 2014 roku firma zrewidowała swoje podejście do prowadzonego modelu biznesowego i skoncentrowała się na rozwoju Factory 2.0 – urządzenia o charakterze przemysłowym, stojące na przeciwległym biegunie w stosunku do RapCrafta. Dziś możemy stwierdzić, że była to właściwa decyzja. Factory 2.0 to duża, przemysłowa drukarka 3D, która cieszy się sporą Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019

rozpoznawalnością w Europie – i co najważniejsze, jest w pełni autorskim projektem. RapCraft 1.3 jest swoistym symbolem początków polskiej branży druku 3D – urządzeniem o olbrzymich ambicjach, przy kompletnym braku możliwości ich realizacji. Co nie zmienia faktu, że dla bardzo wielu osób w kraju była to pierwsza drukarka 3D, z jaką miały styczność w życiu. 9. GAIA Multitool

GAIA Multitool to jedna z najbardziej innowacyjnych, polskich drukarek 3D w historii branży. Z jednej strony jako jedna z niewielu maszyn na świecie drukowała z ceramiki i wszelkiego rodzaju mas, z drugiej była urządzeniem wielofunkcyjnym, umożliwiającym szybką i prostą zmianę głowic roboczych, które pozwalały m.in. na frezowanie, grawerowanie laserem, plotowanie czy drukowanie z termoplastów. Urządzenie zdobyło pierwszą nagrodę dla Najlepszej Nowej Polskiej Drukarki 3D Roku 2015 w plebiscycie Nagrody Branżowe CD3D. Twórcy GAI Multitool – Janusz Wójcik i Paweł Rokita próbowali w 2015 roku zdobyć finansowanie na rozwój urządzenia na Kickstarterze, jednakże ostatecznie okazało się ono zbyt drogie dla użytkowników platformy. Niemniej jednak, drukarka 3D pozostaje jednym z najbardziej nowatorskich urządzeń, jakie pojawiły się w Polsce. III

t

Ważne – poniższy ranking nie klasyfikuje urządzeń wyłącznie pod względem ich jakości, lecz bierze również pod uwagę wpływ, jaki miały na rozwój zarówno rynku druku 3D w Polsce, jak i budowę rozpoznawalności rodzimej branży na świecie. 10. Omni3D RapCraft 1.3


8. SondaSys Polska branża druku 3D opiera się na drukarkach 3D drukujących z termoplastów w technologii FDM. Jedynymi odstępstwami od tej reguły są wspomniana wyżej GAIA Multitool, również eksperymentujący z nietypowymi materiałami ZMorph oraz Sinterit Lisa – pierwsza, polska drukarka 3D typu SLS. Jednakże SondaSys stoi na zupełnie innym poziomie – to nie tylko kolejna maszyna drukująca w technologii SLS, lecz przede wszystkim pierwsza, która pracuje w standardzie przemysłowym.

6. ZMorph ZMorph to jeden z najdłużej działających producentów drukarek 3D w Polsce. Od samego początku firma oparła swój produkt o dwa fundamenty – wielofunkcyjność urządzenia, wykraczającą poza samo drukowanie przestrzenne oraz autorskie oprogramowanie, wykorzystujące voxele – trójwymiarowe piksele. ZMorph to pierwsze urządzenie w Polsce umożliwiające wymianę głowicy drukującej na głowicę frezującą, laserową czy plotującą, jak również autorski extruder pozwalający na drukowanie z mas plastycznych – w tym gliny czy czekolady.

Urządzenie zadebiutowało w zeszłym roku na targach formnext 2017 we Frankfurcie nad Menem, gdzie spotkało się z bardzo dużym zainteresowaniem odwiedzających. Firma lada moment powinna pochwalić się też pierwszymi wdrożeniami u klientów. Na chwilę obecną SondaSys zajęła w zestawieniu dopiero ósme miejsce, jednakże jeśli jej sprzedaż będzie rozwijać się równie dynamicznie jak teraz, z całą pewnością zasłuży na dużo wyższą pozycję. 7. 3DGence One Gdy w połowie 2014 roku na łamach Centrum Druku 3D pojawiły się pierwsze informacje na temat 3DGence One, większość czytelników zastanawiała się, czy na rynku jest wciąż miejsce na kolejną desktopową drukarkę 3D typu FDM – tym bardziej, że nie należała do najtańszych urządzeń… Wkrótce jednak okazało się, że jakość jej wykonania oraz unikalne rozwiązania technologiczne dość szybko wyniosły 3DGence One do grona najpopularniejszych urządzeń.

Obecnie ZMorph jest wyposażony m.in. w dwie głowice drukujące. Drukarka 3D jest jednym z najbardziej znanych, polskich urządzeń tego typu na świecie, w szczególności na rynku amerykańskim. 5. HBot3D HBot 3D został zaprojektowany przez weterana polskiej społeczności RepRap – Arkadiusza Śpiewaka i po raz pierwszy zaprezentowany publicznie w wersji beta w 2013 roku. Oficjalna premiera nastąpiła w marcu 2014 r. podczas III edycji Dni Druku 3D w Kielcach. Drukarka 3D od samego początku wyróżniała się dużym (jak na tamte czasy) obszarem roboczym na poziomie 30 cm w każdej z osi XYZ, zamkniętą (choć nie podgrzewaną) komorą roboczą oraz autorską elektroniką sterującą – Sunbeam.

3DGence swoją konstrukcją podniósł znacząco poprzeczkę w obszarze konstrukcji oraz designu. Obecnie firma specjalizuje się w bardziej zaawansowanych maszynach produkcyjnych (3DGence Industry), jednakże jej debiutancki model jest wciąż rozwijany. W styczniu tego roku, podczas III Gali Rozdania Nagród Branżowych CD3D mogliśmy oglądać na żywo 3DGence Double, będące kolejną wersją One.

W 2016 roku na rynek trafiła zmodyfikowana wersja HBota3D – F300, zamknięta w nowej, tym razem czarnej obudowie. HBot3D na swój sposób rozpoczął modę na wielkogabarytowe drukarki 3D w Polsce, dedykowane dla użytkowników profesjonalnych. 4. Sinterit Lisa Krakowski Sinterit zrobił coś, czego nie dokonała przed nim żadna polska firma z branży druku 3D w Polsce – stworzył drukarkę 3D, która nie drukowała z termoplastów w technologii FDM. Zamiast tego opracował urządzenie drukujące w techno-

IV

Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019


logii SLS, które na dodatek było pierwszym na świecie w wersji desktop. Dziś Sinterit to jedna z najbardziej znanych polskich firm z branży druku 3D, a drukarki 3D firmy są z powodzeniem wykorzystywane zarówno w przemyśle, jak w nietypowych obszarach jak moda. 3. 3NOVATICA GATE GATE to jedna z najpopularniejszych drukarek 3D w historii polskiej branży druku 3D, opracowana przez Krzysztofa Dymianiuka – jedną z najważniejszych postaci tworzących rynek druku 3D w kraju. Wersja 1.0 była oferowana w formie złożonej oraz w wersji do samodzielnego montażu. Jego następca – GATE 2, był gotową do pracy drukarką 3D, która posiadała szereg interesujących jak na moment premiery funkcjonalności. Niestety olbrzymi potencjał, jaki drzemał w tym urządzeniu i samej firmie (3NOVATICA była w prostej linii kontynuacją Unique Design – pierwszej firmy w Polsce produkującej i sprzedającej drukarki 3D typu RepRap), został zmarnowany. Po odejściu Dymianiuka ze spółki jej działalność operacyjna sukcesywnie malała i dziś coraz mniej osób kojarzy w ogóle tę markę. 2. Monkeyfab PRIME Dziś z perspektywy czasu trudno jednoznacznie określić, kto bardziej nie wykorzystał swojej szansy – 3NOVATICA z GATE, czy Monkeyfab z PRIME? Gdy na przełomie 2013 i 2014 roku warszawski producent po raz pierwszy zaprezentował zdjęcia (nie rendery!) swojej drukarki 3D, wyprzedzała ona swoje czasy. Była to najprawdopodobniej pierwsza w historii drukarka 3D oparta o projekt Josefa Prusy – Prusa i3, pozbawiona elementów drukowanych, które zostały zastąpione wysokiej jakości elementami

z malowanej proszkowo blachy i poliwęglanu. Dodatkowo PRIME był wyposażony we własny projekt extrudera i szereg innych autorskich rozwiązań konstrukcyjnych. Druga generacja PRIME’ów Drukarka 3D Monkeyfab była doskonałym urządzeniem, trzykrotnie z rzędu stając na podium w kategorii Najlepsza Polska Drukarka 3D Roku (trzecie miejsce w 2015 oraz drugie miejsce w latach 2016-2017, gdzie ustąpiła miejsca tylko Zortraxowi M200). Niestety mimo wprowadzenia całej masy ulepszeń na przestrzeni lat, PRIME nigdy nie przebił się na rynki zagraniczne, a na polskim rynku stopniowo ustępował pola dużo tańszym (i gorszym) urządzeniom z Chin. Monkeyfab PRIME miał realną szansę stać się europejskim Lulzbotem – zamiast tego w zeszłym roku firma podjęła decyzję o zakończeniu produkcji urządzeń. 1. Zortrax M200 Czy można napisać coś więcej na temat tej drukarki 3D, co nie zostało do tej pory napisane lub powiedziane? Zortrax wyniósł polską branżę druku 3D na poziom, który był dla niej wcześniej niedostępny. M200 wprowadził nowy standard w sferze desktopowych drukarek 3D, będąc pierwszym urządzeniem tego typu, dedykowanym dla użytkowników profesjonalnych. Chociaż w chwili premiery w 2013 roku mogło wydawać się, że zamknię-

ty ekosystem (oprogramowanie, firmware i własna linia filamentów) okaże się nietrafionym pomysłem, czas pokazał, że to reszta producentów na świecie podążyła śladami Zortraxa.

Mimo upływu aż czterech lat, Zortrax M200 w dalszym ciągu sprzedaje się doskonale, zawdzięczając to w dużej mierze słynnej, wysokiej jakości wydruków i prostocie obsługi. To absolutny lider w Polsce i jego pozycja wydaje się póki co niezagrożona. W końcu z M200 korzysta nawet prezydent Andrzej Duda.

Źródło: www.centrumdruku3d.pl Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019

V


Druk 3D i filamenty – przegląd rozwiązań firm

3Dream ul. Warszawska 63 05-092 Łomianki biuro@3dream.pl tel. 91 514 512 www.3dream.pl

CD3D Sp. z o.o. ul. Dubois 114/116 93-465 Łódź tel. kom. 536 954 666 konsultacje@centrumdruku3d.pl www.centrumdruku3d.pl

Finnotech Sp. z o.o. ul. Kolista 25 40-486 Katowice tel. kom. 606 140 096 lukasz.miklowski@finnotech.com www.finnotech.com

VI

3Dream to firma, która powstała, aby ułatwić dostęp do druku 3D. Naszą ofertę kierujemy zarówno do firm, jak i do klientów indywidualnych. Nasz zespół składa się tylko z wykfalifikowanych inżynierów znających zagadnienia szeroko pojętego druku 3D, grafiki i projektowania 3D, parametrycznego CAD oraz skanowania 3D. Do każdego projektu podchodzimy profesjonalnie i indywidualnie. Dbamy o to, aby jakość naszych usług zawsze stała na najwyższym poziomie. Na życzenie wykonujemy dokumentację techniczną oraz symulacje wytrzymałościowe projektów. Wysoka jakość naszych wydruków jest dla nas priorytetem, dlatego korzystamy tylko z najlepszych i sprawdzonych maszyn. Dokładamy wszelkich starań, aby klient wyszedł od nas zadowolony, otrzymując dokładnie to, czego oczekiwał. Za swoje usługi poręczamy naszym wieloletnim doświadczeniem oraz wiedzą. Sukcesywnie się rozwijamy i dbamy o najwyższej jakości wykształcenie z zakresu swojej działalności. Lubimy wyzwania i jesteśmy otwarci na nowe, ciekawe i innowacyjne pomysły na wykorzystanie druku 3D.

CD3D jest wydawcą portalu Centrum Druku 3D, dostarczającego od stycznia 2013 r. najświeższych informacji z zakresu technologii przyrostowych czytelnikom w Polsce. Jest równocześnie trzecim najstarszym i wciąż aktywnym medium tego typu założonym w Europie. CD3D świadczy także usługi szkoleniowe, konsultingowe i doradcze, wspomagając przedsiębiorstwa we wdrażaniu rozwiązań związanych z szeroko pojętym drukiem 3D. Od 2016 roku firma angażuje się w projekty naukowo-badawcze związane z szeroko pojętym wykorzystaniem technologii przyrostowych w nauce i medycynie, współpracując z renomowanymi jednostkami badawczymi w kraju.

Finnotech, właściciel marki F3D Filament, posiada w swojej ofercie niezwykle szerokie portfolio materiałów. Począwszy od tradycyjnego ABS i PLA, a skończywszy na Bioflex, TPU, Nano-Carbonie czy PMMA. Produkty firmy są obecne praktycznie na całym świecie, korzysta z nich również wielu producentów drukarek 3D, którzy brendują je własną marką. Całkiem możliwe, że korzystasz z filamentów Finnotech, nawet o tym nie wiedząc... Oferujemy usługę druku 3d od pomysłu do realizacji; l wykonanie projektu 3d; l przygotowanie modelu do druku; l wykonanie wydruku.

Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019


MaterialsCare Sp. z o. o. ul. Jana Bytnara Rudego 25 02-645 Warszawa tel. 22 234 81 56 info@materialscare.eu www.materialscare.eu

Przedsiębiorstwo Handlowo-Produkcyjne „Rosa” Alicja Sakowicz-Soldatke ul. Hipolitowska 102, Hipolitów 05-074 Halinów tel. 22 783 62 62 biuro@rosaplast.pl www.rosa3d.pl

Wadim Plast ul. Graniczna 10 05-816 Reguły tel. 22 723 38 12 info@wadim.com.pl www.wadim.com.pl

Zamak Mercator Sp. z o.o. ul. J. Piłsudskiego 63 32-050 Skawina tel. 12 276 07 20 fax. 12 276 84 69 handlowy@zamakmercator.pl www.zamakmercator.pl

Spółka MaterialsCare świadczy usługi w zakresie przeprowadzania profesjonalnych ekspertyz materiałowych oraz badań, w tym analiz mikroskopowych (SEM, FIB, TEM, AFM, mikroskopia świetlna, mikroskopia konfokalna) i termicznych (DMA, DSC, TGA) oraz skanowania z użyciem mikrotomografu komputerowego. Ponadto spółka zajmuje się dobieraniem parametrów dla procesów technologicznych w metodach przyrostowych oraz badaniem przyczyn powstawania wad materiałowych podczas wytwarzania. Specjalizują się w drukowaniu metali (stopy tytanu, stal nierdzewna) metodą SLM/DMLS oraz polimerów wysokotemperaturowych (PEEK) metodą FDM. Drugim trzonem działalności spółki jest projektowanie i wytwarzanie innowacyjnych produktów medycznych, takich jak szablony chirurgiczne oraz biokompatybilne implanty.

Od blisko 40 lat dostarczając wysokiej jakości produkty dla przemysłu, wyszliśmy naprzeciw potrzebom rynku i wprowadzamy do oferty FILAMENTY TECHNICZNE. We współpracy z polskimi producentami drukarek 3D, zwłaszcza mając na uwadze wydruki części mechanicznych i wydruki wielkogabarytowe, opracowujemy linie wysokiej jakości filamentów technicznych. Nasze priorytety to: l wysoka jakość materiału; l i bezkompromisowy reżim produkcji pozwalający osiągnąć wybitną jakość – co dla użytkownika oznacza łatwość, przyjemność i niezawodność drukowania. Więcej informacji www.rosa3d.pl

Dostarczamy drukarki 3D do metalu firmy SLM Solutions Group AG, które pozwalają na wydajną produkcję na skalę przemysłową detali z tworzyw metalicznych typu stal nierdzewna, stal narzędziowa, stopy tytanu, stopy aluminium i inne metale, które da się sproszkować. Wykonywane metodą przyrostową detale mogą być: częściami maszyn, elementami powierzchni formującej form lub wykrojników oraz implantami. SLM 800 to największa dostępna na rynku drukarka 3D do metalu. Dzięki powiększonej komorze budowania o wymiarach 500 x 280 x 850 mm i dostępnej konfiguracji z czterema laserami 400 W lub 700 W, SLM 800 wydajnie „buduje” duże komponenty z prędkością do 171 cm3/h.

ZAMAK MERCATOR jest jedynym polskim producentem, z ponad 70-letnim doświadczeniem, specjalizującym się w realizacjach kompletnych linii przemysłowych i laboratoryjnych do przetwórstwa tworzyw sztucznych, gumy i silikonu. Oferujemy wiele różnych linii, do wszelkich zastosowań, jednak naszym topowym produktem jest linia do produkcji filamentu do drukarek 3D. Posiadamy szeroki wybór wytłaczarek jednoślimakowych oraz wytłaczarek dwuślimakowych. Oferujemy też nowoczesne wtryskarki, walcarki i oprzyrządowanie. Nasze wszystkie maszyny są „Made in Poland” – od początku do końca powstają w Polsce w naszym zakładzie w Skawinie. W swojej działalności łączymy kompetencje i tradycję z nowoczesnymi rozwiązaniami, a bogate doświadczenie jest dla Klientów gwarancją spełnienia wszystkich oczekiwań.

Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019

■ VII


Filament do drukarki 3D – od tego zależy jakość Twojego produktu! Od lat obserwujemy niesamowity rozwój technologii druku 3D i z roku na rok powstają coraz nowsze urządzenia wykorzystujące innowacyjne techniki drukowania. Jednak wszystko zaczęło się w 1984 roku, kiedy to amerykański naukowiec Charles Hull wynalazł stereolitograf. Przez lata technologia drukowania „warstwa po warstwie” prężnie się rozwijała, powstawały nowe techniki wykorzystujące bardziej nietypowe materiały. Temat druku 3D z dnia na dzień zyskiwał na popularności, aby w końcu, co teraz obserwujemy, stać się tematem numer jeden. Niższe koszty aparatury i zwiększenie możliwości rozdzielczych produkowanych drukarek, umożliwiają produkcję sprzętu w takich dziedzinach jak m.in przemysł zbrojeniowy, architektura czy medycyna.

O

becnie w technologii druku 3D istnieje pięć metod produkcji. Pierwsza z nich to SLA (Stereolitografia), która polega na drukowaniu przy użyciu żywicy światłoutwardzalnej przy zastosowaniu lasera. Druga metoda to DLP (Digital Light Processing), która jest dość podobna do metody SLA, jednak utwardzanie zachodzi na podstawie światła emitowanego z projektora. Kolejna to SLS (Selective Laser Sintering), wykorzystująca spiekanie proszków. Czwarty sposób to SLM/DMLS (Selective Laser Melting) – druk 3D ze sproszkowanych metali, a ostatni z nich to FDM/FFF (Fused Deposition Modeling/Fused Filament Fabrication), wykorzystujący do druku tworzywa m.in. termoplastyczne. Technologia FDM jest metodą cieszącą się największą popularnością, gdyż jest najłatwiejsza w obsłudze i dostępna dla przeciętnego użytkownika – nawet w warunkach domowych śmiało można tworzyć np. artykuły codziennego użytku lub zabawki dla dzieci. W technologii FDM można wykorzystywać takie materiały jak: ABS, PLA, PET oraz różnego rodzaju kompozyty np. z włóknami węglowymi, proszkiem ceramicznym, czy metalami. Jednak żadna drukarka nie stworzy dobrego produktu, bez filamentu o doskonałej jakości. Tak jak w poligrafii – jeśli chcemy wydać pięknie prezentującą się książkę, musimy użyć najlepszej jakości tuszu oraz papieru. Produkcja filamentu do druku 3D musi być perfekcyjna, a to wymaga użycia najwyższej jakości sprzętu. Bezapelacyjnie najlepszym polskim producentem urządzeń do produkcji filamentu do druku 3D jest ZAMAK MERCATOR. Dzięki innowacyjnym rozwiązaniom oraz wieloletniemu doświadczeniu w produkcji urządzeń do przetwórstwa tworzyw sztucznych, ZAMAK MERCATOR stworzył wiodącą na skalę europejską linię do produkcji filamentu wykorzystywanego w drukarkach 3D. Cechuje się ona bardzo wysoką prędkością, bo aż do 85m/min oraz wydajnością – ponad 20 kg/h, zachowując przy tym wysoką dokładność wymiarową otrzymywanej żyłki – do 0,03 m. Pozwala ona na produkcję filamentu o średnicy 1,75 i 3 mm, ze wszystkich rodzajów termoplastów o temperaturze przetwórstwa do 400oC, stosując przy tym różne rodzaje wypełnień, takie jak np. wióry drewniane, cząstki czy włókna krótkie. Maszyny ZAMAK MERCATOR są ekonomiczne i przyjazne środowisku – wszystkie procesy zachodzą przy bardzo niskim zużyciu energii, a dzięki zaawansowanej automatyce, linia ZAMAK VIII

MERCATOR może być obsługiwana z jednego panelu dotykowego lub nawet z tabletu, co nie wymaga dodatkowych szkoleń i pozwala zaoszczędzić cenny czas. Biorąc pod uwagę powyższe cechy, nie ma wątpliwości dlaczego urządzenia ZAMAK MERCATOR są topowymi produktami nie tylko na polskim rynku, ale i również na zagranicznym. Jeśli są Państwo zainteresowani taką lub podobną linią produkcyjną, zapraszamy do odwiedzenia naszej strony internetowej: www.zamakmercator.pl lub kontaktu z działem handlowym drogą e-mailową: handlowy@zamakmercator.pl.

Zamak Mercator Sp. z o.o. ul. J. Piłsudskiego 63, 32-050 Skawina tel. 12 276 07 20, fax. 12 276 84 69 handlowy@zamakmercator.pl www.zamakmercator.pl Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019


Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019

IX


DRUK 3D – praktyczne zastosowania oraz potencjał technologii Andrzej Burgs

Na jedno polska branża technologii druku 3D nie może dziś narzekać – jej istnienie jest mocno rozpowszechnione i uświadomione w niemal każdej firmie produkcyjnej. Ale niestety – najczęściej jest to wiedza powierzchowna, ograniczająca się do pojęć, zagadnień lub realizacji podpatrzonych w mediach czy na branżowych targach. Ponadto druk 3D, z krzywdą dla tej technologii, jest w Polsce kojarzony z wytwarzaniem gadżetów czy pomocy szkolnych. Wiedza o tym, że może on rozwiązać wiele problemów dotyczących np. utrzymania płynności produkcji czy wytworzenia serii prototypów, jest nadal rzadka. I płytka. Takiemu stanowi rzeczy winna jest niestety sama branża druku 3D, która dziś jeszcze nie potrafi prowadzić uregulowanych działań promujących rolę profesjonalnego wdrażania rozwiązań technologii generatywnych.

S

kutkiem tego szumne mówienie o technologiach druku 3D w bardzo wielu przypadkach zawężane jest do korzystania z ich najprostszej postaci – technologii FDM (fused deposition modeling, czyli przetopu termoplastycznych tworzyw sztucznych). Niskie koszty jej wdrożenia powodują, że jak grzyby po deszczu powstają podmioty oferujące usługi druku 3D. Proste wydruki nie wymagają specjalistycznej wiedzy i może je wykonywać każdy, kto poświęci chwilę, by się przeszkolić. I nie byłoby w tym nic niezwykłego czy rażącego, gdyby nie fakt, że taki wizerunek technologii druku 3D funkcjonuje wśród ludzi związanych z przemysłem. Finalnie wszyscy na tym tracą – czas, pieniądze i możliwości. Idąc tylko krok dalej, można dowiedzieć się, że dziś druk 3D niemal nie ma ograniczeń innych niż wyobraźnia. Kilkadziesiąt technologii druku 3D możemy zgrupować w czterech podstawowych segmentach: 1. FDM/FFF/LPD – czyli termozgrzewanie tworzyw sztucznych, 2. SLA/DLP/3SP – czyli fotopolimeryzacja żywic światłoczułych, 3. SLS – czyli selektywny spiek laserowy proszków poliamidowych, 4. SLM/DMLS/LaserCusing – czyli spiek laserowy proszków metalowych. Podstawowa wiedza i umiejętność rozróżnienia technologii są istotne w kontekście nawiązania współpracy z firmami świadczącymi usługi druku 3D i/lub wdrożeń drukarek 3D. Nawiązanie współpracy może przynieść bardzo wiele korzyści, pod warunkiem że partner, którego wybierzemy, będzie mógł wykazać się szeroką i kompletną wiedzą dotycząca aplikacyjności poszczególnych technologii i dopasowania ich do potrzeb danego przedsiębiorstwa. Tu raz jeszcze warto podkreślić, że niska finansowa bariera wejścia w świadczenie usług druku 3D powoduje, że na rynku funkcjonuje wiele firm, którym brak zaplecza merytorycznego i technicznego. Finalnie taki stan rzeczy negatywnie wpływa na wizerunek technologii addytywnych. Nieudane lub nieukończone realizacje utrudniają budowanie zaufania pomiędzy przemysłem a branżą druku 3D. Jeśli realizacje były kompletną klapą, najczęściej na bardzo długi czas zniechęca to klientów do

X

spróbowania raz jeszcze. Polska branża druku 3D jest jeszcze zbyt młoda, by była skutecznie weryfikowana przez wolny rynek w oparciu o profesjonalizm świadczonych usług. Duża część nowych firm zdobywa klientów atrakcyjnymi czy wręcz dumpingowymi cenami – by potem nie móc realizować usług profesjonalnie. I znów tracą na tym wszyscy. JAK, GDZIE I PO CO? Przykładami ciekawych wdrożeń technologii druku 3D można sypać jak z rękawa. Nikt, kto zawodowo związany jest z szeroko pojętą produkcją, nie przejdzie obok nich obojętnie. Pierwszym niech będzie pewna firma wojskowa, która przy wykorzystaniu technologii odlewania próżniowego wykonuje serie 10-20 sztuk dedykowanych swoim urządzeniom elementów. Nietrudno wyDodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019


wnioskować, że przy takich ilościach inwestycja w formy wtryskowe nie ma najmniejszego sensu, choć mimo to takie decyzje są nadal podejmowane w wielu przedsiębiorstwach. Firma, o której mówimy, ma jeszcze jednego asa w rękawie: gdy zdecyduje, że teraz potrzebuje kilkunastu innych elementów, zamiast zamawiania nowych form wytryskowych stworzy nowy projekt dla swojej drukarki 3D. Doskonałymi przykładami wdrożeń są fabryki z tzw. „lekką produkcją” (co ciekawe, w nich świetnie sprawdza się także wspomniana technologia FDM). I tak na przykład na linii produkcyjnej etykietowania butelek można znaleźć kilka elementów, które może nie są narażone na duże obciążenia czy szczególne warunki pracy, ale cyklicznie się zużywają. Zamiast wstrzymywać produkcję w oczekiwaniu na części zamienne od producenta maszyn, dużo szybciej będzie po prostu je sobie wydrukować. Przytaczając przykłady, nie można pominąć szybkiego prototypowania. Hasło, z którym wielu managerów już się osłuchało, lecz nie traci ono nic na swojej atrakcyjności. Szczególnie gdy jest się producentem obuwia i dzięki wdrożeniu drukarki 3D zwiększa się tempo produkcji prototypów obcasów z jednego do sześciu na dobę. Koszt w taką inwestycję zwraca się bardzo szybko. Technologia druku 3D pozwala nie tylko drukować potrzebne części zamienne, ale także na bieżąco modyfikować je pod konkretne potrzeby produkcji. W ten sposób posiadane już w zakładzie produkcyjnym maszyny zwiększają swoją efektywność i opłacalność, a firma może zaoszczędzić na zakupie urządzeń pod wąskie czy wyjątkowe zastosowania. Oszczędności liczy się tu nie tylko w pieniądzach, ale i w czasie.

Są sytuacje, w których druk 3D jest jedynym opłacalnym rozwiązaniem. Jest tak np. wtedy, gdy projektu nie da się wykonać tradycyjnymi, ubytkowymi metodami obróbki. Z drugiej strony są projekty, które jak najbardziej można wykonać bez udziału technologii generatywnych. Może się jednak okazać, że wydrukowanie zajmie znacznie mniej czasu i będzie zwyczajnie dużo tańsze. DRUKIEM CZY WTRYSKIEM? Porównanie i zestawianie ze sobą szybkości i opłacalności wykorzystania w produkcji technologii druku 3D i form wtrysko-

t

Rys. 1. Wykres obrazujący koszty wytworzenia plastikowej kaczuszki metodą druku 3D i metodą wtryskową

Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019

XI


Rys. 2. Gartner’s Hype Cycles Emerging Technologies 2017

wych pojawia się często. Druk 3D w pewnych przypadkach wypiera już zastosowanie frezu. Jednak nie jest regułą, że druk 3D zawsze będzie bardziej opłacalny. Trzeba zastanowić się, jak dużą produkcję danego elementu chcemy uruchomić. Dodatkowym pytaniem jest, czy na pewno wszystkie elementy mają być dokładnie takie same, czy może potrzebujemy drobnych zmian. Dobrą ilustracją do tej wypowiedzi jest wykres obrazujący koszty wytworzenia plastikowej kaczuszki dwiema wspomnianymi metodami, w zależności od liczby wytworzonych elementów (rys. 1). Jak widać, w pewnym miejscu oba wykresy się krzyżują i druk 3D przestaje górować nad metodą wtryskową. Zawsze kluczem do optymalizacji produkcji jest oszacowanie finalnego zapotrzebowania. CIĄGŁY POTENCJAŁ CIĄGŁEGO WZROSTU W ostatnich latach technologie generatywne bardzo intensywnie się rozrosły, a ich wpływ na różne gałęzie życia jest i coraz większy, i coraz bardziej widoczny. Poza entuzjazmem trzeba jednak pamiętać, że nie jest on uniwersalną odpowiedzią na wszystkie potrzeby producentów. Różne gałęzie przemysłu zaadaptowały go w różny sposób. Dalszy jego rozwój będzie szybszy, kiedy (lub też: jeśli) druk 3D przestanie być postrzegany jako technologia niekonwencjonalna. Lub hobby. Natomiast to, w jaki sposób dana technologia addytywna będzie aplikowana, mocno zależy od tego, jaki potencjał aktualnie dostrzeże w niej rynek. Firma badawcza Gartner w badaniu „Hype Cycle for 3D Printing, 2017” prognozuje, jak wysoce prawdopodobne jest osiągnięcie powszechnej aplikacyjności różnych gałęzi i technologii druku 3D w danym przedziale czasowym (rys.2). Rozbieżności i różnice w dynamice są spore. Podobnie jak oczekiwania. ASPEKT MASOWEJ PRODUKCJI Mimo młodego wieku branży daje się już zauważyć jej wpływ na masowe produkcje. Firmy coraz chętniej decydują się na krótkie serie produkcyjne i realizują je z wykorzystaniem technologii generatywnych. Tak jest po prostu dużo bezpieczniej i dużo taniej, a gdy zachodzi konieczność wprowadzenia zmian, produkXII

cję można szybko, bez problemu i bez dodatkowych kosztów przezbroić. Dodatkowo coraz popularniejsze staje się łączenie produkcji masowej z personalizacją finalnego produktu. Istnieje bardzo dużo produktów, w których tylko niektóre elementy wymagają personalizacji w celu polepszenia ich efektywności. Cała reszta urządzenia może być produkowana masowo. Idealnym przykładem są tu aparaty słuchowe – personalizowana obudowa plus elektronika produkowana masowo. Dziś drukarki 3D nie są jeszcze zagrożeniem dla tradycyjnej produkcji masowej. Jednak obserwowany trend skracania serii produkcyjnych (czy ich większe personalizowanie) mogą zaowocować tworzeniem centrów produkcyjnych opartych na technologii druku 3D. Będą one w stanie dowolnie zmieniać zakres produkcji i lokować ją bliżej klientów. To z kolei skróci czas i koszty dostaw, dając wymierne oszczędności. Technologie druku 3D mają – jak wszystko – i zalety, i wady. Dzięki właściwemu dopasowaniu technologii addytywnej, dobraniu właściwego materiału i odpowiedniego urządzenia osiągnięcie w firmie czy zakładzie produkcyjnym ogromnych oszczędności jest tylko kwestią czasu. Najważniejszym jest jednak, że druk 3D pozwala znacznie skrócić etap prototypowania, a także udostępnia możliwości niemożliwe do osiągnięcia z wykorzystaniem tradycyjnych maszyn CNC. Krótkoseryjne lub jednostkowe wytwórstwo to kierunek, w którym zmierza wiele branż. Świat się personalizuje, a drukarki 3D z pewnością mu w tym pomogą. Reasumując, druk 3D jest w fazie wznoszącej cyklu rozwojowego. Nie w każdej branży, nie w każdym momencie będzie skuteczny. Jednakże wiedza o potencjale i możliwościach pozwoli na optymalne zastosowanie technologii 3D w wielu firmach. Istotne jest, aby sięgać po tę wiedzę z profesjonalistami. Druk 3D ma tę szczególną właściwość, że inwestycje w utrzymaniu ruchu potrafią się zwrócić po 1–2 miesiącach, a nie latach. Artykuł ukazał się na łamach czasopisma „Szef Utrzymania Ruchu” – wydanie 5/2017.

Andrzej Burgs Sygnis New Technologies Sp. z o.o Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019


REKLAMA

Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019

XIII


ARTYKUŁ

S P O N S O R O WA N Y

Najnowsza generacja drukarek 3D do metalu SLM 800 Systemy produkcyjne do wytwarzania elementów metalowych metodą przyrostową SLM oparte na najnowszych drukarkach SLM 800 firmy SLM Solutions Group AG.

S

LM 800 to największa dostępna na rynku drukarka 3D do metalu. Dzięki powiększonej komorze budowania o wymiarach 500 x 280 x 850 mm i dostępnej konfiguracji z czterema laserami 400 W lub 700 W, SLM 800 wydajnie „buduje” duże komponenty z prędkością do 171 cm3/h. Ta niespotykana szybkość budowy i wielkość komory, w połączeniu ze zintegrowaną, automatyczną obsługą proszku, otwiera nowe możliwości dla produkcji na dużą skalę. Czynnikiem niezbędnym do tworzenia prawidłowych elementów o zadowalających właściwościach mechanicznych jest czysta komora procesowa. Zoptymalizowany przepływ gazu obojętnego skutecznie usuwa z niej opary i sadzę, zapewniając doskonałe warunki procesu. Chroni również szkło osłonowe laserów przed jakimkolwiek zanieczyszczeniem. Czystość w komorze procesowej zapewnia też tzw. stały moduł filtra (bez konieczności jego wymieniania), w który drukarka wyposażona jest standardowo. W zależności od potrzeb drukarka SLM 800 może współpracować z ręczną stacją rozładowczą (dla pojedynczych urządzeń) lub z całkowicie zautomatyzowanym system dystrybucji SLM HUB, który maksymalizuje czas pracy i oferuje bezdotykową dystrybucję proszku wraz z automatycznym ładowaniem i rozładowaniem komór.

Ręczna dystrybucja proszku zastąpiona jest dystrybucją automatyczną, której elementem składowym jest specjalna przestrzeń do usuwania proszku. W tej części następuje obrót komory roboczej o 180o i wprowadzenie jej w wibrację, co powoduje oddzielenie od elementu drukowanego całego niewykorzystanego proszku, który jest następnie transportowany do stanowiska przesiewania w celu ponownego użycia. Pięć drukarek SLM 800 może być modułowo połączonych i obsługiwanych z jednego SLM HUB. Dzięki takiemu zestawieniu i modułowej synchronizacji procesu można równolegle pracować na 5 drukarkach jednocześnie, co optymalizuje czas pracy każdej maszyny i skaluje ją do pełnej produkcji. Zestawione systemy SLM 800 posiadają wtedy wspólny system dystrybucji (obiegu) proszku i są zasilane proszkiem metalicznym próżniowo z centralnej stacji proszków.

SLM HUB Drukarka SLM 800 osiąga maksymalną wydajność, gdy jest zintegrowana z w pełni automatyczną stacją obsługi SLM HUB. Stacja transportuje całe komory budowy do dedykowanych przestrzeni np.: l Przestrzeń wstępnego podgrzewania komory; l Przestrzeń oddzielania proszku; l Przestrzeń chłodzenia w atmosferze obojętnej. Specyfikacja techniczna SLM800 Objętość drukowania

500 x 280 x 850 mm (zawiera grubość płyty podporowej

Konfiguracja optyki 3D

Quad (4 lasery po 400 W) Quad (4 lasery po 700 W)

Prędkość drukowania

do 171 cm3/h

Regulowana grubość warstwy

20 μm–90 μm

Min. grubość ścianki

150 μm

Średnica plamki lasera

80-115 μm

Max. szybkość skanowania

10 m/s

Zużycie gazu ochronnego w procesie

5-7 l/min (argon)

Zużycie gazu ochronnego (czyszczenie)

70 l/min (argon)

Zasilanie

400 V 3 NPE, 64 A, 50/60 Hz, 8-10 kW

Jakość i pobór powietrza

ISO 8572-1:2010[1:4:1], 50 l/min@6bar

XIV

Wadim Plast ul. Graniczna 10, 05-816 Reguły tel. 22 723 38 12 www.wadim.com.pl, info@wadim.com.pl Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019


Wykorzystanie druku 3D w zastosowaniach automotive Jacek Caban, Mirosław Szala, Jacek Kęsik, Łukasz Czuba

W artykule scharakteryzowano najczęściej stosowane technologie druku 3D: metoda FFF/FDM, metoda SLA, metoda SLS oraz metoda CJP. Przedstawiono możliwości zastosowania druku 3D w przemyśle motoryzacyjnym oraz projektowaniu nowych elementów i części pojazdów. W części badawczej pracy zaprezentowano wybrane próbki elementów wydrukowanych w technologii druku 3D metodą FDM/FFF przy różnych parametrach druku w zakresie uzyskanej powierzchni i geometrii.

Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019

W literaturze niewiele jest informacji dotyczących oceny modeli wytarzanych na platformie chłodzonej i bez jej chłodzenia. Niniejsza praca ma na celu porównanie geometrii i scharakteryzowanie powierzchni elementów wydrukowanych w technologii druku 3D metodą FDM/FFF na platformie z chłodzeniem i bez chłodzenia. PRZEGLĄD METOD DRUKU 3D Termin druk 3D stał się obecny w każdej dziedzinie związanej z projektowaniem i wytwarzaniem [10]. Początkowo będący jedną z metod rapid prototyping znajduje coraz to nowe zastosowania, a skala wydruków obejmuje zakres od obiektów milimetrowych gabarytów po konstrukcje budynków [9, 15]. Pomimo dużej różnorodności rozwiązań realizacji druku 3D, sprowadza się on do podstawowej zasady nakładania kolejnych warstw materiału konstrukcyjnego. Zróżnicowanie między metodami tkwi w realizacji wytwarzania warstw. Spośród mnóstwa technologii druku 3D można wyróżnić 4 najbardziej rozpowszechnione rodzaje: l metoda FFF/FDM; l metoda SLA; l metoda SLS; l metoda CJP. Metoda druku FDM/FFF Nazwa metody pochodzi od akronimów Fused Deposition Modelling lub Fused Filament Fabrication, co oznacza wytwarzanie z roztopionego tworzywa [4]. Metoda ta jest najbardziej powszechna ze względu na stosunkowo proste rozwiązanie techniczne i niski koszt realizacji wydruków. Polega ona na układaniu warstw z wytłaczanego przez dyszę tworzywa (filament), podgrzanego do temperatury topnienia. Dozowanie filamentu w sposób ciągły realizowane jest w prosty sposób dzięki zastosowaniu tworzywa w postaci drutu o ustalonej średnicy. Drut ten jest z określoną prędkością wsuwany do komory układu topiącego, zapewniając ciągły dopływ roztopionego tworzywa do dyszy. Głowica zawierająca silnik przesuwający filament, cewkę roztapiającą i dyszę przemieszcza się w czasie drukowania pojedynczej warstwy w płaszczyźnie XY nad obiektem. Oprogramowanie steruje kierunkiem przemieszczania głowicy i prędkością wytłaczania filamentu. Przejście do kolejnej warstwy realizowane jest przez podniesienie dyszy lub obniżenie platformy z obiektem (rys. 1). Precyzja tej metody zależy od średnicy dyszy, precyzji układu jej pozycjonowania, jak również od właściwości krzepnięcia filamentu. Obecnie przeciętna grubość warstwy uzyskiwana przez XV

t

B

udowa pojazdów to szukanie innowacyjnych rozwiązań w zakresie wytwarzania materiałów [16, 17], technologii i zarządzania produkcją oraz badań empirycznych i stochastycznych [3]. Według danych organizacji branżowych przemysłu samochodowego, ACEA (European Automobile Manufacturers Association) i OICA (Organisation Internationale des Constructeurs d Automobiles), Europa nadal pozostaje największym producentem samochodów na świecie [1]. W ciągu ostatnich kilku lat zaobserwowano tendencję do przesuwania produkcji samochodów na wschód (Polska, Czechy, Słowacja, Rosja). Ponadto Turcja, Indie i Chiny stają się coraz częściej miejscami lokalizacji nowych montowni pojazdów samochodowych. Kolejną istotną tendencją zmieniającą oblicze przemysłu samochodowego jest tzw. zielony trend [8]. Wzrost ceny paliw oraz coraz bardziej restrykcyjne ustawodawstwo dotyczące ochrony środowiska w UE powodują wzrost zainteresowania małymi, ekonomicznymi samochodami i pojazdami o napędzie hybrydowym (np. Toyota Camry, Auris czy Prius). Największym wyzwaniem w działalności badawczej jest dziś opracowanie rozwiązań w pobliżu zerowej emisji zasilania pojazdów [2]. Należy przewidywać, że najbliższa dekada przyniesie wiele wyzwań w obszarze organizacji produkcji i logistyki w tej branży [8]. Zmiany dotyczą organizacji produkcji oraz metod i technik wytwarzania. Technologia druku 3D stosowana jest w wielu dziedzinach wytwarzania w tym również w przemyśle motoryzacyjnym. Dzięki możliwości drukowania różnych tworzyw (np. tworzyw sztucznych, proszków metali) możliwe jest wytwarzanie prototypów elementów maszyn, jak również gotowych podzespołów. Począwszy od 2014 roku, kilku dobrze znanych producentów samochodów drukuje ok. 100 000 części prototypowych rocznie [1]. Przykładami są wydruki elementów wykończenia wnętrza, tuneli wentylacyjnych w pojeździe, części zespołów mechatronicznych i innych mniej lub bardziej odpowiedzialnych części pojazdów. Ponadto technologia ta jest wykorzystywana przy tworzeniu różnych podzespołów. Brytyjska firma Grainger & Worrall, specjalizująca się w produkcji specjalistycznych form do odlewów dla branży motoryzacyjnej, zdobyła właśnie prestiżowy kontrakt na stworzenie form dla bloku silnika w najnowszym samochodzie sportowym Aston Martina – DB11 [11]. Druk 3D wpływa na skrócenie czasu wytwarzania elementów i stanowi alternatywę dla konwencjonalnych metod wytwarzania. Istnieje wiele metod druku 3D, każda z nich ma swoje odmiany. Druk metodą FDM/FFF standardowo realizowany bez chłodzenia platformy wydruku może odbywać się z jej chłodzeniem.


Rys. 1. Schemat poglądowy realizacji wydruku 3D metodą FDM/FFF

dostępne urządzenia oscyluje w okolicy 0,2 mm [14]. Częstą bolączką tej metody jest zjawisko zniekształceń obiektu wskutek kurczenia się stygnącego filamentu [6]. Specyfika metody umożliwia drukowanie tylko jednym filamentem na raz, co pozwala na uzyskanie jednokolorowego wydruku. Istnieją rozwiązania kilkugłowicowe, pozwalające na wydruki najczęściej dwukolorowe. Kolejną wadą metody jest konieczność umieszczania drukowanej warstwy na podkładzie, rozpuszczony filament musi mieć podporę zanim zastygnie. Niemożliwe jest więc wydrukowanie elementów wystających z powierzchni obiektu bez dodatkowego drukowania specjalnych podpór (support). Podpory te mogą być drukowane z tego samego tworzywa lub w przypadku systemów wielogłowicowych ze specjalnego tworzywa rozpuszczalnego. Zaletą tej metody jest możliwość częściowego wypełniania wnętrza drukowanego elementu z wykorzystaniem wzorów usztywniających konstrukcję. Pozwala to na oszczędność materiału i czasu druku i umożliwia uzyskanie lekkich obiektów o dużej wytrzymałości mechanicznej. O znacznej popularności tej metody decyduje niski koszt zarówno urządzenia, jak i samego wydruku. W internecie dostępne są instrukcje samodzielnego skonstruowania drukarek FFF sterowanych przez oprogramowanie udostępniane na otwartej licencji [8]. Metoda druku SLA Skrót SLA pochodzi od słowa stereolitografia, oznaczającego metodę warstwowego wytwarzania obiektów poprzez utwardzanie płynnego fotopolimeru wiązką światła [7]. Urządzenie zawiera pojemnik z płynem światłoutwardzalnym. W zależności od konstrukcji kolejne warstwy są utwardzane na powierzchni płynu, a odpowiedni system podnosi poziom płynu wraz z kolejnymi warstwami. Alternatywnie proces utwardzania zachodzi na dnie pojemnika z fotopolimerem. Promień świetlny przenika przez przeźroczyste dno pojemnika i utwardza polimer na platformie stopniowo wynurzającej się z pojemnika. Najczęściej do utwardzania wykorzystywany jest promień lasera ze względu na możliwość precyzyjnego skupienia wiązki światła. W zależności od rozwiązań wiązka lasera odchylana jest mechanicznie lub za pomocą galwanometru (rys. 2). Również tutaj istnieje konieczność podparcia lub podtrzymania elementów odstających. Problemem jest również konieczność zapewnienia równomiernego pokrycia bieżącej warstwy fotopoXVI

Rys. 2. Schemat poglądowy realizacji wydruku 3D metodą SLA

limerem przed rozpoczęciem utwardzania kolejnej, co znacząco wpływa na czas wydruku [7]. Ponieważ drukowany obiekt jest zanurzony w jednolitym roztworze, niemożliwe jest drukowanie wielokolorowych modeli. Zaletą natomiast jest możliwość wykorzystywania polimerów o różnych właściwościach, np. zwiększona elastyczność, przezroczystość, odporność na wysokie temperatury itp. Technologia SLA oferuje wyższą precyzję wydruku z grubością warstw dochodzącą do 10 μm. Jest to okupione wydłużeniem czasu wytwarzania obiektu. Metoda druku SLS Akronim pochodzi od angielskiego Selective Laser Sinistering i oznacza metodę punktowego spiekania warstwy sproszkowanego materiału budulcowego [18]. Sproszkowany materiał nakładany jest cienką warstwą równomiernie na całą powierzchnię obszaru wydruku. Następnie na jego powierzchnię kierowany jest promień wysoko energetycznego lasera, powodujący miejscowe podgrzanie proszku do temperatury zapewniającej jego stopienie i połączenie z warstwami poniższymi (rys. 3). Metoda ta pozwala na bezpośrednie wytwarzanie elementów z odpornych materiałów jak plastik, ceramika czy metal. Jej podstawową zaletą jest brak konieczności tworzenia podpór. Ele-

Rys. 3. Schemat poglądowy realizacji wydruku 3D metodą SLS Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019


menty odstające od powierzchni obiektu wspierają się na wcześniejszych warstwach proszku budulcowego [18]. Jest to również potencjalna wada, gdyż wszystkie niezabudowane przestrzenie obiektu są wypełnione proszkiem. W przypadku potrzeby uzyskania pustych przestrzeni wewnątrz obiektu konieczne jest zaprojektowanie otworów umożliwiających usunięcie proszku ze środka. Metoda druku CJP Akronim pochodzi od angielskiego Color Jet Printing. Metoda pozwala na uzyskiwanie wielokolorowych wydruków, w zakresie dostępnym dla standardowych drukarek CMYK [19]. Zasada działania tej metody jest zbliżona do metody SLS. Tutaj również materiał budulcowy w postaci proszku jest rozprowadzany kolejnymi warstwami na powierzchni wydruku. Materiał ten nie jest jednak spiekany laserem, a utwardzany poprzez punktowe dodanie specjalnego lepiszcza, sklejającego proszek w miejscu aplikacji (rys. 4). Aplikacja lepiszcza odbywa się za pomocą głowicy drukującej, zbliżonej budową do standardowej głowicy drukarki atramentowej. Pozwala to również na wykorzystanie metody druku typu Ink Jet do aplikacji pigmentów barwnych wraz z aplikacją lepiszcza. Pozwala to na drukowanie obiektów o zmiennym kolorze powierzchni, w zakresie barw CMYK. Tak samo jak w przypadku standardowego druku atramentowego, lepiszcze lekko rozpływa się w materiale budulcowym. Pozytywnym efektem takiego zachowania jest zatarcie granic między poszczególnymi warstwami, podczas gdy negatywnym efektem jest występowanie chropowatości powierzchni wskutek nierównomiernego rozpłynięcia się lepiszcza po materiale budulcowym. PRZYGOTOWANIE DO DRUKU Każda z zaprezentowanych metod wymaga odpowiedniego przygotowania modelu 3D do druku i utworzenia pliku zawierającego zestaw komend realizujących wydruk. W niniejszej pracy wykorzystywano drukarki typu FDM, opisany więc zostanie proces przygotowania modelu do wydruku na drukarkach tego typu. Proces ten można podzielić na kilka etapów: utworzenie modelu obiektu, analiza poprawności modelu, dobór parametrów wydruku, konwersja na model warstwicowy, utworzenie pliku wykonawczego. Utworzenie modelu obiektu Obiekt do druku może zostać utworzony jako odwzorowanie rzeczywistego obiektu poprzez skanowanie 3D lub jako projekt nieistniejącego obiektu utworzony przez projektanta. W obu przypadkach mamy najczęściej do czynienia z obiektami zapisanymi

w postaci otoczki powierzchni obiektu, tzw. Boundary Representation. Model taki nie zawiera wypełnienia, a jedynie zbiór powierzchni opisujących jego zewnętrzną powłokę. Aby model taki mógł być traktowany jako pełnoprawna bryła, nie może posiadać żadnych luk w opisie swojej powierzchni. Taki model określany jest mianem wodoodpornego. W grafice 3D stosuje się najczęściej uproszczoną metodę opisu powierzchni obiektu trójwymiarowego. Wiąże się to z umożliwieniem maszynowego przeliczania pozycji i skali elementów składowych powierzchni obiektów. Podstawowym uproszczeniem jest budowa powierzchni obiektu wyłącznie z dwuwymiarowych elementów: trójkątów i czworokątów (quad). Wszelkiego rodzaju krzywizny są aproksymowane tymi elementami. Obiekt w rezultacie zostaje pokryty tzw. siatką trójkątów. Pozyskanie kształtu obiektu 3D na drodze skanowania 3D prowadzi najczęściej do utworzenia takiego modelu siatkowego. W przypadku modelowania obiektu przez projektanta, tworzenie kształtu od razu z pomocą siatki trójkątów byłoby uciążliwe i nie wskazane ze względu na uproszczenia konstrukcji. Oprogramowanie do modelowania kształtów 3D typu CAD wykorzystuje tzw. zapis parametryczny, gdzie model składa się z podstawowych figur geometrycznych opisanych odpowiednimi parametrami [12]. Na rysunku 5 przedstawiono przykłady obu typów modeli. Modele te są specyficzne dla danego oprogramowania CAD i muszą być skonwertowane do postaci siatkowej przed kolejnym etapem przygotowania do druku. Analiza poprawności modelu Jak przedstawiono wcześniej, model siatkowy obiektu do druku może być efektem konwersji modelu parametrycznego lub efektem przetworzenia danych ze skanowania 3D. W obu przypadkach istnieje ryzyko powstania nieciągłości w powierzchni obiektu, które należy wypełnić (rys. 6). Model powstały wskutek konwersji z modelu parametrycznego może zawierać strukturę wewnętrzną odpowiadającą powierzchniom figur składowych (rys. 7).

Rys. 5. Przykłady modeli powierzchniowych obiektów 3D, a) model siatkowy, b) model parametryczny

Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019

Rys. 6. Przykład modelu powierzchniowego zawierającego: a) nieciągłość powierzchni; b) po wypełnieniu nieciągłości

t

Rys. 4. Schemat poglądowy realizacji wydruku 3D metodą CJP

XVII


Rys. 7. Przykład modelu powierzchniowego obiektu 3D, a) widok powierzchni, b) widok siatki wewnętrznej

Utworzenie zamkniętej zewnętrznej powłoki takiego modelu nie jest sprawą trywialną i wymaga daleko idącej ingerencji w układ trójkątów opisujących powierzchnię modelu. Z kolei pozostawienie wewnętrznej struktury jest dopuszczalne, ale będzie rodziło komplikacje na dalszych etapach przygotowania do druku. Dobór parametrów wydruku W punkcie „Metoda druku FDM/FFF” przedstawiono zasadę powstawania wydruku FDM. Wynika z niej, że obiekt będzie tworzony warstwami zawierającymi ściany modelu oraz wypełnienie według ustalonego schematu. Ściany ustawione poziomo traktowane są jako podłoga lub sufit, dla których można określić grubość, ilość warstw. Parametry wydruku można podzielić na dwie grupy: dotyczącą sposobu wydruku modelu, dotyczącą wydruku elementów pomocniczych. W pierwszej grupie znajdują się parametry decydujące o kształcie obiektu końcowego. Ogólna wysokość warstwy określa precyzję wydruku, ilość warstw na milimetr wydruku. Jest to wartość wyrażana w jednostkach metrycznych. Oprócz tego określany jest graniczny rozmiar szczegółów obiektu. Fragmenty mniejsze od wartości granicznej, określającej de facto precyzję urządzenia drukującego, będą pominięte podczas tworzenia modelu warstwicowego. Pozostałe parametry wyrażane są procentowo lub jako wielokrotności warstwy. Parametry te to grubość podłogi i sufitu w warstwach. Grubość ścian bocznych w postaci ilości warstw (shells) oraz sposób realizacji wypełnienia wnętrza w postaci wzoru (np. diament, plaster miodu itp.) i jego procentowego zapełnienia. Modyfikując odpowiednio te parametry, można uzyskać diametralnie różne wydruki tego samego modelu. Od w pełni wypełnionego modelu po wydruk wyłącznie ścian bocznych. Druga grupa to parametry definiujące sposób wydruku ewentualnych podpór (support) zapewniających prawidłowy wydruk fragmentów nie mających podparcia w samym modelu (np. wystający uchwyt). Generalnie każdy fragment wystający pod kątem mniejszym niż 45o wymaga podparcia. Wyjątkiem są tzw. mosty (bridge), gdzie fragment jest zakotwiczony w modelu z obu stron. Głowica jest w stanie przeciągnąć warstwę tworzywa między obiema podporami. Istnieje jednak ryzyko obwieszenia się stygnącego tworzywa pod wpływem grawitacji. Na parametry definiowania podpór składają się między innymi: możliwość włączenia/wyłączenia podpór. Gęstość generowania podpór. Odległość podpory od bocznej powierzchni obiektu i od warstwy wspieranej. Kąt graniczny, od którego mają być generowane podpory. Graniczna długość mostu niewymagającego podparcia. Konwersja na model warstwicowy Sama konwersja przebiega automatycznie według zadanych XVIII

parametrów wydruku. Algorytm konwersji wymaga dostarczenia poprawnego modelu, niezawierającego błędów. W przeciwnym wypadku wygenerowany model warstwicowy może zawierać niepożądane braki (rys. 8). Na etapie tym można również prześledzić zaprogramowane ruchy głowicy, wymagane podczas wytwarzania obiektu. Realizacja wydruku Ostatnim etapem jest zapisanie modelu warstwicowego w formacie wymaganym przez urządzenie drukujące i rozpoczęcie procesu wydruku. Na rysunku 9 przedstawiono kolejne etapy realizacji druku przykładowego modelu. Cel pracy Praca ma na celu porównanie geometrii i scharakteryzowanie powierzchni elementów wydrukowanych w technologii druku 3D metodą FDM/FFF na platformie z chłodzeniem i bez chłodzenia. MATERIAŁ I METODY Technologia wytworzenia próbek do badań Dwa zestawy sześcianów o wymiarach 20x20x20mm wytworzono przy użyciu drukarki 3D w technologii wydruku 3D metodą FDM/FFF. Każdy z zestawów składał się z trzech próbek. Pierwszy zestaw wykonano stosując chłodzenie nad obszar wydruku (oznaczono jako ZCH), próbki z drugiego zestawu wykonano bez chłodzenia (oznaczono jako BCH). Materiał do wykonania modeli stanowił PLA (polilaktyd), polimer należący do grupy poliestrów

Rys. 8. Przykład wygenerowania modelu warstwicowego, a) źródłowy model siatkowy b) uwidoczniony błąd

Rys. 9. Etapy wydruku modelu 3D metodą FDM Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019


Tabela 1. Parametry wydruku wytworzonych kostek Oznaczenie próbek

BCH

ZCH

Chłodzenie platformy wydruku

NIE

TAK

Tm – temperatura topnienia materiału w głowicy [oC]

180

180

L – grubość warstwy druku [mm]

0,1

0,1

Vc – prędkość podawania materiału [mm/min]

40

40

11). Średnia arytmetyczna zmierzonych wartości obliczona dla wszystkich zmierzonych wartości była o ok. 0,1 mm niższa dla próbek wykonanych bez chłodzenia (BCH) w stosunku do próbek uzyskanych z chłodzeniem (ZCH). Analizując wyniki pomiarów dla próbek BCH oraz ZCH, stwierdzono różnice w wartościach wymiarów zmierzonych na różnych wysokościach wydrukowanych kostek (rys. 12). Wymiary mierzone u podstawy kostek są większe od wymiarów mierzonych u góry modelu. Wymiary kostek zmniejszały się wraz z oddaleniem się od podstawy (platformy). Mniejsze zmiany wymiarów odnotowano dla elementów drukowanych z chłodzeniem (ZCH),

Rys. 10. Wydrukowane próbki, a) próbka BCH, b) próbka ZCH. Usytuowanie próbek zgodne z usytuowaniem na platformie drukarki

alifatycznych. Parametry wydruku zawarto w tabeli 1. Na rysunku 10 przedstawiono wybrane próbki należące do grupy BCH oraz ZCH. Metody badań próbek Geometrię próbek przeanalizowano, dokonując pomiarów boków sześcianów. Pomiary realizowano w płaszczyźnie wydruku XY z dokładnością do 0,02 mm. Każdy z wymiarów mierzono w trzech miejscach na wysokości modelu (oś Z), tj. w obszarze podstawy, na środku i w części górnej wydrukowanego modelu. Wyniki przedstawiono na rysunkach 11 oraz 12. Wykonano badania mikroskopowe powierzchni bocznych próbek. Obserwacje przeprowadzono przy użyciu mikroskopu stereoskopowego Nikon SMZ 1500 oraz skaningowego mikroskopu elektronowego Phenom World ProX (prod. FEI).

Rys. 12. Rezultaty analizy wyników pomiarów poszczególnych próbek zrealizowane na różnej wysokości próbek, tj. przy podstawie, w środkowej części modelu i w górnej części modelu

WYNIKI BADAŃ I ICH ANALIZA Dla próbek wykonanych bez chłodzenia oraz z chłodzeniem nie odnotowano znaczącej różnicy w wymiarach i uzyskano zbliżone wartości obliczonego odchylenia standardowego wymiarów (rys.

Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019

Rys. 13. Fotografie powierzchni próbki BCH, mikroskop stereoskopowy

t

Rys. 11. Porównanie wyników pomiarów geometrii próbek zrealizowanych w płaszczyźnie XY (równoległej do podstawy)

XIX


(rys. 12). Większe różnice wymiarów zidentyfikowano dla próbek drukowanych bez chłodzenia wydruku. Na rysunkach 13–14 przedstawiono fotografie powierzchni badanych próbek wykonanych przy użyciu mikroskopu optycznego. Na rysunku 15 przedstawiono fotografię powierzchni wykonaną przy użyciu mikroskopu elektronowego. Próbki BCH charakteryzują się pofalowanymi krawędziami poszczególnych warstw wydruku (rys. 13) w przeciwieństwie do próbek ZCH, dla których kształt warstwy wydruku jest zbliżony do linii prostej (rys. 14). Brak chłodzenia drukowanych próbek skutkuje płynięciem i odkształcaniem się drukowanych warstw materiału oraz większym skurczem filmentu. Prostoliniowe ułożenie poszczególnych warstw dla modeli drukowanych z chłodzeniem może wpływać na zachowanie wyższej tolerancji wymiarowej. Odbieranie ciepła (chłodzenie) drukowanego modelu wpływa korzystnie na jakość wytwarzanego elementu. Z rysunku 15 wynika, że poszczególne warstwy wydruku mają grubość 0,1 mm, co jest zgodne z danymi zawartymi w tabeli 1. Można również zauważyć, iż powierzchnia poszczególnych warstw tworzywa składa się z płaszczyzn (nie jest okrągła). Porównując obrazy przedstawione na rysunkach 13 i 14 z fotografią wykonaną za pomocą mikroskopu skaningowego, stwierdzamy, że pomiaru grubości warstwy wydruku należy dokonywać, stosując obrazowanie SEM. Pomiar grubości warstw na podstawie fotografii wykonanych na mikroskopie stereoskopowym może skutkować błędnymi wynikami – podyktowanymi sposobem ekspozycji próbki (sposobem oświetlenia obserwowanej powierzchni). PODSUMOWANIE W pracy przedstawiono porównanie oraz scharakteryzowano elementy uzyskane w technologii druku 3D metodą FDM/FFF na platformie z chłodzeniem i bez chłodzenia obszaru wydruku. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że mniejsze zmiany wymiarów odnotowano dla elementów drukowanych z chłodzeniem (ZCH). Większe różnice wymiarów zidentyfikowano dla próbek drukowanych bez chłodzenia platformy. Chłodzenie obszaru wydruku skutkowało mniejszymi różnicami w wymiarach podstawy i górnej części drukowanych kostek. Obserwacje mikroskopowe potwierdziły, iż grubość poszczególnych warstw wydruku wynosi 0,1 mm. Powierzchnia poszczególnych warstw tworzywa składa się z płaszczyzn (nie jest okrągła). Jak wykazano w badaniach, dopracowanie technologii ma zasadnicze znaczenie dla jakości produktu finalnego. W ciągu ostatnich dwudziestu lat, przemysł motoryzacyjny poddany był dużym przeobrażeniom. Początkowo producenci aut wykorzystywali pojedyncze drukarki 3D do tworzenia wybranych modeli po drukowanie w pełni funkcjonalnych prototypów. Kolejnym krokiem było projektowanie i wytwarzanie narzędzi wykorzystywanych na linii montażowej pojazdów. Ponadto technologia druku 3D podniosła jakość wytwarzanych części i stała się obecnie niezbędnym narzędziem przy produkcji nowych pojazdów. LITERATURA [1] Automotive Industry Could Be Next Advanced Users of 3D Printing https://3dprint.com/34266/automotive-3d-printingindustry/. [2] D. Barta, M. Mruzek, M. Kendra, P. Kordos, L. Krzywonos: Using of non-conventional fuels in hybrid vehicle drives. „Advances in Science and Technology-Research Journal” 2016, vol. 10, no 32, pp. 240-247. XX

Rys. 14. Fotografie powierzchni próbki ZCH, mikroskop stereoskopowy

Rys. 15. Fotografia powierzchni próbki ZCH, mikroskop skaningowy

[3] J. Caban, P. Droździel, J. Seńko: Wybrane materiały konstrukcyjne w budowie pojazdów samochodowych, „Logistyka” 2014, nr 3, s. 946-953. [4] P.Dudek: FDM 3D Printing Technology in Manufacturing Composite Elements, „Archives of Metallurgy and Materials” 2013, Vol. 58, Is. 4, pp. 1415–1418, DOI: https://doi.org/10.2478/ amm-2013-0186. Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019


[5] European Automobile Industry Report (ACEA 2009), www. acea.be. [6] Fabbalo, Shrinkage: A Problem of 3D Measurement, http:// www.fabbaloo.com/blog/2014/5/8/shrinkage-a-problem-of-3d-measurement, 2014. [7] T. Finnes: High Definition 3D Printing – Comparing SLA and FDM Printing Technologies, „The Journal of Undergraduate Research” 2015, Vol. 13, Article 3. http://openprairie.sdstate.edu/ jur/vol13/iss1/3. [8] P. Golińska, M. Fertsch: Organizacja produkcji i logistyki w przemyśle samochodowym, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2012. [9] S. Hoskins: 3D Printing for Artists, Designers and Makers, Bloomsbury, London 2013. [10] H. Lipson, M. Kurman: Fabricated. The New World of 3D Printing, John Wiley & Sons, 2013. [11] S. Nathan: Grainger & Worrall lands Aston-Martin DB11 engine casting deal. 31st October 2016. https://www.theengineer.co.uk/grainger-worrall-lands-astonmartin-db11-engine-casting-deal/ [12] A. Pikoń: AutoCAD 2017 PL. Pierwsze kroki, Helion, 2017. [13] RepRap Ltd, List of Firmware, 2017. http://reprap.org/ wiki/List_of_Firmware. [14] Sculpteo, Layer thickness in 3D printing: an additive manufacturing basic, https://www.sculpteo.com/en/glossary/ layerthickness-definition/ 2017. [15] M. Starr: World’s first 3D-printed apartment building constructed in China, CNET, https://www.cnet.com/news/worlds-first-3dprinted-apartment-building-constructed-in-china/ 2015.

[16] M. Szala, T. Hejwowski: Właściwości powłok napawanych stopami na osnowie Ni-Co, „Autobusy – Technika, Eksploatacja, Systemy Transportowe” 2012, nr 7-8, s. 157-166. [17] M. Szala, T.Hejwowski: Zwiększanie odporności kawitacyjnej stopów metali przez napawanie powłok, „Przegląd Spawalnictwa” 2015, nr 9, vol. 87, s. 56-60. [18] 3D Systems, Selective Laser Sintering (SLS), https:// www.3dsystems.com/resources/informationguides/selective-laser-sintering/sls 2017. [19] 3D Systems, How 3D Printing Works, http:// www.3dsystems.com/landing/How3DprintingWorksPPCLP.html 2017. Artykuł był opublikowany w czasopiśmie „Autobusy” 6/2017, s. 573–579.

dr inż. Jacek Caban Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, Wydział Inżynierii Produkcji Katedra Maszyn Rolniczych i Transportowych ul. Głęboka 28, 20-612 Lublin dr inż. Mirosław Szala Politechnika Lubelska, Wydział Mechaniczny Katedra Inżynierii Materiałowej ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin dr inż. Jacek Kęsik Politechnika Lubelska, Wydział Elektrotechniki i Informatyki, Instytut Informatyki ul. Nadbystrzycka 36B, 20-618 Lublin inż. Łukasz Czuba Wyższa Szkoła Ekonomii i Innowacji w Lublinie

REKLAMA

Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019

XXII


ARTYKUŁ

S P O N S O R O WA N Y

Polskie filamenty techniczne do profesjonalnego druku 3D TROCHĘ HISTORII Marka ROSA3D powstała w 2018 roku. Jest to dywizja produkcji filamentów Przedsiębiorstwa Handlowo-Produkcyjnego ROSA Alicja Sakowicz-Soldatke, które od czterdziestu lat oferuje starannie przygotowane węże oraz profile z tworzyw sztucznych, przyjazne dla środowiska i charakteryzujące się doskonałą jakością. W 2018 roku firma uruchomiła nowoczesną, w pełni zsynchronizowaną i zautomatyzowaną linię dedykowaną do produkcji filamentów do druku 3D. Dzięki nowoczesnej technologii wyjątkowo precyzyjnie kontroluje proces podawania tworzywa, jego krągłość, tolerancję wymiaru. Do produkcji wybierane są tylko starannie wyselekcjonowane tworzywa z najwyższej półki. FILAMENTY DLA PRZEMYSŁU ROSA3D pracuje tylko na wysokiej jakości tworzywach, które można poddawać piaskowaniu, wierceniu, szlifowaniu, piłowaniu i malowaniu bez uszczerbku dla integralności strukturalnej. Wszystkie materiały użyte do produkcji filamentów są dopuszczone do kontaktu z żywnością, zgodnie z rozporządzeniami Unii Europejskiej oraz regulacjami FDA.

XXII

Najwyższym priorytetem jest jakość wytwarzanego produktu, aby dostarczyć filament odpowiedni do wydruków przemysłowych, wydruków technicznych (części pracujące w przemyśle), do wydruków wielkoformatowych. Dlatego pierwszym tworzywem, które wprowadziła ROSA3D, jest tworzywo PET-G, o niewielkim skurczu, które pozwala na wydruki wielkogabarytowe. Dobór tworzywa do filamentu prowadzony jest w oparciu o współpracę z praktykami, polskimi producentami drukarek 3D, dzięki którym filament jest testowany od razu w ekstremalnych warunkach, na wydrukach kilku- a nawet kilkunastokilogramowych. – Mamy świadomość, że przy wydrukach wielkogabarytowych jakość i precyzja są bezcenne, tak jak bezcenny jest czas – powiedziała nam właścicielka marki Alicja Sakowicz-Soldatke. OBECNIE W OFERCIE ROSA3D: PET-G – materiał charakteryzuje się dużą wytrzymałością – wyższą niż ABS. Wykorzystuje się go do druku uchwytów, elementów przenoszących obciążenie. PET-G jest bardzo stabilny, chemicznie odporny na kwasy, zasady i wodę. Wysokiej jakości filament PET-G Premium stworzony został dla bardzo wygórowanych wymagań przemysłu. Wyjątkowa jakość materiału połączona z unikalną precyzją wykonania pozwala całkowicie wyeliminować problemy, jakie można napotkać, drukując na zwykłym filamencie przeciętnej jakości (zerwania materiału, zapchanie się dyszy, nierównomierny skurcz, co powoduje stratę nie tylko finansową, ale przede wszystkim kradnie bezcenny czas). Najwyższą jakość filamentu gwarantuje monitorowanie procesu produkcji poprzez ciągły laserowy odczyt parametrów filamentu. Materiał ma wyjątkowo niski skurcz i jest mało wrażliwy na deformacje podczas ochładzania wydruku. Podczas drukowania sztywny PET-G Premium wykazuje precyzję nakładania warstw i znakomitą ich przyczepność. Silne wiązanie między warstwami oznacza wyśmienitą powierzchnię ścian bocznych pionowych wydruku. Doskonałe przyleganie warstw pozwala też drukować niemal w poziomie czy na bardzo dużym kącie nachylenia. Powyższe zalety sprawiają, że PET-G Premium Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019


ARTYKUŁ

S P O N S O R O WA N Y

jest idealny do drukowania większych obiektów, również do lekkich, cienkościennych wydruków oraz do prototypowania. Dobre łączenie się warstw sprawia, że wydruki z PET-G Premium posiadają dużą wytrzymałość, która oznacza także, że może zostać poddany różnorodnym technikom obróbki mechanicznej po drukowaniu. PET-G Premium występuje w różnych kolorach, drukuje się łatwo, czysto i bez nieprzyjemnego zapachu. Dla mniej wymagających wydruków ROSA3D oferuje wysokiej jakości filament PET-G Standard. Produkt przeznaczony jest dla osób które zajmują się półprofesjonalnymi oraz profesjonalnymi wydrukami w technologii 3D. Wydruki z PET-G Standard mogą być piaskowane, wiercone, piłowane, szlifowane cięte i malowane bez uszczerbku dla integralności strukturalnej. Filament PET-G Standard wytwarzany jest z surowców, które są dopuszczone do kontaktu z żywnością. PLA PREMIUM HD – ŁATWOŚĆ I NIEZAWODNOŚĆ DRUKOWANIA, MOŻLIWOŚĆ WYŻARZANIA. Wybierając PLA Premium HD, można zapomnieć o problemach z drukiem. Ciągła laserowa kontrola procesu produkcji pozwala uzyskać produkt, który będzie zadowalał najbardziej wymagających klientów. Zaletą PLA Premium HD jest możliwość wyżarzania (np. w piekarniku w temp 110–120oC) w celu nadania elementom drukowanym jeszcze większej odporności na wysokie temperaINFORMACJA

tury oraz zwiększając ich udarność. Wydruki PLA Premium po wyżarzeniu osiągają właściwości termiczne i mechaniczne podobne do wydruków z ABS, jednocześnie oferując przyjemniejszą alternatywę dla materiałów na bazie styrenu (nie posiadają gryzącego zapachu, który jest charakterystyczny dla ABS). Detale wykonane z naszego filamentu wyróżniają się precyzyjnymi szczegółami (dysza od 0,4 mm), dobrą przyczepnością do stołu roboczego, bezwonnością oraz niskim poziomem skurczu (wydruk nie zawija się i nie deformuje). PLANY ROZWOJU FILAMENTÓW ROSA3D Obecnie firma pracuje nad wprowadzeniem szpul kilkukilogramowych. W kolejnym etapie będzie wprowadzać nowe kompozycje tworzyw o unikalnych właściwościach, takich jak przewodzenie elektryczne, właściwości mineralne itp., zawsze w odpowiedzi na zapotrzebowanie druku przemysłowego. – Stopniowo będziemy rozszerzać gamę produktów, zachęcamy do śledzenia naszej oferty na bieżąco i zapraszamy do kontaktu telefonicznego i mailowego. Spotkajmy się na Dniach Druku3D w Kielcach!- zaprasza właścicielka, Alicja Sakowicz-Soldatke.

www.ROSA3D.pl PHP ROSA Alicja Sakowicz-Soldatke ul. Hipolitowska 102, Hipolitów 05-074 Halinów tel. 22 783 62 62 biuro@rosaplast.pl

P R A S O WA

Dni Druku 3D w pełnym wymiarze w Targach Kielce Dni Druku 3D, wydarzenie, które zaczęło swoją historię w kieleckim klubie studenckim „WSPAK”, to dziś najważniejsze spotkanie branży w naszej części Europy. Dni Druku 3D towarzyszące do tej pory „Przemysłowej Wiośnie w Targach Kielce” stają się obecnie jednym z ważniejszych elementów tego cyklu wystaw. Organizatorem wydarzenia jest SIT Polska.

D

ni Druku 3D podczas Przesyłowej Wiosny w Targach Kielce każdego roku potwierdzają swoją pozycję w branży, gdzie uznawane są za największą tego typu imprezę w Polsce. Z roku na rok gromadzi ona coraz więcej profesjonalnych firm zajmującyhm się drukiem 3D. Ekspozycja poprzedniej edycji zajęła całą jedną halę, a najnowocześniejsze rozwiązania prototypowania 3D obejrzało przez trzy dni niemal 12 tysięcy zwiedzających. W targach uczestniczą również przedstawiciele branży skanowania 3d oraz inne podmioty związane z branżą szybkiego prototypowania. Pojawiają się na niej wszyscy znaczący producenci drukarek z Polski oraz dystrybutorzy sprzętu zagranicznego. Z edycji na edycję wydarzenie zyskuje nowych uczestników i zwiększa swój zasięg. Najbliższa edycja będzie na pewno wyjątkowa z uwagi na rozpoczynające się w Polsce kolejne programy finansowane z funduszy Unii Europejskiej. Wiele podmiotów, związanych z przemysłem, edukacją i innymi branżami skierowanymi na wdrażanie nowych technologii, będzie poszukiwało możliwości wdrożenia nowych technologii. Zapraszamy do odwiedzenia Targów Kielce w dniach od 26 do 28 marca 2019 roku.

Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019

Więcej informacji o Dniach Druku 3d oraz zgłoszenia dla wystawców: www.dnidruku3d.pl.

Źródło: www.targikielce.pl XXIII


Identyfikacja zjawisk w strukturach wyrobów wytwarzanych technologiami addytywnymi Maciej Parafiniak, Piotr Żach

W artykule omówiono zagadnienia weryfikacji doświadczalnej elementów konstrukcyjnych wytwarzanych w technologii addytywnej druku 3D metodą FDM (Fused Deposition Modeling). Odniesiono się do aktualnie stosowanych metod i procedur testowych, pozwalających na weryfikację założeń i wymagań wytrzymałościowych.

W

spółczesna inżynieria materiałowa wsparta nowymi technologiami wytwarzania, w szczególności opartymi o techniki przyrostowe, udostępnia inżynierom do wykorzystania i aplikacji innowacyjne materiały polimerowe. Zagadnienia, o których mowa są nowymi i w związku z tym niepoznanymi zarówno pod kątem cech mechanicznych i osobliwych surowców, jak również technik wykonania i aplikacji przemysłowych. Doświadczenia inżynierów bazują w szczególności na pracach własnych i studyjnych. Brak jest zaleceń i wytycznych oraz zapisów normatywnych porządkujących procesy poznawcze. Ograniczenia wpływają na pogłębianie się niejednoznaczności w zakresie oceny i opisu właściwości fizycznych, mechanicznych, addytywnych oraz uniemożliwiają wykonywanie porównań oraz zestawień, które mogą być podstawą wyboru polimeru do pożądanego rozwiązania oraz korelacji z dostępnymi i projektowanymi metodami wytwarzania. Wykazane nieścisłości i braki przekładają się również na ograniczenia w użyciu nowych, równolegle rozwijanych systemów projektowania i weryfikacji konstrukcji przy zastosowaniu metod numerycznych, np. metody elementów skończonych. Badanie własności mechanicznych współczesnych materiałów konstrukcyjnych stawia nowe wyzwania, wynikające z konieczności przeprowadzenia procesu doświadczalnego uwzględniającego m.in. fizykochemię polimerów, strukturę, budowę itd. Mnogość czynników mogących wpływać na zachowanie i pracę tworzyw stosowanych do wytwarzania filamentów wykorzystywanych w technologii FDM przekłada się na niejednoznaczność odpowiedzi. Problematyka zagadnień obejmuje cały proces testowy, począwszy od wprowadzenia obciążeń w badany element, poprzez stworzenie w materiale wymaganego stanu naprężeń, przeprowadzenie cyklu doświadczalnego, do analizy i interpretacji wyników. Jednym z istotnych elementów metodyki badawczej są odpowiednio dobrane i wykorzystane techniki pomiarowe pozwalające na nieinwazyjne i bezkontaktowe precyzyjne i w czasie rzeczywistym określenie lokalnych odkształceń, identyfikację pęknięć i obserwację propagacji zniszczenia, jak również wizualizację. Zagadnieniami pozostają implementacja technik poznawczych na stanowiskach badawczych w celu zestawienia i porównania uzyskanych wyników z danymi z maszyn wytrzymałościowych. ZAŁOŻENIA DO ANALIZ Sposób wykonania próbki lub detalu do badań metodą druku 3D, nakłada szereg ograniczeń wynikających z możliwości realizacji trajektorii przejścia głowicy i sposobu ułożenia warstw przez maszynę drukującą oraz sposobu wypełnienia obszarów

XXIV

i powierzchni drukowanych. Warstwy materiału nakładane są zgodnie z geometrią budowanego modelu, przy czym droga głowicy zależy od sposobu zaprojektowania i możliwości oprogramowania projektowo-sterującego. Następstwem są zarówno odstępstwa od założonego kształtu próbki, jak i zmieniający się układ nitek polimeru w pojedynczej warstwie, zmieniające się ilości warstw, różne wymiary kolejnych warstw itd. W zależności od zdefiniowanych parametrów druku, połączenie kolejnych sekwencji materiału może być niejednorodne i wykazywać zróżnicowane własności. Jeśli na powierzchni próbki lub wyrobu na potrzeby prób powinny zostać naniesione znaczniki, należy przed badaniami określić ich dokładne położenie przez pomiar odkształceń z użyciem mikroskopu pomiarowego lub inną metodą o wystarczającej, z punktu widzenia użytej podczas badań, metodzie pomiarowej. Istotne jest też posiadanie wyjściowych danych surowcowych materiału, z którego wykonywana jest próbka lub element konstrukcyjny oraz charakterystyka metody lub norma, według której te własności zostały określone. Właściwym jest oznaczenie i opisanie próbki uwzględniając: l geometrię i wymiary próbki oraz położenie np. znaczników. Na rys. 1 zamieszczono przykład proponowanych oznaczeń próbki wykonanej w formie wiosełka, w oparciu o wytyczne norm [6–8], dedykowanej badaniom fotogrammetrycznym; l zestawienie własności i parametrów materiału wyjściowego surowca próbki; parametry fizykomechaniczne zestawiono w tabeli 1; l zestawienie danych i parametrów maszyny i realizacji procesu wykonania próbki (w tym dane o programie sterującym realizacją wydruku, dokładności maszyny, sposobie wypełniania płaszczyzn i powierzchni, temperaturze procesu, sposobie podparcia próbki itp.); l oznaczenie kierunków wykonania, kierunków preferowanych: pracy i obciążeń, stref łączenia materiału w próbce (rys. 2). NORMY I PROCEDURY BADAWCZE Normy omawiające testy poznawcze określają zarówno kształt próbki do badań – zazwyczaj uwzględniając wymagania odnoszące się zarówno do długości próbki i kształtu uchwytów, długości pomiarowej, jak i przekroju próbki. Procedury określają wymagania niezbędne w zakresie wyposażenia badawczego, pomiarowego i uzupełniającego, jak również wskazują prawidłowe parametry realizacji próby, tj. prędkość posuwów lub narastania obciążeń, sposób wyboru długości pomiarowej, sposób analizy wyników, sposób obliczania wielkości charakterystycznych, wydłużenie próbki, Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019


Rys. 1. Przykładowy szkic geometrii próbki do badań, z naniesionymi znacznikami do analizy optycznej (fotogrammetria)

Tabela 1. Właściwości fizyczne filamentu PLA Właściwość

Metoda testowa

Wartość typowa

średnica filamentu

-

1,75 mm ± 0,05

okrągłość ciężar właściwy wytrzymałość na rozciąganie wydłużenie przy zerwaniu

ASTM D1505

≥ 95% 1,24 g/cm3

ASTM D882

110 MPa÷145 MPa

moduł Younga:

ASTM D882

temperatura drukowania temperatura topnienia strefa topnienia temperatura mięknięcia wg Vicata

ASTM D882

160% (MD) 100% (TD) 3310 MPa (MD) 3860 MPa (TD)

180oC – 210oC

ISO 294

210oC ± 10oC

ASTM D3418

145oC - 160oC

ISO 306

± 60oC

wartość umownej granicy plastyczności itd. Bardzo ważne jest, a z reguły w wytycznych normatywnych nieopisane, właściwe wprowadzenie obciążeń do układu. Zagadnienie jest istotne m.in. z punktu widzenia oceny warunków brzegowych, uzyskiwanych wyników, powtarzalności testów itd. Przekłada się, zarówno na ostateczną ocenę materiałów, jak i jednoznaczność przeprowadzenia próby, np. w przypadku elementów mocujących – uchwytów i badanego materiału: kruchego – następuje wprowadzenie karbu i zerwanie próbki po zaciśnięciu na krawędzi uchwytu, hipersprężystego – wysuwanie się (wyciskanie) materiału ze szczęk. Aktualne normy odnoszące się do materiałów konstrukcyjnych, np. ASTM, dokonują podziału na: tworzywa i ich pochodne (polimery), materiały gumowe (w tym elastomery), stalowe, metalowe, tekstylne, drewniane, kompozyty, szklane, ceramiczne itd. Zamieszczany jest opis i definicja, powoływane są właściwości fizyczne, mechaniczne i chemicznych oraz sposoby badań. Opis normatywny materiałów addytywnych znajdziemy w [10]. Raport obejmuje definicje i terminologię, pomiary i ocenę jakości różnych procesów wytwarzania oraz wskazania kalibracji maszyn stosowanych w produkcji. Regulacje ASTM nie zawierają specyfikacji rodzajów badań i ich metodyki, w zakresie materiałów

Rys. 2. Znaczniki kierunków ułożenia nitek polimeru w pojedynczej warstwie oraz stref łączenia Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019

i wyrobów otrzymanych w technologii addytywnej. Wskazywane są jedynie zalecenia, a nie wytyczne, w zakresie prowadzenia prac w oparciu o metodykę i zasady badań tworzyw sztucznych i kompozytów zbrojonych włóknem szklanym (FRP). PODSUMOWANIE W artykule podjęto zagadnienia identyfikacji właściwości fizykomechanicznych materiałów drukowanych. Stwierdzono, że pomimo dynamicznego rozwoju technik przyrostowych aktualnie brak jest wytycznych normatywnych i procedur badawczych odnoszących się do omawianego rodzaju tworzyw. Kontynuacja prac doświadczalnych oraz zbudowanie zaplecza doświadczalno - porównawczego będzie podstawą do opracowania procedur testowych i metodyki pomiarowej nowych polimerów o pożądanych cechach osobliwych. LITERATURA [1] R.H. Hambali, H.K. Celik, P.C. Smith, A.E.W. Rennie, M. Ucar: Effect of Build Orienta-tion on FDM Parts: A Case Study for Validation of Deformation Behaviour by FEA, 140 Proceedings of iDECON 2010 – International Conference on Design and Concurrent Engineering, Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Melaka, Malezja, 2010. [2] F. Górski: Ocena wytrzymałości wyrobów kształtowanych przyrostowo uplastycznionym tworzywem sztucznym, Politechnika Poznańska, Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania, Poznań, 2013. [3] R.H. Hambali, H.K. Celik, P.C. Smith, A.E.W. Rennie, M. Ucar: Effect of Build Orienta-tion on FDM Parts: A Case Study for Validation of Deformation Behaviour by FEA. 140 Proceedings of iDECON 2010 – International Conference on Design and Concurrent Engineering, Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Melaka, Malezja, 2010. [4] K. Ramesh: Digital Photoelasticity – Advanced techniques and Application, Springer, New York, 2000. [5] W. Leszek: Badania Empiryczne. Wybrane zagadnienia metodologiczne, Wyd. ITE, 1997. [6] PN-EN ISO 527:1998, pt. Tworzywa sztuczne. Oznaczanie właściwości mechanicznych przy statycznym rozciąganiu. [7] PN-EN ISO 527-4:2000, Tworzywa sztuczne -- Oznaczanie właściwości mechanicznych przy statycznym rozciąganiu -- Warunki badań kompozytów tworzywowych izotropowych i ortotropowych wzmocnionych włóknami. [8] PN-82/C-89051 Tworzywa sztuczne. Oznaczanie modułu sprężystości przy rozciąganiu, ściskaniu i zginaniu. [9] https://www.astm.org/Standards/additive-manufacturing-technology-standards.html. dr inż. Maciej Parafiniak dr hab. inż. Piotr Żach Politechnika Warszawska, Instytut Podstaw Budowy Maszyn XXV


INFORMACJA

P R A S O WA

Nowe rozwiązanie zwiększające dokładność druku 3D Firma Siemens ogłosiła nowe rozwiązanie w ramach symulacji procesu wytwarzania przyrostowego (AM Process Simulation), służące do przewidywania zniekształceń podczas drukowania 3D. Produkt jest w pełni zintegrowany z kompleksowym rozwiązaniem firmy Siemens Additive Manufacturing, które pomaga producentom w projektowaniu i drukowaniu w pełni użytecznych części. Opierając się na kompleksowej platformie innowacji cyfrowych firmy Siemens, oraz portfolio Simcenter, rozwiązanie AM Process Simulation wykorzystuje cyfrowego bliźniaka do symulacji procesu wytwarzania przed rozpoczęciem drukowania. W ten sposób przewiduje zniekształcenia powstające podczas drukowania i automatycznie generuje skorygowaną geometrię w celu skompensowania/usunięcia tych zniekształceń. Symulacja ta ma pierwszorzędne znaczenie dla uzyskania właściwej jakości wydruku za pierwszym razem i jest niezbędna do osiągnięcia wydajności wymaganej dla w pełni uprzemysłowionego procesu wytwarzania przyrostowego.

K

orzystanie z rozwiązania Simcenter 3D AM Process Simulation w naszej firmie stanowi dopełnienie naszego obiegu pracy w ramach procesu wytwarzania przyrostowego – powiedział Christoph Hauck, dyrektor zarządzający MBFZ toolcraft GmbH. – Dzięki testom w warunkach rzeczywistych zyskaliśmy pewność, że rozwiązanie Siemens AM Process Simulation pomoże nam w zapewnieniu wysokiej jakości wydruków. Podczas drukowania 3D elementów metalowych, metoda stosowana do łączenia kolejnych warstw druku zazwyczaj wiąże się z wysoką temperaturą. W miarę narastania warstw ciepło resztkowe może powodować wypaczenie części wewnątrz drukarki, powodując różne problemy, począwszy od problemów strukturalnych samej części, aż po zatrzymanie procesu drukowania. Takie problemy powodują, że wiele wydruków kończy się niepowodzeniem, a uzyskanie prawidłowego wydruku za pierwszym razem jest bardzo trudne. Symulacja procesu drukowania może pomóc w eliminacji tych problemów. Nowy produkt do symulacji procesów firmy Siemens jest zintegrowany z technologią druku proszkowego. Produkt prowadzi użytkownika przez cały proces pracy, pozwalając ocenić zniekształcenia, przewidzieć kolizje wtórne i obszary przegrzania oraz przekazać inne ważne informacje zwrotne z procesu drukowania. Rozwiązanie AM Process Simulation oferuje możliwość iteracji kolejnych etapów projektowania z danymi uzyskanymi w wyniku symulacji. Ta zamknięta pętla zwrotna jest możliwa dzięki ściśle zintegrowanemu charakterowi platformy cyfrowej innowacji firmy Siemens. Utworzone dane symulacyjne zasilają cyfrowy wątek informacji, który informuje o każdym etapie procesu drukowania. Ten cyfrowy szkielet umożliwia systemowi opracowanie wstępnie skompensowanych modeli i, co ważniejsze, bezproblemowe wprowadzenie ich z powrotem do projektowanego modelu i procesów produkcyjnych bez konieczności dodatkowej translacji danych. Klienci potrzebują dziś tak wysokiego poziomu integracji, aby odnieść sukces w industrializacji procesu wytwarzania przyrostowego. – To rozwiązanie jest najnowszym dodatkiem do naszej zintegrowanej platformy Additive Manufacturing, która pomaga klientom uprzemysłowić proces wywarzania przyrostowego poprzez projektowanie i drukowanie użytecznych elementów – powiedział Jan Leuridan, starszy wiceprezes ds. rozwiązań do symulacji i testowania w Siemens PLM Software.

XXVI

– Dzięki połączeniu metod empirycznych i obliczeniowych możemy zwiększyć dokładność procesu symulacji, zasilając cyfrowego bliźniaka i pomagając klientom lepiej przewidywać ich rzeczywiste efekty procesu drukowania. Udowodniliśmy to w ciągu wielu miesięcy rzeczywistych testów z kilkoma wybranymi firmami, które jako pierwsze zdecydowały się zastosować tę technologię. Zapewnienie poprawnej geometrii i informacji zwrotnych w zamkniętej pętli pozwoli ostatecznie naszym klientom uzyskać lepsze wyniki w ramach procesu wytwarzania przyrostowego. Pomoże również osiągnąć doskonałe wydruki już za pierwszym razem oraz realizować innowacyjne produkty dzięki tej technologii. Rozwiązanie AM Process Simulation będzie dostępne w styczniu 2019 roku, jako część najnowszej wersji oprogramowania NX i Simcenter 3D. Więcej informacji na temat produkcji wysokiej jakości części w procesie wytwarzania przyrostowego, można uzyskać na stronie internetowej Siemensa. Siemens PLM Software, jednostka organizacyjna Siemens Digital Factory Division, jest wiodącym światowym dostawcą rozwiązań z zakresu oprogramowania, wspierających cyfrową transformację przemysłu oraz zapewniających producentom nowe możliwości w zakresie oferowania innowacyjnych wyrobów i usług. Siemens PLM Software posiada siedzibę w Plano w Teksasie i obsługuje ponad 140 000 klientów na całym świecie. Współpracuje z firmami różnej wielkości, zmieniając sposób, w jaki wprowadzają one w życie swoje pomysły, a także w jaki wykorzystują i rozumieją produkty i aktywa. Dzięki technologiom takim jak analiza XFEM narzędzie Simcenter 3D AM Process Simulation umożliwia porównanie skanu modelu wydrukowanego z lewej strony z oryginalnymi danymi CAD. Dzięki takiemu porównaniu widać korelację odkształceń realnego modelu z przewidzianymi poprzez symulację odkształceniami na modelu CAD. Źródło: www.plastech.pl Dodatek „Druk 3D i Filamenty” . Nr 1/2019


XXIX


Profile for Tworzywa

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle 1-2019  

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle 1-2019  

Advertisement