ENGEL dévoile une cellule robotique infrarouge pour la production en grande série de composites thermoplastiques légers

La cellule de production d'ENGEL utilise le rayonnement infrarouge pour chauffer et former trois feuilles organiques d'épaisseurs différentes, et façonne une surface visible de haute qualité au cours de la même étape du processus de moulage par injection.

Origine | ENGEL

Le fabricant de machines de moulage par injection et fournisseur de solutions de systèmes ENGEL Austria a annoncé qu'au salon K 2019 (Düsseldorf, Allemagne, 16-23 octobre), il présentera une technologie de durcissement infrarouge dans le cadre de sa cellule de fabrication qui comprend le préformage de composites avec injection thermoplastique. surmoulage.

ENGEL utilisera le processus organomelt pour produire des pièces de démonstration qui reflètent les dernières innovations pour les modules de porte de voiture. La cellule de production d'ENGEL serait la première au monde à utiliser le rayonnement infrarouge pour chauffer et former trois feuilles organiques d'épaisseurs différentes, ainsi que pour façonner une surface visible de haute qualité au cours de la même étape du processus de moulage par injection. Le système sera équipé de trois robots articulés ENGEL easix fonctionnant simultanément.

« Les composites thermoplastiques prennent de plus en plus d'importance en matière d'allègement dans l'industrie automobile », déclare le Dr Norbert Müller, directeur du Center for Lightweight Composite Technologies d'ENGEL.

Il y a deux raisons principales pour cela. Tout d'abord, l'approche thermoplastique cohérente permet d'intégrer efficacement la mise en forme et la fonctionnalisation de préimprégnés renforcés de fibres, ce qui réduit les coûts unitaires. Deuxièmement, l'utilisation de polymères exclusivement thermoplastiques facilite le développement de stratégies de recyclage.

« Le retour des composants composites dans la boucle des matériaux à la fin de leur durée de vie est l'une des priorités du développement continu dans le secteur des véhicules électriques », note Müller. « Les solutions thermoplastiques deviennent maintenant une méthode de plus en plus fréquente, même dans la construction aéronautique. »

La réponse d'ENGEL au besoin de transport durable est l'organomelt. Dans le procédé organomelt, des préimprégnés renforcés de fibres avec une matrice thermoplastique tels que des feuilles organiques et des rubans sont chauffés, insérés dans le moule, formés là-bas et directement surmoulés avec du thermoplastique. Le processus a déjà été utilisé dans la fabrication à grand volume, avec l'organomelt ENGEL utilisé pour la production entièrement automatisée d'articles tels que les supports frontaux.

Au fur et à mesure du développement du processus, ENGEL travaille avec ses clients et partenaires sur les aspects de production de la conception de composants composites avec une répartition de charge ciblée.

« À l'avenir, plusieurs préimprégnés différents seront combinés pour chaque composant afin d'adapter les caractéristiques de construction légère à la forme du composant concerné ainsi qu'aux différentes contraintes sur les zones individuelles à l'intérieur du composant », explique Müller. « La cellule de production du salon K démontrera clairement ce grand potentiel. »

Le procédé de moulage a été développé en partenariat avec l'équipementier automobile Brose (Cobourg, Allemagne). ENGEL affirme que la cellule de production est actuellement le seul système au monde qui peut traiter simultanément trois feuilles organiques de formes différentes entre 0,6 mm et 2,5 mm d'épaisseur dans un processus entièrement automatisé impliquant des fours IR intégrés. Les différentes contraintes sur les zones individuelles des composants peuvent être traitées grâce à la sélection ciblée de feuilles organiques sur la base de la répartition des charges - un résultat que Brose a contribué à garantir grâce à une variété de processus de simulation. La pièce de démonstration qui sera produite au salon K, par exemple, est plus rigide dans sa zone de cadre de fenêtre qu'à l'intérieur de la porte.

Les différentes contraintes sur les zones individuelles des composants peuvent être traitées grâce à la sélection ciblée de feuilles organiques sur la base de la répartition des charges.

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Intégration d'un four IR ultra-compact

L'un des défis du traitement des feuilles organiques est le chauffage des préimprégnés. Le temps qu'ils mettent à chauffer et à refroidir dépend de leur épaisseur. Il est important de chauffer le matériau rapidement sans l'endommager, tout comme une transition rapide et directe vers le moule pour le préimprégné chauffé. La cellule de production d'organomelt d'ENGEL est basée sur une machine de moulage par injection duo 3660/800 et comprend pour cette raison deux fours IR intégrés. Il y a un four IR vertical placé directement au-dessus de l'unité de serrage pour chauffer la feuille organique, qui n'a que 0,6 mm d'épaisseur. De cette façon, la fine feuille organique atteint rapidement le moule, garantissant qu'elle n'a pas encore refroidi et devient impossible à former. Un four IR horizontal standard sur un socle au-dessus du plateau mobile sera utilisé pour les deux feuilles organiques plus épaisses (1 mm et 2,5 mm). Cette disposition raccourcit la distance entre le four et le moule, tout en économisant de l'espace puisque le four n'a pas besoin d'espace au sol séparé. Les deux fours IR ont été développés et fabriqués en interne par ENGEL. Ces robots et les trois robots easix sont entièrement intégrés à l'unité de commande CC300 de l'IMM et peuvent être contrôlés de manière centralisée via l'écran de la machine.

Les trois feuilles organiques sont chauffées en même temps. Deux des trois robots easix sont alors disponibles pour manipuler les feuilles organiques. Ceux-ci sont situés les uns à côté des autres au-dessus de l'unité de serrage. Alors que le premier robot est chargé de manipuler les deux feuilles organiques les plus épaisses, le second robot s'occupe de la feuille la plus fine. Pendant tout le processus de chauffage, il maintient la feuille organique devant le champ de rayonnement vertical afin qu'elle puisse être placée dans le moule une fois la période de chauffage définie terminée. Le troisième robot est situé à côté de l'unité de serrage. Son travail consiste à retirer la pièce moulée, tout en déplaçant l'une des trois feuilles organiques dans le moule pour le processus de moulage par injection.

Les feuilles organiques, qui ont été obtenues auprès du producteur chinois de matières premières Kingfa (Shanghai, Chine), sont faites de fibres de verre et utilisent du polypropylène comme matériau de matrice. Lorsque le moule - construit par Georg Kaufmann Formenbau (Remetschwil, Suisse) - se ferme, les feuilles organiques se forment. Immédiatement après, ils sont surmoulés avec du polypropylène renforcé de fibres de verre dans le même moule. Des nervures de renfort sont façonnées à l'arrière du composant, tandis qu'un grain d'aspect cuir est façonné sur la face visible.

« En surmoulant directement les feuilles organiques, nous pouvons obtenir un aspect cuir grainé exceptionnel, ce qui était auparavant considéré comme impossible lorsqu'il s'agissait de feuilles organiques », explique Müller. « À cet égard, nous posons les bases de la production à l'avenir de grandes structures de portes structurelles en thermoplastique utilisant le procédé organomelt. »

L'automatisation joue un rôle clé

Les solutions de production développées par ENGEL dans son Center for Lightweight Composite Technologies se distinguent par leur haute efficacité et leur rentabilité, deux exigences essentielles pour les applications de production à grand volume.

« L'expertise considérable d'ENGEL en matière d'automatisation joue un rôle majeur », déclare Walter Aumayr, vice-président de la division Automatisation et systèmes composites d'ENGEL.

Avec trois robots articulés ENGEL easix fonctionnant tous en même temps, la cellule organomelt du stand d'ENGEL fournira un exemple de pointe de traitement composite intégré, et est la cellule de production la plus complexe qu'ENGEL ait jamais présentée à un salon professionnel.

«Plus nous intégrons d'étapes de processus et plus une cellule de production comprend de systèmes individuels, plus le processus dans son ensemble devient compliqué», explique Aumayr. « En tant que fournisseur de solutions système, ENGEL a veillé à ce qu'il existe une logique de fonctionnement cohérente et une gestion conjointe des données dans toute la cellule, ce qui facilite grandement l'utilisation des robots articulés. Les robots easix peuvent être actionnés relativement simplement par les travailleurs impliqués dans le moulage par injection dans l'atelier. »

Un aspect particulier des systèmes ENGEL est que les fours IR sont également entièrement intégrés dans l'unité de contrôle CC300, garantissant qu'il existe une logique de fonctionnement uniforme pour l'ensemble du processus. De plus, étant donné que la machine de moulage, les robots et les unités périphériques accèdent tous à la même base de données dans la solution de systèmes ENGEL, le risque d'erreur diminue et l'efficacité augmente. Sans avoir besoin de matériel supplémentaire, les robots articulés easix peuvent synchroniser leurs mouvements avec les mouvements dans le moule, tels que ceux des extracteurs de noyaux ou des éjecteurs.

« En conséquence, nous pouvons réduire à la fois les temps de cycle et les dépenses en capital, en particulier lorsqu'il s'agit de systèmes à grande échelle », déclare Aumayr.