ENGEL lance une cellule robotisée à infrarouge pour la production efficace à grande échelle de composites thermoplastiques légers

La cellule de production d'ENGEL utilise le rayonnement infrarouge pour chauffer et former trois organofeuilles de différentes épaisseurs, et façonne une surface visible de haute qualité dans la même étape de moulage par injection. Source | ENGEL

Le fabricant de presses à injecter et fournisseur de solutions systèmes ENGEL Austria a annoncé qu'au salon K 2019 (Düsseldorf, Allemagne, 16-23 octobre), il présenterait une technologie de polymérisation infrarouge dans le cadre de sa cellule de fabrication associant préformage de composites et surmoulage par injection thermoplastique.

ENGEL utilisera le procédé organomelt pour produire des pièces démonstratrices reflétant les dernières innovations pour modules de portières automobiles. La cellule de production d'ENGEL est présentée comme la première au monde à utiliser le rayonnement infrarouge pour chauffer et former trois organofeuilles de différentes épaisseurs, ainsi que pour façonner une surface visible de haute qualité dans la même étape de moulage par injection. Le système sera équipé de trois robots articulés ENGEL easix fonctionnant simultanément.

« Les composites thermoplastiques gagnent en importance pour l'allègement dans l'industrie automobile », déclare le Dr Norbert Müller, responsable du Centre pour les technologies de composites légers d'ENGEL.

Il y a deux raisons principales à cela. Premièrement, l'approche thermoplastique cohérente permet d'intégrer efficacement le formage et la fonctionnalisation des préimprégnés renforcés de fibres, ce qui réduit les coûts unitaires. Deuxièmement, l'utilisation exclusive de polymères thermoplastiques facilite le développement de stratégies de recyclage.

« Le retour des composants composites dans la boucle matière en fin de vie est l'une des priorités du développement continu dans le secteur des véhicules électriques », note Müller. « Les solutions thermoplastiques deviennent 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 organofeuilles et rubans sont chauffés, insérés dans le moule, formés sur place et directement surmoulés avec du thermoplastique. Le procédé est déjà utilisé en production de grande série, l'organomelt d'ENGEL servant à la production entièrement automatisée d'articles tels que des porteurs de face avant.

Au fur et à mesure que le procédé évolue, ENGEL travaille avec ses clients et partenaires sur les aspects de production de la conception de composants composites avec une répartition ciblée des charges.

« 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 au salon K démontrera clairement ce grand potentiel. »

Le procédé de moulage a été développé en partenariat avec l'équipementier automobile Brose (Coburg, Allemagne). ENGEL affirme que la cellule de production est actuellement le seul système au monde capable de traiter simultanément trois organofeuilles de forme différente, entre 0,6 mm et 2,5 mm d'épaisseur, dans un processus entièrement automatisé intégrant des fours IR. Les différentes contraintes sur les zones individuelles du composant peuvent être gérées grâce au choix ciblé d'organofeuilles basé sur la répartition des charges — un résultat auquel Brose a contribué par divers processus de simulation. La pièce démonstratrice à produire au salon K, par exemple, est plus rigide dans sa zone de cadre de fenêtre que sur l'intérieur de la portière.

Les différentes contraintes sur les zones individuelles du composant peuvent être gérées grâce au choix ciblé d'organofeuilles basé sur la répartition des charges. Source | ENGEL

Intégration ultra-compacte de four IR

L'un des défis du traitement des organofeuilles est le chauffage des préimprégnés. Le temps qu'ils mettent à chauffer et refroidir dépend de leur épaisseur. Chauffer le matériau rapidement sans l'endommager est important, de même qu'une transition rapide et simple vers le moule pour le préimprégné chauffé. La cellule de production organomelt d'ENGEL est basée sur une presse à injecter duo 3660/800 et comprend deux fours IR intégrés pour cette raison. Un four IR vertical est positionné directement au-dessus de l'unité de fermeture pour chauffer l'organofeuille de seulement 0,6 mm d'épaisseur. Ainsi, la fine organofeuille atteint le moule rapidement, assurant qu'elle n'a pas encore refroidi et devient impossible à former. Un four IR standard, horizontal, sur pied au-dessus du plateau mobile sera utilisé pour les deux organofeuilles plus épaisses (1 mm et 2,5 mm). Cet agencement 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. Ceux-ci et les trois robots easix sont entièrement intégrés à l'unité de commande CC300 de la presse et peuvent être contrôlés centralement via l'affichage de la machine.

Les trois organofeuilles sont chauffées en même temps. Deux des trois robots easix sont alors disponibles pour manipuler les organofeuilles. Ils sont situés l'un à côté de l'autre au-dessus de l'unité de fermeture. Pendant que le premier robot gère les deux organofeuilles plus épaisses, le second s'occupe de la plus fine. Durant tout le processus de chauffage, il maintient l'organofeuille devant le champ de rayonnement vertical pour qu'elle puisse être placée dans le moule après la période de chauffe définie. Le troisième robot est situé à côté de l'unité de fermeture. Son rôle est d'extraire la pièce moulée, tout en déplaçant simultanément l'une des trois organofeuilles dans le moule pour le processus de moulage par injection.

Les organofeuilles, fournies par le producteur chinois de matières premières Kingfa (Shanghai, Chine), sont constituées de fibres de verre et utilisent le polypropylène comme matrice. Lorsque le moule — construit par Georg Kaufmann Formenbau (Remetschwil, Suisse) — se ferme, les organofeuilles sont formées. Immédiatement après, elles sont surmoulées avec du polypropylène renforcé de fibres de verre dans le même moule. Des nervures de renfort sont formées au dos du composant, tandis qu'un aspect cuir grainé est formé sur la face visible.

« En surmoulant directement les organofeuilles, nous pouvons obtenir un aspect cuir grainé exceptionnel, qui était auparavant considéré comme impossible avec les organofeuilles », déclare Müller. « À cet égard, nous posons les bases pour la production future de grandes structures de portières thermoplastiques structurelles par le procédé organomelt. »

L'automatisation joue un rôle clé

Les solutions de production développées par ENGEL au sein de son Centre pour les technologies de composites légers se distinguent par leur haute efficacité et rentabilité — deux exigences essentielles pour les applications de production à grand volume.

« L'expertise considérable d'ENGEL en 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 simultanément, la cellule organomelt sur le stand d'ENGEL au salon fournira un exemple à la pointe de la technologie de traitement intégré des composites, et constitue 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 complexe », dit Aumayr. « En tant que fournisseur de solutions systèmes, ENGEL a veillé à ce qu'il y ait une logique d'exploitation cohérente et une gestion de données commune dans toute la cellule, rendant l'utilisation de robots articulés bien plus aisée. Les robots easix peuvent être opérés relativement simplement par les travailleurs impliqués dans le moulage par injection sur le terrain. »

Un aspect particulier des systèmes ENGEL est que les fours IR sont également entièrement intégrés dans l'unité de commande CC300, assurant une logique d'exploitation uniforme pour l'ensemble du processus. De plus, puisque la presse, les robots et les unités périphériques accèdent tous à la même base de données dans la solution systèmes ENGEL, le risque d'erreur diminue et l'efficacité augmente. Sans matériel supplémentaire, les robots articulés easix peuvent synchroniser leurs mouvements avec ceux dans le moule, tels que ceux des tirettes ou éjecteurs.

« En conséquence, nous pouvons réduire à la fois les temps de cycle et les investissements en capital, surtout pour les systèmes de grande envergure », déclare Aumayr.