Drei Hauptfaktoren sind entscheidend für die Qualität von Spritzgießprodukten: Druck, Temperatur und Zeit. Mold Hotrunner Solutions (MHS) optimierte diese Parameter bei der Mikrospritzgießmaschine M3, die direkt angespritzte Mikroteile mit einem Gewicht von nur 1,3 mg mit hoher Effizienz und Präzision herstellen kann.
Bei der Entwicklung ergaben sich hohe Anforderungen, denn es sollte eine hohe Teilequalität durch die wiederholgenaue Steuerung des Spritzgießvorgangs nach exakten Druck-, Temperatur- und Zeitvorgaben sicherstellen. „Beckhoff arbeitet seit 2012 mit MHS zusammen, als das Unternehmen erweiterte Automatisierungs-, Netzwerk- und Fernzugriffsfunktionen benötigte“, sagt Paul Pierre, regionaler Vertriebsingenieur bei Beckhoff Kanada. Daher wandte sich das Unternehmen auch 2016 an Beckhoff, als man nach neuartigen Steuerungslösungen für die erste M3-Baureihe suchte. Die Steuerungsplattform der M3 basiert auf einem leistungsstarken Schaltschrank-Industrie-PC C6920. Als HMI-Hardware dient ein Widescreen-Control-Panel CP3921. Das 21,5-Zoll-Multitouch-Display ermöglichte es, die Bedienoberfläche neu zu konfigurieren, um sie besser an den Mikrospritzgießprozess anzupassen.
Da für Mikroteile so wenig Kunststoff nötig ist, ist es schwierig, das Material auf Verarbeitungstemperatur zu halten, ohne die Schmelzequalität zu beeinträchtigen. Beim MHS-Verfahren wird die Kunststoffschmelze erst kurz vor Erreichen des Nadelverschlusses auf Verarbeitungstemperatur erwärmt, wodurch die Plastifizierungszeit des Kunststoffs verlängert und erheblich weniger Abfall produziert wird. Die Umsetzung machten die EtherCAT-Klemme EL3314 mit 4-Kanal-Thermoelement-Eingang und der TwinCAT Temperature Controller (TF4110) möglich. MHS verwendete 14 Heizelemente mit Toleranzanforderungen von ± 0,1 °C, die mit der EL3314 und der Temperaturregelungssoftware genau erfüllt werden konnten. Zu den Beckhoff-Servoverstärkern AX5000 gehören auch die Encoder-Optionskarten AX5721, die einen hochauflösenden Linear-Encoder unterstützen. Über TwinSAFE-I/Os und -Antriebsfunktionen werden Sicherheitsverriegelungen, Not-Halt-Schalter und Safe-Torque-Off (STO)-Optionen gesteuert. „Ohne die Echtzeitfähigkeiten von EtherCAT in den I/Os und Antrieben wäre es unmöglich, die Präzision von 10 µm bei dem schnellen Tempo zu erreichen“, erklärt Ryan Craig, leitender Entwickler bei MHS.
Als das Unternehmen die Chancen eines weiteren Kapazitätsausbaus erkannte, begann es 2020 mit der Skalierung der M3 von einem einzelnen Modul mit je acht Mikroteilkavitäten auf vier Module mit insgesamt 32 Kavitäten. Für die Version mit mehr Kavitäten und höheren Geschwindigkeiten konnte die existierende Steuerungsarchitektur dennoch beibehalten werden. Sie enthält zudem einen Hochgeschwindigkeitsroboter, der innerhalb von 0,4 ms 1.000 mm seitlich in die Zelle hinein- und in weiteren 0,4 ms herausfährt. Dies machen AX5000-Antriebe und zwei AM8042-Servomotoren zusammen mit einem externen Bremswiderstand möglich.
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