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全球注射成型行业创新发展趋势

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全球注射成型行业创新发展趋势

发布日期:2019-07-17 00:00 来源:http://www.hfymskj.com 点击:

随着德国工业4.0、美国回归制造业和中国制造2025等国家战略的提出以及高端市场对于注塑产品要求不断提高,全球注塑产业的技术水平正在稳步提升。

目前,全球注塑加工工业正朝着智能化、轻量化、绿色化、高效化、功能化的方向发展。对于塑料加工业来说,智能制造的目标是通过信息化和网络化,以及自我优化的制造流程来提高生产率并实现资源的最佳配置。这对客户则意味着可靠的生产与高标准的质量,最终将带来决定性的竞争优势。

智能化:智能机器将实现对外界环境的自动感知并自动调节优化;智能生产实现生产资源、生产数据的共享;智能服务将对机器的核心部件进行实时监控并提出解决方案。

轻量化:由于对于塑料及其复合材料制成的轻量化部件提出紧迫需求,推出连续纤维增强热塑性塑料制品成型、长玻纤直接注射成型、微发泡成型、纳米注射成型加工技术。

高效化:约30%的包装工业应用都要求2-3秒极短周期,注射压缩、多伺服阀驱动、模内闭合热流道技术等为高效及精密成型要求提供保障。

1、工业4.0:智能制造方式推动行业未来发展

恩格尔(Engel)通过其inject4.0概念和相关技术向用户全方位诠释注射成型工业4.0,分别从智能机器(smartmachine)、智能生产(smartproduction)和智能服务(smartservice)三个层面来实现智能工厂的目标。

在智能机器方面,恩格尔的iQ系列软件可以持续不断地分析关键工艺参数,及时发现偏差并进行补偿,从而避免产出废品。如iQWeight可以在整个注塑过程中保持射胶量和熔体粘度的恒定;iQClamp可通过控制模具的排气持续调整合模力;iQFlow可实现模具温度的闭环控制。在环境或者原料发生变化时,恩格尔软件自动采取措施来保持工艺的一致性,从而确保产品的质量。

在智能生产方面,恩格尔e-factory系统可以将所有高度集成的自动化生产单元完全联网,从一台中央电脑上观察并分析每个机器的工作状况、使用情况以及产量。新增加的能源模块可以让用户对机器能源的消耗进行详细地展示、分析和优化,通过自动控制注塑机的启动避免出现能源使用高峰。

在智能服务方面,恩格尔e-connect.monitor可在线监测设备核心部件工作状态并提供可靠地故障诊断结果,避免因设备零件问题而导致意外停机。对磨损情况的分析可以确定导致关键零件加速磨损的关键过程参数,再通过参数调整可以避免磨损再次发生。e-connect.monitor扩充了恩格尔inject 4.0解决方案的范围,为实现智能工厂建立了新的里程碑。

克劳斯玛菲(Kraussmaffei)将其工业4.0解决方案称为“Plastics 4.0”,从智能机器(Intelligent Machines)、集成生产(Intergrated Production)和互动服务(Interactive Service)三个层面进行实施,文字表达上略有不同,但是内涵一致。

智能机器:克劳斯玛菲在2014年时就推出APC(Adaptive Process Control)自适应过程控制系统,本次展会上的APC Plus可以更有针对性地对由于环境条件变化、停产或使用回收材料造成的工艺波动做出响应。APC plus首次考虑了20种基本材料的具体性能(如熔体的可压缩性),并在保压阶段自动采取措施进行调控。

集成生产:DataXplorer是克劳斯玛菲研发的具有检测、分析和记录注塑生产过程以及上下游加工过程综合工艺数据的开放性系统。本次展会通过CX 300 FiberForm生产系统为例展示其生产过程中无缝链接的新网络智能解决方案。所有以质量为导向的加工数据如有机板加热曲线或注塑压力、模腔压力曲线等,都被记录在数据库中并形成跟随组件一起的二维码,可在全球范围内查询和跟踪每个组件的加工数据。

互动服务:克劳斯玛菲展示了监控机器、评估实际数据和各种服务功能的众多工具,如基于OPC-UA报告的联网机器的摄像头应用和中央计算机接口标准化等。客户还可在任何时间通过克劳斯玛菲网站直接登录电子服务平台(E-Service platform),查询所有相关的中央数据,快速处理问题。

阿博格(Arburg)在本次展会上展示了其工业4.0的应用新模式:空间上分离生产并且个性化制造的“智能”行李箱标牌。行李箱标牌作为信息载体,用户的联络数据以电子名片(vCard)的形式与生产过程数据一同存储到集成的NFC芯片中,最后用激光对行李箱标牌进行个性化处理。生产数据可由生产部件的行李箱标牌提供信息直接从云端获取,从而实现灵活的分散生产。

威猛巴顿菲尔(Wittmann Battenfeld)推出可在Windows操作系统下运行的新一代UNILOG B8控制系统,可方便地集成标准应用以及基于互联网的服务支持。QuickSetup程序能够快速完成机器与新模具的初始设置,通过B8中的材料数据以及录入与成型部件和机器有关的数据,该控制系统即可计算出初始的工艺参数用于参数的快速设置。凭借WITTMANN 4.0技术,可以通过单一的监控屏幕,对注塑机和周边设备可视化和操作。

博创智能装备的工业4.0技术也是通过一套交钥匙系统进行展示,而且产品能够满足工业4.0的欧洲标准。此外,其他国内参展的设备供应商都相继推出各自品牌的工业4.0的解决方案。如震雄控股iChen 4.0、东华机械2.0、伊之密I-factory 4.0等等,关注重点是解决生产过程的监控、管理及服务。

海天国际在讨论工业4.0时,考虑更多的是成本因素,以及如何将信息技术与制造业更深入地融合。海天提出“以恰到好处的技术打造灵活性”的参展口号,重点展示其能够满足80%市场需求的标准化应用解决方案。早在K 2013他们就已将发展方向设定为:“小机电动化,大机两板化”。

截至2015年底,海天小吨位全电机销售份额从11.1%上升到14.8%,大中吨位的两板机销售份额也从19.5% 提升至 28.5 %。此次K展上,海天发布了“模块化生产”的新战略,客户在未来可以更加方便地将不同规格型号或是将全电机和伺服液压设备的零部件进行混合和匹配。“模块化”战略有助于帮助客户找到柔性制造、生产效率和价格的最佳组合,也将帮助海天更方便地适应工业化程度不同的国家的需求。新发布的“模块化生产”也被海天称为是未来注塑机设计的发展方向。

K2016期间,欧洲塑料和橡胶机械制造商协会(EUROMAP)推出了EUROMAP 77标准,这是一种面向工业4.0的注塑机与中央计算机或制造执行系统(MES)之间数据交换的新工业标准,这方面欧洲企业已经走在了前面。从目前市场现状和未来发展趋势来看,智能化将是我们必须面对的挑战,目前也是欧美发达国家把握在手中的市场阵地。

2、汽车工业:轻量化及绿色制造的迫切需求

克劳斯玛菲推出了热塑性树脂传递模塑成型(T-RTM)技术,该技术能在较短成型周期内生产出由纤维、塑料和金属制成的混合材料汽车样件。新的计量系统可实现原料(己内酰胺)的按需供应,近净形状的生产最大程度地减少了碳纤维材料浪费和加工步骤,该工艺可同时用于加工玻璃纤维(白色)和碳纤维。现场展示的成型样件是一种带有金属嵌件的纤维增强复合材料汽车结构部件,生产过程只需几分钟。

显然,热塑性塑料(PA6)结构件比热固性塑料拥有更高的冲击强度和更大的韧性断裂特性。此外,T-RTM相比注塑成型工艺具有更高的纤维含量和更低黏度,因而可生产出壁厚极薄的部件。克劳斯玛菲的T-RTM工艺将反应加工设备、热塑性材料以及传递模塑工艺集于一体,同时具备连续纤维、短周期、可焊接及可回收等方面的优势,实现了对现代轻量化生产的完美整合。

恩格尔展示了利用模内成型皮纹覆皮工艺(IMG:In-MouldGraining)结合连续滚动式制程生产汽车内饰件产品,这是恩格尔首次在完全自动化的生产单元中展示DecoJect技术。与传统的IMD工艺不同,IMG工艺不是简单将图案从薄膜传递到组件上,它利用激光对薄膜进行精细加工并将其保留在组件上,制件颜色、图案、表层结构和触感都一次成型。为了表明新技术应用前景,展示的部件表面呈现出包括复杂皮革颗粒在内的多种结构。

阿博格则采用物理发泡方式的ProFoam工艺用于轿车内饰件生产,同时借助动态模温控制技术可获得高质量的高光表面。ProFoam技术的基本原理是在原料进入机筒之前通过超临界氮气进行浸润发泡,其优势在于不需要在螺杆上设置额外的剪切和混合功能部件。采用Profoam技术可注塑出轻质、稳定并且不易变形的部件,部件具备均匀的发泡结构。相比于传统注塑工艺,获得的制件不仅可减重13%以上,而且增强纤维平均长度更长。

克劳斯玛菲的ColorForm工艺仅通过一道工序即可将具有不同厚度、不同表面效果(比如表面同时具有哑光和高光泽度)和颜色的聚氨酯涂层涂覆于热塑性背衬材料之上。ColorForm工艺完全取代了传统的喷漆及其上下游所需配套工艺步骤,无需单独清洁部件。新工艺既可提高生产效率和产品合格率,又可显着降低生产成本。作为一种高光表面部件的绿色生产方案,ColorForm可将高光泽表面与各种基体材料(如热塑性塑料、热固性塑料或聚氨酯)相结合。可实现从透明到钢琴黑的广泛色彩的显示,使得颜色管理灵活可变,从而使设计更为自由。

3、包装工业领域:高效及精密的追求永无止境

包装行业是聚合物应用最广的行业之一,约30%的欧洲包装应用都要求2-3秒的极短周期。不断提升生产效率和精度是包装行业对于生产系统永无止境的要求。

住友德马格(Sumitomo-Demag)在塑料包装制造领域的份额超过20%,目前已经有超过2000台El-ExisSP注塑机用于薄壁塑料包装、螺纹盖和各种密封件的生产。现场展示是利用El-ExisSP200高速注塑机和一模4腔模具生产装饰杯,周期不到2S,这应该是K2016展会上生产装饰容器最快的机器。

此外,El-ExisSP420注塑机在2+2叠模中采用注射压缩工艺生产聚丙烯(PP)托盘,注射压力和锁模力显著降低、保压压力分布均匀,成品的残余应力和翘曲变形也明显减弱,最终达到更薄、更轻的生产效果

耐驰特(Netstal-Maschinen AG)在K2016展示采用ELIOS 7500注塑机,搭配24+24叠模,每小时生产超过43,000多个圆盖,每个重量为2.8克,生产周期为4秒。注塑机构由两个动态伺服阀驱动,保证在注塑和保压过程中实现高加速度、高注射能力和精密控制的效果。双伺服阀使流速高达2×550 L/min,最大注塑速度为2,200mm/s,加速度可达20G。通过配备数字控制器确保高定位精度可实现注塑量的高度一致性。

威猛巴顿菲尔多组分机型SmartPower COMBIMOULD的每个注射单元都拥有单独的伺服液压驱动,使得“以低能耗实现极短的循环周期”成为可能。SmartPower系列多组分机型能够更方便地完成多色、复合材料、组装和多组分注塑成型,而且能耗更低。在K2016上展出了采用热塑性塑料和液态硅胶制成的饮用瓶盖。

赫斯基(Husky)于K 2016 期间推出一项集成式解决方案HyCAP 4,模具、机器及辅助设备协同工作以提高生产效率、改善能效并增强易用性。系统现场生产1.25克的29/25矿泉水瓶盖的周期为2.4秒,生产6.1克的洗发水翻盖的生产周期为8.5秒。全集成式eIMC模内闭合技术通过在注塑过程提供更精确的控制,在提升产品质量的同时将注塑时间缩短20%。

此外,Husky还推出采用共注塑热流道技术生成多层阻隔包装制品,通过与先进的热流道系统以及增强型控制相结合可对阻隔材料进行精确分配,满足不同阻隔能力应用要求。同时还通过减少阻隔材料的使用量来提高阻隔性PET包装制品的可回收性。配合使用LayerWatcher检测系统,可通过精确测量阻隔层来确保阻隔防护和包装的安全性。

4、增材制造:3D打印应用不断扩展

阿博格于K 2013年发布了Freeformer和Arburg Plastic Freeforming(简称“APF”)工艺,通过带有脉冲开关的喷嘴形成塑胶液滴进行逐层排列构建功能部件。此次展会,结构优化后的freeformer具有更佳的通风排热性能,还可选配材料烘干装置。打印材料也可扩展到耐高温塑料、生物基聚酰胺等材料等。

瓦克于K2016上展示了有机硅材料的按需喷墨打印技术,打印速度明显提升,机器结构也更为紧凑。3D打印技术目前最主要的应用是汽车、航空航天和医用领域,具有耐高温、低温柔韧性、较佳的生物兼容性和透明度、能够任意染色、消音效果好等特性的有机硅材料正好可在这些应用中充分发挥优势。

模具异型冷却水路的制造应该是金属3D打印在注射成型加工中最直接的应用案列。传统设计制作的水路都是以钻孔方式完成,其直线圆管状须避开结构或组装原件。异型冷却水路模具设计可根据需要任意设计,使用时可显著减少脱模速率和成型周期,并提升30~70%产能时效与质量良率。

直接金属激光烧结技术(DMLS: Direct MetalLaser-Sintering)技术是目前市场上成熟的金属3D打印技术,可根据3D模型数据通过高能激光束来局部熔化金属基体同时烧结固化金属粉末材料并层层堆叠生成致密实体零件,代表厂商包括德国EOS、日本沙迪克等。此外,德国PVA/TePla通过扩散焊技术实现模具的叠层实体制造同样也是目前模具异型冷却水路制造的有效解决方案。

5、小结

根据EUROMAP发布的统计数据,2015年全球塑料和橡胶机械产值达到339亿欧元(2014年:325亿欧元),橡塑机产量占比位居前三的国家分别是中国(32.5 %)、德国(20.7 %)和意大利(7.8 %)。在中国增长引擎的驱使下,预计2016年到2018年期间全球塑料橡胶机械的销售额仍将保持3.4%的平均增长率。

过去二十年来,中国橡塑机械企业通过持续不断的技术引进和自主创新已在全球塑机市场上占有举足轻重的地位。虽然我们与欧美日等发达国家之间的技术水平差距正在不断缩小,但在高端市场争夺方面我们仍然缺乏竞争力,中国的高端机械仍旧需要从欧洲进口。

这是中国制造业所面临的残酷现实,但同时也是难得的发展机遇。中国注塑产业同仁应该在工业4.0和中国制造2025的推进过程中抓住机遇,加快实施智能化制造技术的升级,实现中国制造百年强国梦想将指日可待。



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