Tipărire
images/poze_articole/Fabricarea_eficienta_a_lentilelor_cu_grosime_mare.jpg

Fabricarea unor piese optice pretenţioase, cum sunt lentilele pentru LED-uri, cu toleranţe de ordinul micronilor, arată încă o dată adaptabilitatea prelucrării materialului plastic prin injectare. În cazul lentilelor pentru LED-uri a fost dezvoltată o tehnologie specială bazată pe procedul de injectare multi-strat, tehnologie care permite chiar şi o creştere de productivitate.



În Europa lentilele cu grosime mare sunt folosite pe scară largă pentru LED-uri (în industria auto sau în alte domenii). La injectarea acestora timpul de răcire este direct proporţional cu pătratul grosimii de perete, de unde obiectivul proiectanţilor este de a găsi o metodă de a produce eficient (prin metode clasice pentru o grosime uzuală de 30 mm se impune ciclu cu durată de aprox. 20 min.).
O posibilitate de reducere a duratei este tehnologia multistrat, în care piesele cu pereţi groşi sunt realizate din mai multe straturi succesive. Structura multistrat se poate obţine prin suprainjectarea unilaterală sau bilaterală a unui prim strat, ori prin îmbinarea a două straturi iniţial independente cu ajutorul unui strat intermediar

În general, toate straturile sunt realizate pe aceeaşi maşină de injectat. Un prim pas pentru reducerea duratei ciclului este utilizarea unor agregate de injectat distincte pentru fiecare din cele trei straturi. Astfel etapele procesului - injectare, presiune de menţinere şi dozare au loc simultan şi independent una de cealaltă.
„Unde există lumină, există şi umbră”. Fiecare din metodele prezentate prezintă avantaje şi dezavantaje - injectarea unilaterală, de ex. necesită numai o masă rotativă, spre deosebire de matriţa mult mai complexă necesară pentru suprainjectare bilaterală. Pe de altă parte calitatea înaltă a suprafeţei la injectarea unilaterală trebuie supravegheată strict numai la ultimul strat, spre deosebire de injectarea bilaterală.

Pur teoretic s-au putut deduce formule de aproximare pentru timpul de răcire şi productivitate, însă cercetările au dovedit că aceste formule duc la rezultate prea optimiste. Este cert că tehnologia multistrat permite temperaturi mai reduse ale zonelor matriţei pentru suprafeţele care urmează să fie suprainjectate, deoarece calitatea acestor suprafeţe nu influenţează semnificativ calitatea lentilei finalizate. Dacă se foloseşte acest potenţial reducerea duratei de ciclu practice este des-tul de apropiată de rezultatul simulării teoretice.

Pentru determinarea grosimii optime a fiecărui strat sunt necesare simulări. Din încercări şi simulări rezultă unele consideraţii calitative:

- Din punct de vedere al timpului de răcire pe cavitate este indiferent dacă suprainjectarea se execută unilateral sau bilateral. Acesta scade în aceeaşi măsură odată cu creşterea numărului de straturi.
- Suprainjectarea unilaterală necesită număr mai mare de cavităţi decât suprainjectarea bilaterală; deci şi matriţe mai mari.
- Suprainjectarea unilaterală prezintă productivitate semnificativ mai mare numai pentru un număr mare de straturi. Dar aceasta trebuie verificată practic, deoarece în simularea teoretică nu s-a luat în considerare influenţa timpului pentru deschidere, închidere, transfer, rotire.
- În schimb suprainjectare bilaterală duce la o creştere a productivităţii prin simpla introducere a unei mese rotative.

Varianta sandwich prezintă avantaj evident faţă de suprainjectarea unilaterală. Aceasta asigură o mai bună respectare a conturului deoarece retasurile din cauza contracţiei sunt compensate prin suprainjectare şi conturul este influenţat numai de retasurile straturilor exterioare, care sunt mai subţiri.
La ambele metode se pot enumera şi alte avantaje. Canalele reci sau elementele cu pereţi subţiri limitează durata presiunii de menţinere, dar presiune de menţinere ridicată este necesară pentru a preveni retasuri la piesele de grosime mare, ceea ce impune maşini cu forţe de închidere mai mari.
Astfel în anumite condiţii piesele groase nu pot fi realizate decât cu tehnologia multistrat. Odată cu reducerea duratei de ciclu se reduce şi durata de staţionare a materialului în cilindrul de plastifiere şi în canalul cald. Astfel se obţine o transparenţă superioară. Imaginea titlu prezintă o aplicaţie a procedeului sandwich cu 3 straturi – fabricarea de lentile pentru LED folosite la faruri la Lighting Reutlingen GmbH.
Durate de ciclu mai scurte folosind timp de răcire mai mare S-a pornit de la faptul că mai multe piese subţiri se răcesc mai repede decât o piesă cu grosime egală cu suma grosimilor pieselor subţiri. Cercetările au arătat că folosind acest lucru productivitatea poate creşte de aproape 2 ori. La stabilirea grosimii fiecărui strat se are în vedere că atât stratul iniţial, cât şi următoarele trebuie să fie la temperatură mai mică decât cea de tranziţie vitroasă. Încercările au arătat însă că stratul iniţial poate fi extras din matriţă înainte de a atinge această temperatură. Respectiv stratul limită îngheţat trebuie să fie suficient pentru a rezista la presiunea internă şi să excludă deformarea în timpul extragerii din matriţă. Însă nu ar avea sens suprainjectarea imediată cu stratul următor deoarece astfel zonele calde interne ar fi la distanţă mai mare de matriţă şi ar necesita un timp de răcire şi mai mare.

Astfel apare procedeul care prevede o etapă de răcire a stratului iniţial în afara matriţei între injectări. Deşi răcirea în aer durează mai mult decât în matriţă, acest lucru nu influenţează durata ciclului. În funcţie de durata de răcire în aer, stratul iniţial poate avea temperatură medie mai mică decât cea la tehnologia sandwich tradiţională. Ca urmare stratul iniţial preia mai multă căldură reducând şi mai mult timpul de răcire. Efectul poate fi amplificat dacă stratul iniţial are grosime mai mare, iar straturile suprainjectate sunt mai subţiri.
Programul de injectare cu răcire în exterior Un prefabricat (un strat) răcit în exterior la o temperatură definită se reintroduce în matriţă şi se suprain-jectează. În funcţie de numărul agregatelor de injectat, se injectează un alt prefabricat simultan sau ime-diat după aceea. La deschiderea matriţei se extrage o piesă finalizată şi un alt prefabricat şi în matriţă se aşază din nou un prefabricat răcit în exterior. Prefabricatul se aşează într-un post de răcire. Figura 3 prezintă o comparaţie între durata de ciclu în cazul injectării într-un strat, în 3 straturi sandwich convenţional şi în 3 straturi sandwich cu răcire în exterior. Specialiştii de la Bayer Material Science AG, Leverkusen, au efectuat studiul pentru o piesă paralelipipedică cu grosime de 20 mm din policarbonat. Graficele se referă la topitură cu temperatură 280°C, temperatura matriţei (straturi exterioare şi injectare un strat – 120°C), temperatura matriţei – strat interior – 70°C.
Se poate observa distribuţia temperaturii după 164 s.

În timpul studiului grosimea straturilor a fost adaptată procesului respectiv. Timpul de răcire pentru stra-turile superioare cu grosime 4 mm la injectarea în 3 straturi sandwich este acelaşi cu timpul de răcire al unui prefabricat (strat iniţial) cu grosime de 12 mm. Pentru varianta de injectare în 3 straturi sandwich cu răcire în exterior s-a folosit un strat iniţial cu grosime 12,8 mm şi straturi exterioare de câte 3,6 mm.

La injectarea într-un singur strat temperatura cea mai mare apare totdeauna în miezul piesei. Acest lucru diferă însă la injectarea multistrat. Criteriul pentru calcularea timpului de răcire a piesei finalizate este: Toate zonele piesei trebuie răcite la o temperatură mai mică decât temperatura de tranziţie vitroasă de 150°C. În cazul injectării cu răcire in-termediară în exterior prefabricatul se extrage din matriţă în momentul în care la exterior s-a format un strat îngheţat de 2,4 mm, deşi temperatura miezului este încă de 220 C. Numărul de cavităţi fiind acelaşi ca la injectarea sandwich tradiţională rezultă astfel o creştere a productivităţii proporţională cu scăderea timpului de răcire.
Viteza mare de solidificare a policarbonatului este în avantajul ciclurilor scurte. Calculele pentru polimetil-acrilat (PMMA) – cu adaptarea temperaturilor pentru topitură şi pentru matriţă au condus la timp de răcire aproape dublu, de 314 s.

Încercările şi calculele pe baza simulărilor au dovedit că la fabricarea pieselor cu grosime mare prin metoda cu răcire în exteriorul matriţei se poate obţine – în funcţie de geometria piesei – o reducere de 25 la 50% faţă de injectarea multistrat tradiţională.
La K 2013 producătorul de maşini Engel împreună cu partenerul său Bayer Material Science a prezentat fabricarea unei lentile optice din policarbonat (tip makrolon LED 2245) cu o durată a ciclului care poate aspira la un record.

Prelucrare după articolul de specialitate „Dickwandige Linsen” de Christian Maier, Josef Gießauf, Georg Steinbichler publicat în revista „Kunststoffe” din septembrie 2013, Carl Hanser Verlag, München.

ENGEL INJECTIE SRL.
Strada Valea Oltului Nr. 123-129
061971 BUCURESTI, SECTOR 6.