機能化複合材料のロボット射出成形

Anybrid GmbH（ドレスデン、ドイツ）は、ドレスデン工科大学の軽量工学および高分子技術研究所（ILK）から派生したものです。 ILKは業界と協力して、強化ポリマー複合材料を中心に新しい軽量技術を開発しています。 「ハイブリッド部品を製造するために、このロボット化された射出成形機を2年前に開発しました」と、Anybridの最高商務責任者であるMichaelStegelmannは述べています。ハイブリッドコンポーネントとは、構造を機能化することを指します。たとえば、複合チューブや金属製の電気自動車のシャーシを射出成形プラスチックで機能させて、局所的な取り付けポイントや補強リブなどを作成します。

オーバーモールディングまたはハイブリッド射出成形と呼ばれるこのプロセスは、過去5〜6年間で多くの注目を集めてきましたが、より伝統的な形式で、射出ユニットが取り付けられた成形プレスの鋼型です。 Anybridは、このセットアップを基本的に小型化して、上の画像と下のビデオのKukaロボットに示されている赤と黒のC字型のエンドエフェクターにしています。その結果は革新的であり、引抜成形品や押出成形品が成形ダイを出るときにオーバーモールドすることや、大きな構造物が組立ラインを下るときに機能化することができます。

ロビン

「ロボット射出成形」の略であるROBINは、2019年にドイツのデュッセルドルフで開催されたKショーで初めて発表されました。 「その後、昨年会社を設立し、現在、顧客と協力して、この装置を使用してパイロット生産ラインを確立しています」とStegelmann氏は述べています。コンセプトは、小型の射出ユニットと、迅速に交​​換できるコンパクトで安価な成形ツールを使用して、射出成形機の質量を減らすことであると彼は説明しています。

「ROBINエンドエフェクターは、炭素繊維複合材で作られたCフレームで構成されており、外側にはアルミニウムフレームがあります」とStegelmann氏は説明します。 「フレームには軽量のロックシステムが含まれており、射出成形中に最大12トンの荷重を処理し、金型の上側から下側に移動します。」 ROBINは、大きな構造物全体で1メートルのカンチレバーに手を伸ばすこともできます。 「これはILK内のノウハウです。カーボンファイバーと軽量素材を正しい方法で使用する方法です。」

射出成形への従来のアプローチでは、大型のプレスと高価な成形ツールが必要です。そのため、大量生産に限定されていました。対照的に、ROBINを使用すると、大きなコンポーネントで小さなシリーズまたは複数の異なる成形品を製造できます。 「原則として、機械には柔軟性があり、ほとんどすべての複合材料や構造を機能化できます」とStegelmann氏は述べています。

「コストを削減するために金型のサイズを最小限に抑えるように努めているため、金型を作成するのに必要なのは数千ユーロだけです」とStegelmann氏は説明します。 「これにより、小さな金型領域のみを変更する必要があるため、統合された迅速な交換システムが可能になります。たとえば、金型をすばやく変更して、ラインの2つの異なる側で異なる部品を実行できる組立ラインがあるという考え方です。 2つのロビンシステムまたは1つのロビンシステムのいずれかを使用して、金型をすばやく変更できます。したがって、柔軟性が高くなります。」

このサイズの縮小により、オーバーモールドできる領域が制限されます。 「現時点では、注射ショットの量は50〜60グラムに制限されています」とStegelmann氏は言います。 「私たちはROBINをわずか140kgの重さで開発しました。これにより、より小さく、より手頃な自動化を使用できるようになります。現在、パイプとプロファイルの機能化と、より大きな構造へのより小さな要素の追加に焦点を当てています。」

オーバーモールドで良好な結合を実現する

「これが実際に私たちのバックグラウンドです」と、Anybridの4人の共同創設者に言及してStegelmannは言います。 「これは、過去10年または15年間の多くのプロジェクトで、さまざまな材料を組み合わせて適切な結合を見つけて行いました。私は押し出しプロセスで博士号を取得しました。さまざまな材料を組み合わせる場合は、常に困難です。特にプラスチックや強化プラスチックを金属に接着する場合は、表面構造を変更するために、プラズマ処理やレーザー処理などの接着のための追加の準備が常に必要です。射出成形材料と基板のポリマーマトリックスを一致させることができるため、複合材料は少し簡単です。」

たとえば、以下に示すオーバーモールドチューブでは、三井化学ヨーロッパ（ドイツ、デュッセルドルフ）が炭素繊維強化ポリプロピレン（PP）一方向（UD）テープを供給し、INOMETA（ドイツ、ヘルフォルト）がこれらを使用して複合チューブを製造しました。オーバーモールド。 「機能化は、パイプが作られているのと同じ材料でした」とStegelmannは言います。 「非強化PP素材と炭素繊維強化PP素材の両方でオーバーモールドしましたが、ガラス繊維強化材でもオーバーモールドしました。 ROBINを使用すると、市場に出回っている任意の熱可塑性材料で製造できます。」

後者は、Anybridが顧客のテストを支援する理由です。 「材料が互いに結合するかどうかわからない顧客を獲得します」とStegelmann氏は述べています。 「私たちは彼らにいくつかの資料を送ってもらい、それから私たちはテストするためにいくつかの小さくて単純な構造を作ります。補強リブ用の小さな金型があり、さまざまなプレートに金型を射出できます。たとえば、お客様から複合プレートのサンプルが送られてきた場合、射出成形材料を使用してこれらのプレートにオーバーモールドすることができます。これが最初のステップであり、さまざまな材料の結合挙動の実現可能性調査を行います。その後、いくつかの分析を行い、最適化のための提案を提供できます。」

潜在的なアプリケーション

「私たちはまだアプリケーションを模索していますが、最初はパイプとプロファイルを使用しています」とStegelmann氏は言います。 「私たちのアイデアの1つは、さまざまな構造をこれらの連続した、潜在的に非常に長い形状に順次導入することです」とStegelmann氏は言います。 「したがって、要素はパイプに直接適用できます。このような概念は、軸方向接続システムと形状適合歯車を統合するために、INOMETAとHerone（ドレスデン、ドイツ）によってすでに使用されています。これは、さまざまな剛性の強化が必要で、アタッチメントなどの機能を追加したい航空業界でも興味深いかもしれません。また、たとえば、ストリンガーやフレームがある場合もありますが、長さにはさまざまなバリエーションがあります。私たちのテクノロジーを使用すると、高レベルの自動化を維持し、機能している要素をパーツごとに変えることができます。」

「大きなコンポーネントにも可能性があります」とStegelmannは言います。 「ここ数年ILKで働いて、私たちは鋼、プラスチック、複合材料を使用して多くの異なるハイブリッドコンポーネントを開発しました。構造フレームとシャーシのオーバーモールドされたクリップは、組み立てに適していることがわかりました。また、電気自動車や水素システムへの移行に伴い、将来必要となる可能性のあるさまざまなコンポーネントに備えるために、組立ラインとプロセスを可能な限り柔軟にすることが重要であると考えています。 ROBINを使用すると、たとえば、アセンブリだけでなく、構造の剛性についても、ローカルの拡張を簡単に調整できます。ただし、この機能を自動車や航空宇宙だけにとどまらずに拡張したいと考えています。私たちのアイデアは、これを中小企業にとってより手頃な価格にし、他の分野や他のアプリケーションでこのハイブリッド技術を少量で利用できるようにすることでした。」