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Optimización del proceso de inyección mediante la monitorizacion en línea del material Un mayor control en la calidad en línea de las piezas de plásco inyectadas mediante un sistema innovador resulta clave para el aumento de la compevidad de los moldistas de pláscos.
El consorcio del proyecto OPTIJECT durante la reunión de lanzamiento del mismo en enero 2011
Autores: Elodie Bugnicourt1, Vanesa Ruiz 1, Oana Ghita2, Raquel Ventura3
Resumen El moldeo por inyección es un proceso complejo. Las propiedades de las piezas producidas dependen directamente de la calidad de las materias primas
suministradas y de multud de variables del proceso como la temperatura, presión y velocidad, entre otras. ot ras. El proyecto OPTIJECT sienta sus bases en la posibi lidad de usar sondas espectroscópicas en máquinas de inyección para monitorizar los parámetros del material así como las condiciones de procesado. Este
control en empo real ene benecios signicavos para los moldeadores en términos de calidad, mayor rendimiento y reducción de costes.
1
Innovació i Recerca Industrial i Sostenible (IRIS), Parc Mediterrani de la Tecnologia- Castelldefels, Spain 2 School of Engineering, Compung and Mathemacs, University of ExeExeter, North Park Road, Exeter, Devon EX4 4QF, UK 3 Fundacio privada ASCAMM, Avenida Universitat Autonoma , Parc Tec nologic Del Valles 23, Cerdanyola Del Valles, 08290, Spain
Abstract Injecon moulding is a complex process. The properes of the produced parts are directly dependent on the quality of supplied raw materials and process variables including temperature, pressure and speed, among others. OPTIJECT project is based on the feasibility of using spectroscopic probes in injecon moulding machines for monitoring material parameters but also processing condions. This real me control holds signicant benets for injecon moulders in terms of improved quality, higher producvity and cost reducons. Key words: Injecon moulding, plascs converng,
Palabras clave: inyección, procesado de termoplás-
spectroscopy, in-line process monitoring, real me
cos, espectroscopia, monitorización de procesos en línea, control de materiales en empo real
materials control
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De una forma u otra nos encontramos rodeados de productos de pláscos en diferentes ámbitos de nues-
tro día a día: juguetes, utensilios de cocina, botellas, cajas, partes de coche, tapones de botellas, etc. Aproximadamente, el 30 % de los productos de plás cos se producen por medio de un proceso de inyec ción. La complejidad del mismo, hace que el ajuste y monitorización de los disntos parámetros de control tales como temperatura, humedad, color y velocidad de inyección, así como los parámetros del material sea
vital. Sin embargo, como se puede prever, esto no está exento de dicultades. En la actualidad, la mayoría de los esfuerzos para evitar defectos o imperfecciones van encaminados al control de calidad de las partes después de inyectarlas, sin que exista información alguna en empo real durante el proceso, lo cual genera substanciosas pérdidas económicas como consecuen cia de la gran candad de piezas defectuosas genera das. Una tecnología que permita a los moldistas moni torizar y controlar el proceso de inyección en empo real, reportará presumiblemente importantes benecios como consecuencia de un aumento en la produc-
vidad asociada a la reducción de costes, mejora del control de calidad, salud y seguridad. Movidos por este objevo común, cinco PYMES y tres centros de inves gación de la unión europea se han unido para desarrollar un sistema de espectroscopia de infrarrojo cercano
(NIR, near infrared) con el objevo de monitorizar y controlar el proceso de inyección en línea. Este proyec-
to, cuyo nombre es OPTIJECT, ene una duración de 2 años y está nanciado por el 7º Programa Marco de la Comisión Europea (subvención 262623) y coordinado por Innovació i Recerca Industrial i Sostenible (IRIS), empresa española de invesgación. Los centros de in vesgación IRIS, Universidad de Exeter (Reino Unido) y la Fundació Privada Ascamm (España) trabajarán conjuntamente con las PYMES Opm Test Centre SA (Bélgica), Microsystem (Reino Unido), FOS Messtech nik GmbH (Alemania), Cronoplast S.L. (España), y LNL Technology Ltd. (Turquía).
Figura 1 - Espectros de NIR para polipropileno (PP) inyectado con diferentes concentraciones de colorante líquido azul
1998) durante la extrusión y la inyección de polímeros. Por ejemplo, en términos de detección de color, Ghita y colaboradores publicaron en el año 2008 el efecto que la candad de color añadido ene en el espectro de NIR, de manera que un aumento de intensidad de
color en la mezcla (azul en este caso) se reeja en un aumento en la señal global del espectro, junto con una distorsión de línea de base y una dispersión o solapado de algunos picos (Figura 1). El modelo pro puesto por Ghita et.al. cubre 14 concentraciones de color diferentes, con tres espectros para cada mezcla.
La Figura 2 enseña la correlación entre los valores de concentración verdadera controlada por el sistema de dosicación de color, y las concentraciones previstas calculadas a parr de los espectros de NIR. Así, gracias a una calibración preliminar, es posible monitorizar la concentración de color con una excelente precisión y predecir si las caracteríscas de las piezas inyectadas
La industria europea de moldistas e inyectadores genera unos benecios anuales de aproximadamente 150 billones de euros y emplea a 1,5 millones de personas. No obstante, la mano de obra barata ofertada por muchos países, ejerce una presión extra sobre las PYMES de esta industria. Con el objevo de mantener su compevidad, los moldistas europeos buscan con stantemente nuevas formas de desarrollar productos más complejos y con más funcionalidades, reducien-
do, al mismo empo, costes y empo de desarrollo. La espectroscopia de infrarrojo cercano (NIR) se ha u lizado previamente para monitorizar la degradación, el color, el contenido de humedad (Fornes et al, 2003; Du mitrescu et al, 2005), la concentración de relleno (San-
tos et al, 1998; Reis et al, 2003) y las proporciones de mezclas de polímeros (Fischer et al, 1997; Rohe et al,
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Figura 2- Validación cruzada entre las concentraciones de color previstas y reales (mediciones en línea)
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Figura 3- Esquema del sistema OPTIJECT
van a estar dentro de las especicaciones deseadas. El mismo principio se puede aplicar a una gran variedad de parámetros de material y del proceso.
La tecnología OPTIJECT (esquema de la misma en la Figura 3) está basada en una invesgación previa lle vada a cabo por uno de los socios, la Universidad de Exeter, en técnicas espectroscópicas de caracterización de diferentes pos de pláscos y adivos, así como cambios de color, humedad u otros parámetros. Esto se lleva a cabo mediante la ubicación de sensores en el ujo de material dentro del usillo de la máquina lográndose así una monitorización en línea del proceso de inyección.
El sistema OPTIJECT perfecciona estos intentos previos de monitorización, ya que permite medir parámetros
crícos del proceso de inyección en empo real, tales como la velocidad del ujo, la presión, la temperatura así como los parámetros del material con el objevo de poder predecir la calidad de las piezas de plásco inyectadas. Se espera que el uso del sistema OPTIJECT permita reducir el material de desecho y aumentar la produc -
vidad global al menos un 15% y reduzca los costes de control de calidad al menos un 10%.
Los centros de invesgación involucrados en OPTIJECT están diseñando y construyendo un protopo que será validado en condiciones industriales en máquinas de inyección (de varias marcas y varios tamaños) para evaluar si su uso resulta en una mejora integrada de la gesón del proceso de inyección y de la calidad de las piezas producidas. Por ejemplo, el nuevo sistema de monitorización se instalará en máquinas de inyección
de la empresa española parcipante CRONOPLAST, fabricante de máquinas de mini inyección de la marca Babyplast (Figura 4). El desarrollo del sistema OPTIJECT permite cubrir un hueco de mercado importante ya que no existen, has ta la fecha, técnicas de monitorización en línea para el proceso de inyección que permitan un control en empo real en función de las propiedades del mate -
rial. De hecho, el ajuste de las máquinas de inyección se basa hoy en día en el criterio del operador y en los controles de calidad del producto nal, por lo que re sulta imposible tomar acciones correcvas en empo real, resultando en un porcentaje de piezas defectuosas bastante signicavo en la producción por inyec-
ción de pláscos.
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El consorcio espera poner el sistema OPTIJECT al al-
cance de las PYMES para operar en el sector con una tecnología asequible basada propiedades cuanca bles, lo cual les ayudará a ser más compevos.
Para más información del proyecto, visiten: www.opject.eu o sobre las acvidades de IRIS, visiten www.iris.cat o contáctenos (
[email protected]).
El proyecto OPTIJECT se inició en enero de 2011. El con-
sorcio de invesgación involucrado en su desarrollo se encuentra representado en la fotograa siguiente:
Figura 4- Máquina Babyplast de mini-inyección donde se validará el sistema OPTIJECT
Referencias
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