Moldes inteligentes: ¿qué tan cerca estamos?

El monitoreo de información dentro del molde de inyección, junto con la sincronización de movimientos, control de llenado y optimización de los sistemas de atemperamiento, abren nuevas oportunidades.

Desde la pasada Feria K es claro que muchas de las innovaciones tecnológicas en el sector del plástico están orientadas a ofrecer soluciones de Industria 4.0. En inyección, particularmente, los principales proveedores de maquinaria han hecho un gran énfasis en demostrar qué es posible hacer, desde el punto de vista de proceso, para mejorar la productividad, eficiencia energética y calidad en las piezas moldeadas.

Sin embargo, hay una parte fundamental que aparentemente queda a la deriva en esta ecuación: el molde de inyección. Todos los grandes adelantos en sistemas de control se están dando desde la boquilla hacia atrás, y la comunicación entre el molde y la máquina de inyección no se está explotando en su totalidad.

El molde de inyección cumple cuatro tareas principales: recibir y distribuir el plástico fundido, dar la forma al componente, enfriar el producto y expulsar. En cada una de estas cuatro tareas hay un potencial de optimización, a través del control y la comunicación.

En este artí­culo evaluamos algunos ejemplos de comunicación entre el molde y la máquina, que permiten ahorrar de manera eficiente en el tiempo de ciclo.

Superponer funciones en el molde ahorra hasta 20% de ciclo

Durante la pasada Feria K, Husky presentó su tecnologí­a HyperSync, un sistema altamente integrado y de alto desempeño para fabricar tapas de aplicaciones de empaques. La compañí­a busca transportar la excelencia adquirida en el diseño de sus sistemas de preformas de PET a la manufactura de productos de envases.

El HyperSync es, básicamente, un sistema donde molde, máquina, canal caliente y periféricos se sincronizan para trabajar juntos. Combinando funcionalidades inteligentes y capacidad de networking, que se caracterizan por tener conectividad del nivel Industria 4.0, la sincronización aumentada entre molde y máquina permite tener tiempos de ciclos más rápidos con un costo total de producto menor, sin impactar la calidad del producto.

El sistema eIMC, in mold closing, viene con la tecnologí­a HyperSync. Esta tecnologí­a servo-impulsada permite la superposición de funciones del molde, de manera segura. De esta forma se pueden suministrar un cerrado preciso y seguro de las tapas flip-top cuando aún se encuentran en la posición caliente. La velocidad de cerrado es controlada de manera cuidadosa, de forma tal que se pueden ejecutar rápidamente los movimientos de cerrado con precisión. Esto asegura que exista la velocidad de cerrado más rápida posible, a la vez que se mantiene la fuerza ideal requerida y se asegura una calidad de pieza óptima. De acuerdo con Husky, el uso de la tecnologí­a eIMC provee hasta un 20% de incremento en productividad, logrando en aplicaciones de empaque hasta dos segundos de ahorro por ciclo, dependiendo de la aplicación.

Control inteligente del atemperamiento

Aproximadamente el 60% de los rechazos en piezas inyectadas se producen por fallas en el atemperamiento. Para enfrentar esta problemática, Engel ha trabajado en el desarrollo de tecnologí­as de control y regulación, donde máquina y atemperamiento se comunican para regular flujos y temperaturas.

En 2010, la empresa lanzó un distribuidor de agua de atemperamiento electrónico, bajo la marca flomo. Este sistema reemplaza las baterí­as de agua de enfriamiento, a la vez que controla y documenta circuitos de enfriamiento y atemperamiento en los moldes de inyección. Tanto el caudal como la diferencia de temperatura se pueden controlar de manera automática.

En la pasada K, Engel presentó el software de control iQ flow, donde el e-flomo y el atemperador se unen en un solo sistema de control. La velocidad de rotación en la bomba se puede ajustar al requerimiento real de caudal. El sistema e-flomo aumenta la estabilidad del proceso y reduce el riesgo de partes defectuosas, y el control de la velocidad de rotación permite ahorrar el consumo energético del sistema de atemperamiento.

Entender la presión dentro del molde permite corregir problemas de calidad

RJG Inc. fue una de las primeras empresas que empezó a utilizar mediciones dentro del molde para optimizar el proceso, incluso desde finales de la década de 1980, mucho antes de que la tendencia de Industria 4.0 empezara siquiera a perfilarse.

RJG es proveedor de entrenamiento, consultorí­a y equipos de monitoreo de proceso para moldeo por inyección. Entre los servicios que provee está el entrenamiento de personal de planta en moldeo sistemático y la instalación de sistemas de sensores dentro del molde, monitoreados a través de una interfaz conectada a la inyectora, en un sistema comercializado como e-Dart.

De acuerdo con Scott Van Hoven, director de ventas para América de RJG, “ciertamente podemos hablar hoy en dí­a de moldes inteligentes. Con la velocidad de la información y la posibilidad de almacenar datos en la nube, estamos cada vez más cerca de llegar al escenario de tener ‘moldes inteligentes’. Lo que buscamos es tener datos disponibles para cualquier persona en cualquier momento, para que entiendan cómo sus partes y productos están siendo manufacturados. Y el siguiente paso es poder utilizar esta información para hacer cambios al producto. A medida que los datos se hacen más disponibles a través de la Industria 4.0 y la nube, RJG y otras empresas estamos haciendo uso de los datos en una forma automatizada”. Según Van Hoven, las oportunidades son prácticamente ilimitadas en este punto, pero los moldes inteligentes parecen ser un escenario cada vez más cercano gracias a la disponibilidad de información entrecruzada y a la disponibilidad de compartir información a través de Internet.

La estrategia de RJG es monitorear lo que ocurre dentro del molde. “De esta forma es posible tener una historia de cómo la pieza fue fabricada, no solamente desde el punto de vista de la máquina”, afirma Van Hoven. El uso de sensores dentro del molde permite entender qué le pasó en realidad al plástico cuando entró dentro de la cavidad, qué diferencia hubo entre disparos. “Al mirar qué ocurre disparo a disparo es posible correlacionarlo con la calidad de las piezas y encontrar el origen de posibles variaciones”, añade. Entre las variables que controla RJG se cuentan temperaturas, presiones y flujos de materia prima.

“El uso de sensores dentro del molde ha crecido rápidamente en Estados Unidos durante los últimos cinco a 10 años. Se está volviendo mucho más común. La habilidad de controlar presión dentro de la cavidad puede ser muy valiosa en piezas crí­ticas. No se trata solo de controlar, sino más bien de entender qué presión se tiene dentro de la cavidad desde el punto de vista del monitoreo, porque lo que pase en la cavidad se queda dentro del producto. No importa cómo se comporta la máquina, entre más consistente la presión dentro del molde, más consistente va a ser la calidad de las piezas que les entregas a tus clientes”, explica el directivo.

El uso del sistema e-Dart permite fijar rangos de alarmas alrededor de piezas crí­ticas y, una vez se dispara esa alarma, el sistema automáticamente expulsa la pieza no conforme, sin necesidad de que haya una persona pendiente de inspeccionar cada producto en particular. En muchos casos, donde los clientes tienen problemas entregando piezas incompletas, instrumentar el molde permite verificar que todas las piezas estén efectivamente llenas y no se entreguen piezas con llenados incompletos. Una de las primeras ventajas es la reducción del riesgo de entregar piezas fuera de especificaciones a los clientes, evitando que devuelvan lotes por piezas no conformes.

Estabilidad en la distribución del material

El llenado de las cavidades del molde de inyección depende de la viscosidad del material a llenar. Sin embargo, esta viscosidad se ve afectada por factores como la cantidad de material recuperado que se incorpora en la mezcla, cambios en la fluidez inducidos por modificaciones de material en variaciones de lote e incluso factores del medio ambiente, como la temperatura o la humedad.

La tecnologí­a de APC Plus de Krauss Maffei , sigla para “Adaptive Process Control” (Control de Proceso Adaptativo), reconoce variaciones de proceso y toma decisiones de forma autónoma para corregir dichas variaciones. El usuario selecciona el material con el que está trabajando en una pantalla de control y la máquina estará en la capacidad de reaccionar especí­ficamente hacia el material que se va a corregir, particularmente en la fase de post-presión.

Para reaccionar de manera más precisa, el APC plus considera la compresibilidad del fundido dependiendo de la presión de la masa. La compresibilidad da una medida de cuánto fundido entrará realmente en la máquina. Adicionalmente, el cierre de la válvula en la boquilla de dosificación de la inyectora puede ajustarse a través de un algoritmo optimizado para encontrar de forma automática el punto de conmutación óptimo.

Artí­culo proveniente de la revista impresa con el código TP3204-inyeccion.