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Qualität schon im Spritzgusswerkzeug erkennen

Qualität/Kunststoffverarbeitung
Über Sensoren lässt sich im Spritzgussprozess die Bauteilqualität vorhersagen

spritzguss sensoren Kistler sartorius
Eine Pipette für das Flüssigkeitshandling im Labor besteht aus vielen Kunststoffteilen. Die Halterung war das erste Teil, bei dem Sartorius bei der Herstellung in Helsinki die Prozessüberwachung genutzt hat (Bild: Kistler Gruppe)
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Um die Qualität von Kunststoffteilen für Pipettensysteme präzise zu kontrollieren, setzt ein Hersteller von Labor- und Pharmaprodukten in Helsinki auf ein Prozessüberwachungs- und Regelungssystem. Es erlaubt, die Bauteilqualität im Spritzgussprozess vorherzusagen – als Basis für intelligente Überwachung.

Suzanne Graeser Bieri
Kistler Instrumente, Winterthur/Schweiz

Für Produkte, die in der Forschung oder im Gesundheitsbereich eingesetzt werden, gelten hohe Anforderungen an die Qualität. Um diese zu erfüllen, lohnt es sich, schon in der Spritzgussmaschine anzusetzen. Erfahrungen mit einer solchen Prozessüberwachung hat die Sartorius AG an ihrem Standort in Helsinki gemacht, wo Kunststoffteile für Pipetten hergestellt werden.

Inhaltsverzeichnis

1. Sensoren liefern die Daten zu den Prozessparametern
2. Vorhersage-Tool und Software führen zum Versuchsplan
3. Mitarbeiter kommen auch ohne lange Erfahrung damit zurecht
4. Über Sartorius

Sensoren liefern die Daten zu den Prozessparametern

Tomi Villilä ist in der finnischen Hauptstadt als Development Manager Injection Molding verantwortlich für die Qualität der Spritzgussprozesse bei Sartorius. Bis zu 50 verschiedene Teile für Pipetten werden dort hergestellt und die Prozesse dafür weiterentwickelt. Villilä und sein Team nutzen seit Kurzem in ihren Werkzeugen das Prozessüberwachungssystem Como Neo der Kistler Instrumente AG aus Winterthur in der Schweiz. Es ist mit der Funktion Como Neo Predict ausgestattet. Diese Online-Qualitätsprognose erlaubt eine Vorhersage der Bauteilqualität schon während des Spritzgussprozesses. Die Vorhersage basiert auf einer Vielzahl von Prozessparametern, die das System erlernt, ebenso wie die dazugehörigen bauteilspezifischen Qualitätskriterien.

Miniatursensoren von Kistler mit Einheitsempfindlichkeit

Mit Werkzeuginnendrucksensorik des Schweizer Anbieters ist Villilä seit mehr als zehn Jahren vertraut. Dennoch haben er und sein Team mit einem eher unkritischen Bauteil – einer Halterung – begonnen. Im ersten Schritt ging es darum, das System zu verstehen, die Nutzung einzuüben, aber auch schon den Prozess zu verbessern. Die Ergebnisse waren innerhalb kurzer Zeit so gut, dass Villilä plant, „im nächsten Schritt sechs bis acht weitere Einheiten von Como Neo für andere, kritische Komponenten einzusetzen.“

Vorhersage-Tool und Software führen zum Versuchsplan

Das Vorhersage-Tool Como Neo Predict eignet sich besonders für Prozesse mit sehr hohen Qualitätsanforderungen. Mit Hilfe der zugehören Software Stasa QC lässt sich zunächst ein Versuchsplan erstellen, das Design of Experiment (DoE), der sämtliche Parameter zur Prozessfindung beinhaltet. Dabei geht es zum Beispiel um folgende Fragen:

  • Welche Abmessungen sollen erreicht werden?
  • Wie muss man die Maschine dafür einstellen?
  • Lässt sich gegebenenfalls die Zykluszeit reduzieren?

Auf solche und weitere Fragen geben Stasa QC und das Prozessüberwachungstool konkrete Antworten. Der Versuchsplan kann am PC erstellt und später in Como Neo digital umgesetzt werden.

Kistler-Drucksensoren im Werkzeug reduzieren den Ausschuss

Die im Werkzeug verbaute Sensorik von Kistler liefert die Basis für eine transparente Prozessführung für alle stofflichen und formteilspezifischen Bauteilattribute. Aus ihnen lässt sich gewissermaßen der Fingerabdruck des Bauteiles erstellen. Auf Basis des gemessenen Werkzeuginnendrucks und der dazu gemessenen spezifischen Bauteileigenschaften kann das System schon während des Spritzprozesses die Bauteilqualität vorhersagen – was wiederum heißt, dass sich der Prozess ohne zeitaufwendige Qualitätsmessung intelligent optimieren lässt.

Mitarbeiter kommen auch ohne lange Erfahrung damit zurecht

Innerhalb von zwei oder drei Tagen hatte Sartorius so den Versuchsplan für die Halterung eingerichtet, mit Stasa QC und mit Como Neo Predict optimiert. Anhand der spritzgussspezifischen Modellbildung lieferte das System sehr genaue Ergebnisse. Da viele Maschinenparameter erfasst werden, lassen sich die Grenzen des Spritzgussprozesses mit den Bauteileigenschaften nachvollziehen. „Damit kommen auch Kollegen ohne jahrelange Erfahrung in kurzer Zeit zu hervorragenden Ergebnissen“, sagt Villilä und ist begeistert.

Auf Basis der erstellten Vorhersagemodelle lassen sich nun Schlechtteile signifikant reduzieren und auf Wunsch automatisch separieren. Auch sonst wurde der Fokus auf einfache Bedienung und Integration gelegt: „Das System ist wirklich einfach zu handhaben, fast wie ein Smartphone“, erklärt Villilä. Nach fünf oder zehn Minuten habe man verstanden, wie es funktioniert. Auch das Aufsetzen eines DoE sei mit der Software kein Problem. „Im Vergleich zu anderen Programmen muss man kein Mathematiker sein, um das Ganze zu verstehen. Hat man den DoE erstellt, kann man ihn einfach in Como Neo hochladen und bekommt bereits in der Testphase genaues Feedback für die Prozessoptimierung“, erklärt der Development Manager Injection Molding.

Für die Zukunft hat er große Pläne: „Ich bin mir sicher, dass die mit Como Neo erzielbaren Vorteile auch für andere Einheiten von Sartorius interessant sind.“ Das System sei sehr flexibel. Daher würde er am liebsten zukünftig alle technischen Teile von Sartorius, die eine hohe Genauigkeit erfordern, mit dem Kistler-System produzieren.

www.kistler.com


Über Sartorius

Die Sartorius AG stellt Labor- und Pharmaprodukte her. Der 1870 gegründete, börsennotierte Konzern mit Hauptsitz in Göttingen ist weltweit aktiv und versorgt Labors und Forschungseinrichtungen mit spezialisierter Ausrüstung wie etwa hochgenauen Waagen, Filtereinheiten oder Zentrifugen. Das Sartorius-Segment Liquid Handling ist im europäischen Norden angesiedelt: In Helsinki werden mechanische und elektronische Pipettensysteme entwickelt und etwa sechs Millionen Einzelteile im Jahr dafür hergestellt. An einem weiteren finnischen Standort fertigt das Unternehmen Pipettenspitzen in sehr hohen Stückzahlen von über 600 Millionen pro Jahr.

www.sartorius.com


Kontakt zum Hersteller der Prozessüberwachungssysteme:

Kistler Gruppe
Eulachstrasse 22
CH – 8408 Winterthur
Tel.: +41 52 224 11 11
E-Mail: info@kistler.com
Website: www.kistler.com

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