Applicazioni
Le macchine a iniezione elettriche utilizzano motori elettrici a controllo diretto per muovere i principali assi, sostituendo completamente l’oleodinamica. Offrono precisione, efficienza energetica e silenziosità, caratteristiche che le rendono ideali per applicazioni in settori ad alta tecnologia come medicale, elettronica e microcomponenti. L’assenza di olio riduce manutenzione e rischio di contaminazione, garantendo ambienti di produzione più puliti.
Esigenze:
Asservimento del granulo
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Gestione degli Hot Runner
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Termoregolazione del Barrel
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Controllo del processo di stampaggio
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Forza di iniezione
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Misura della pressione di iniezione presso l’ugello
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Deformazione delle colonne
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Deformazione del piano di reazione
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Valorizzazione dei dati di produzione
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Esigenza:
Asservimento del granulo
Prima della fase di iniezione, i pellet plastici devono essere riscaldati e deumidificati per eliminare l’umidità residua. In caso contrario, durante la stampa si possono formare delle bolle all’interno del manufatto che ne compromettono sia l’estetica che la funzionalità.
Inoltre, se i granuli sono umidi rischiano di danneggiare anche le resistenze del cilindro di estrusione aumentando di molto il rischio di fermi macchina imprevisti. Un controllo termico stabile è quindi fondamentale.
Soluzione:
L’utilizzo di gruppi statici intelligenti con controllo a rampa permette un riscaldamento progressivo dei granuli, evitando shock termici e garantendo la completa eliminazione dell’umidità. Il sistema di diagnostica integrato rileva eventuali rotture parziali del carico, migliorando l’affidabilità e riducendo i tempi di fermo macchina.
Esigenza:
Gestione degli Hot Runner
Il disegno dei canali di distribuzione del materiale nello stampo è spesso uno dei lavori più critici. È infatti fondamentale metterne il più possibile per cercare di ottenere una distribuzione il più uniforme nella forma, ma allo stesso tempo bisogna evitare di metterne troppi o troppo piccoli perché il materiale se si solidifica dentro è difficile riportarlo a stato di fuso. Per questo la gestione degli hot runner può venire incontro in molte situazioni di stampa, scaldando i canali interni allo stampo per mantenere il materiale in uno stato semi-liquido.
La tecnologia Gefran per il controllo termico degli hot-runner si basa su relè statici, regolatori PID e termocoppie.
- Ogni resistenza è gestita in anello chiuso tramite regolazione PID, integrata nel PLC o affidata a controllori multiloop dedicati come GFXTERMO4, che consente di mantenere la temperatura entro ±0,5 °C dal setpoint
- Il relè statico GRP-H, compatto e con dissipatore integrato, assicura un controllo preciso della corrente fino a 120 A. La comunicazione IO-Link permette poi di ridurre le schede I/O, grazie alla gestione integrata di comandi, allarmi e corrente assorbita
- Soluzione scalabile e compatibile con PID integrati nei PLC o su moduli remoti
Esigenza:
Termoregolazione del Barrel
Il cilindro riscaldante della macchina ad iniezione funziona come un estrusore per cui una corretta termoregolazione è fondamentale per ottenere un prodotto finito ottimale. La Termoregolazione è necessaria per garantire la stabilità termica del cilindro, affinché il sistema possa rispondere rapidamente alle variazioni di carico termico o di processo, evitando potenziali difetti e deformazione del polimero.
La tecnologia Gefran per il controllo termico si basa su relè statici, regolatori PID e termocoppie:
- Ogni resistenza è gestita in anello chiuso tramite regolazione PID, integrata nel PLC o affidata a controllori dedicati come il 1250, che consente di mantenere la temperatura del melt entro ±0,5 °C dal setpoint, garantendo viscosità costante e assenza di difetti superficiali o dimensionali
- Il relè statico GRP-H, compatto e con dissipatore integrato, assicura un controllo preciso della corrente fino a 120 A. La comunicazione IO-Link permette poi di ridurre le schede I/O, grazie alla gestione integrata di comandi, allarmi e corrente assorbita
La soluzione è scalabile e compatibile con PID integrati nei PLC o su moduli remoti. Funzioni di memorizzazione delle ricette e storicizzazione dei trend supportano cambi produzione rapidi e miglioramento continuo della qualità.
Esigenza:
Controllo del processo di stampaggio
Il processo di stampaggio ad iniezione richiede un bilanciamento corretto tra qualità obiettivo e velocità da derivare dal materiale che si utilizza per la stampa e dal disegno del pezzo da stampare. Il controllo del processo deve tenere in considerazione queste caratteristiche per muovere i diversi azionamenti elettrici o idraulici gestendo ricette complesse. Inoltre il PLC deve poter supportare variazioni rapide nei materiali, offrire diagnostica integrata e fornire una risposta rapida in caso di deviazioni.
Soluzione:
G-Mation è la piattaforma per il controllo completo, sincrono e integrato del processo di stampa ad iniezione. Il cuore del sistema è rappresentato dalla CPU G-Mation P6, affiancata dai moduli remoti G3 con comunicazione su bus EtherCAT. Il controllo termico è affidato a regolatori PID integrati, così come la gestione degli azionamenti, che non richiede l’impiego di gateway esterni. L’interfaccia utente è gestita tramite webserver integrato e visualizzata attraverso i pannelli browser G-Mation W55, che permettono la proiezione di dashboard personalizzabili.
Principali caratteristiche della Piattaforma:
- Template applicativi preconfigurati e customizzabili
- Tecnologia Docker per l’installazione di applicativi come dashboard IoT, manutenzione predittiva o integrazione con sistemi MES ed ERP
- Architettura aperta e predisposta per l’edge computing
Esigenza:
Forza di iniezione
Nelle macchine per stampaggio a iniezione elettriche, l’assenza del circuito idraulico rende impossibile il tradizionale monitoraggio della forza di iniezione tramite pressione dell’olio. Per questo motivo è necessario adottare soluzioni alternative, in grado di fornire lo stesso dato con elevata precisione. La forza di iniezione è infatti il parametro più critico del processo: dal suo controllo dipendono la qualità di riempimento dello stampo, l’assenza di difetti estetici e la costanza dimensionale del pezzo. La misura deve quindi essere estremamente accurata e posizionata nel punto più vicino possibile alla vite di iniezione, così da rilevare in tempo reale le variazioni di carico.
Soluzione:
La cella di carico a diaframma DLC è stata sviluppata da Gefran per le macchine di stampaggio a iniezione completamente elettriche:
- La sua struttura piatta ne consente l’integrazione diretta nell’unità di iniezione senza incrementare la lunghezza complessiva della macchina.
- È disponibile in versione amplificata o non amplificata, per adattarsi a diverse configurazioni di controllo.
- L’interfacciamento con il PLC permette di comandare con precisione i motori di iniezione, ottimizzando i profili di velocità e pressione.
Esigenza:
Misura della pressione di iniezione presso l’ugello
La regolazione della forza di iniezione nelle macchine elettriche rappresenta una delle principali criticità, poiché in assenza del circuito idraulico si rischia di applicare potenze non corrette: eccessive, con rischio di danneggiare lo stampo, oppure insufficienti, con conseguente riempimento incompleto. La sola cella di carico a diaframma installata dietro la vite non è sempre sufficiente, soprattutto in fase di avviamento macchina o di cambio stampo. Per garantire un controllo affidabile è fondamentale misurare direttamente la pressione di iniezione in prossimità dell’ugello, così da tarare in modo accurato i profili di iniezione e assicurare la ripetibilità del processo.
Soluzione:
Il sensore IN-4000 misura la pressione di iniezione in corrispondenza dell’ugello in una macchina di stampaggio:
- Consente la taratura iniziale della forza di iniezione, migliorando la precisione dei cicli successivi.
- È particolarmente indicato nei processi certificati ISO 9000, dove la ripetibilità e la tracciabilità dei parametri sono fondamentali.
- Il montaggio avviene magneticamente tramite un adattatore ugello, che protegge il sensore da danni meccanici.
- Una banda riscaldante mantiene il sensore fino a 230 °C, evitando la solidificazione della massa fusa nella camera di misura e consentendo prove multi-shot con differenti livelli di pressione.
Esigenza:
Deformazione delle colonne
La sola taratura della forza di chiusura dello stampo non sempre è sufficiente a garantire la qualità del processo. In molti casi le colonne non si tendono in modo uniforme, con il risultato che la forza si concentra su uno dei quattro angoli del piano. Questo squilibrio genera un’iniezione non omogenea che può produrre bave e difetti estetici, e nel tempo portare a usura o rottura delle colonne stesse.
Soluzione:
Gefran propone due approcci per monitorare la deformazione delle colonne:
- Monitoraggio continuo: sensori “lancia” come i modelli ML1018, installati in appositi fori delle colonne, rilevano la deformazione ad ogni ciclo di chiusura. In questo modo è possibile ottenere trend dettagliati e intervenire tempestivamente sul processo.
- Monitoraggio al cambio stampo: sensori magnetici QE2008, posizionabili direttamente sulle colonne, consentono verifiche rapide durante i cicli di prova a ogni cambio formato, senza necessità di installazione permanente.
Esigenza:
Deformazione del piano di reazione
Il piano di reazione viene ciclicamente impressa la forza necessaria per aprire e chiudere lo stampo: uno squilibrio della forza applicata durante la chiusura possono provocare difetti sul pezzo finito, stress meccanici sulle strutture o guasti prematuri. Un monitoraggio preciso della deformazione del piano spinto della forza idraulica consente di intervenire tempestivamente su eventuali squilibri, mantenendo alta la qualità del prodotto e migliorando la durabilità di macchina e stampo.
Il sensore di deformazione SL di Gefran rappresenta una soluzione ideale per il monitoraggio della forza di chiusura grazie alla semplicità di installazione: si monta direttamente sul retro del piano di reazione senza necessità di lavorazioni complesse. È disponibile nelle versioni SL-VAA e SL76-VDA, con amplificatore integrato e rispettiva uscita analogica o digitale, facilitando l’integrazione nei sistemi di controllo esistenti.
Progettato per applicazioni industriali caratterizzate da tempi ciclo molto rapidi, il sensore SL garantisce affidabilità e precisione anche in condizioni gravose.
- Amplificazione meccanica della deformazione tra le due aree di montaggio, con segnale stabile e ripetibile.
- Ottimale in modalità tensione, per monitoraggi accurati e reattivi.
- Struttura robusta in acciaio inox con grado di protezione IP54, resistente a urti, vibrazioni e contaminanti tipici dell’ambiente produttivo.
Esigenza:
Valorizzazione dei dati di produzione
Soluzione:
Il Principio di Funzionamento
I movimenti delle macchine ad iniezione con azionamento elettrico (chiusura, iniezione, estrazione e movimento del carro) è mosso da un motore elettrico brushless con trasmissione a vite. L’energia meccanica viene erogata solo quando richiesta, eliminando il consumo costante necessario invece nelle macchine idrauliche che necessitano di mantenimento costante del circuito in pressione. Il controllo avviene tramite encoder che garantiscono movimenti estremamente precisi e ripetibili. L’iniettore dosa il materiale fuso e lo introduce nello stampo con profili di velocità programmabili: si parte con una spinta veloce per riempire la cavità, per poi rallentare in prossimità del setpoint, così da ridurre tensioni interne e garantire qualità superficiale. La chiusura dello stampo è altrettanto controllata, con velocità modulata per avvicinarsi in sicurezza e forza di serraggio regolata elettronicamente. Questa architettura elimina i fluidi idraulici, riducendo rumore, vibrazioni e dispersioni termiche.
Esigenze e Tecnologia
Le macchine elettriche necessitano di controlli diversi rispetto alla tradizionale macchina idraulica. Le principali esigenze sono:
- La posizione del motore viene regolata tramite encoder, quindi, non c’è necessità di sensori di posizione, al contrario però il feedback della forza che si imprime non è facilmente derivabile in quanto non c’è pressione idraulica. Vengono utilizzate delle speciali celle di carico wireless a diaframma montate tra il motore e l’iniettore che monitorano la spinta del motore.
- Gestione della temperatura del cilindro e dello stampo, resa più critica dall’assenza di un circuito olio che possa fungere da dissipatore. I regolatori PID, i relè statici GRP-H e le termocoppie Gefran permettono un controllo fine, essenziale per produzioni ad alta precisione.
In generale, l’assenza di olio rappresenta un vantaggio significativo in termini di pulizia, ma rende meno controllabili i movimenti meccanici. Anche il gruppo chiusura è solitamente equipaggiato con un numero maggiore di sensori di deformazione rispetto a una pressa idraulica, così da prevenire rotture. Queste soluzioni consentono alle macchine elettriche di massimizzare produttività ed efficienza energetica, garantendo qualità e ripetibilità nei settori più esigenti.
Gefran offre una gamma completa di piattaforme di controllo, sensori di pressione e posizione e soluzioni modulari, facilmente integrabili in qualsiasi impianto, per garantire efficienza, sicurezza e qualità costante per il processo di stampa ad iniezione di manufatti in plastica o gomma.
