기능화된 복합 재료를 위한 로봇 사출 성형

Anybrid GmbH(독일 드레스덴)는 드레스덴 공과대학의 ILK(Institute for Lightweight Engineering and Polymer Technology)에서 분사한 회사입니다. ILK는 강화 폴리머 복합 재료에 중점을 둔 새로운 경량 기술을 개발하기 위해 업계와 협력합니다. Anybrid의 최고 상업 책임자인 Michael Stegelmann은 "우리는 2년 전에 하이브리드 구성 요소를 생산하기 위해 이 로봇 사출 성형기를 개발했습니다. 하이브리드 구성 요소는 복합 튜브 또는 금속 전기 자동차 섀시와 같은 구조를 사출 성형 플라스틱으로 기능화하여 국소 부착 지점, 보강 리브 등을 만드는 것을 말합니다.

오버몰딩 또는 하이브리드 사출 성형이라고 하는 이 프로세스는 지난 5-6년 동안 많은 관심을 받았지만 사출 장치가 부착된 성형 프레스의 강철 주형인 보다 전통적인 형태입니다. Anybrid는 위 이미지와 아래 비디오에서 Kuka 로봇에 표시된 빨간색과 검은색 C자형 엔드 이펙터로 이 설정을 본질적으로 소형화했습니다. 그 결과는 혁신적이어서 인발 또는 압출물이 성형 다이에서 나올 때 오버몰딩되거나 조립 라인을 따라 이동할 때 기능화될 대형 구조물이 가능합니다.

로빈

ROBIN은 "로봇화된 사출 성형"의 약자로 2019년 독일 뒤셀도르프에서 열린 K 쇼에서 처음 선보였습니다. "우리는 작년에 회사를 설립했고 지금은 장비를 사용하여 파일럿 생산 라인을 구축하기 위해 고객과 협력하고 있습니다."라고 Stegelmann은 말합니다. 그는 이 개념이 작은 사출 장치와 신속하게 교체할 수 있는 작고 저렴한 성형 도구를 사용하여 사출 성형기의 질량을 줄이는 것이라고 설명합니다.

"ROBIN 엔드 이펙터는 탄소 섬유 합성물로 만든 C-프레임으로 구성되어 있으며 외부에서 알루미늄 프레임을 볼 수 있습니다."라고 Stegelmann이 설명합니다. "프레임에는 사출 성형 중 금형의 위쪽에서 아래쪽으로 가져오는 최대 12톤의 하중을 처리하는 경량 잠금 시스템이 포함되어 있습니다." ROBIN은 또한 대형 구조물을 가로질러 1미터 캔틸레버까지 손을 뻗을 수 있습니다. "이것이 바로 탄소 섬유와 경량 소재를 올바른 방식으로 사용하는 ILK 내 노하우입니다."

사출 성형에 대한 전통적인 접근 방식에는 대형 프레스와 고가의 성형 도구가 필요합니다. 따라서 대량 생산/대량 생산에 국한되었습니다. 대조적으로, ROBIN은 더 큰 구성요소에서 소규모 시리즈 또는 여러 개의 서로 다른 몰딩을 제조할 수 있습니다. "원칙은 우리가 거의 모든 복합 재료 또는 구조를 기능화할 수 있는 기계에 유연성이 있다는 것입니다."라고 Stegelmann은 말합니다.

"우리는 비용을 줄이기 위해 금형의 크기를 최소화하려고 노력하므로 금형을 만드는 데 몇 천 유로만 있으면 됩니다."라고 Stegelmann은 설명합니다. “작은 금형 영역만 변경하면 되므로 통합된 빠른 교체 시스템이 가능합니다. 예를 들어, 신속하게 금형을 변경하고 라인의 서로 다른 두 면에서 다른 부품을 수행할 수 있는 조립 라인이 있다고 가정합니다. 2개의 로빈 시스템 또는 1개의 로빈 시스템을 사용하여 신속하게 금형을 변경할 수 있습니다. 따라서 유연성이 뛰어납니다.”

이러한 크기 감소는 오버몰딩될 수 있는 영역을 제한합니다. "현재 우리는 주입 샷을 위해 50-60g으로 제한되어 있습니다."라고 Stegelmann은 말합니다. “저희는 무게가 140kg에 불과한 ROBIN을 개발하여 더 작고 저렴한 자동화를 사용할 수 있습니다. 우리는 지금 파이프와 프로파일을 기능화하고 더 큰 구조물에 더 작은 요소를 추가하는 데 집중하고 있습니다.”

오버몰딩에서 우수한 접착력 달성

Stegelmann은 Anybrid의 4명의 공동 창립자를 언급하며 "이것이 실제로 우리의 배경입니다."라고 말합니다. “우리는 지난 10년 또는 15년 동안 다양한 재료를 결합하고 올바른 결합을 찾는 많은 프로젝트에서 이 작업을 수행했습니다. 저는 압출 공정에 대해 박사 학위를 받았으며 다른 재료를 결합할 때 항상 도전적이었습니다. 특히 플라스틱 또는 강화 플라스틱을 금속에 접착할 때 표면 구조를 변경하려면 플라즈마 처리 또는 레이저 처리와 같은 접착을 위한 추가 준비가 항상 필요합니다. 사출 성형 재료와 기질의 폴리머 매트릭스를 일치시킬 수 있기 때문에 복합 재료는 조금 더 쉽습니다."

예를 들어, 아래에 표시된 오버몰딩된 튜브에서 Mitsui Chemicals Europe(독일 뒤셀도르프)은 탄소 섬유 강화 폴리프로필렌(PP) 단방향(UD) 테이프를 공급했으며 INOMETA(독일 Herford)는 이를 사용하여 복합 튜브를 생산했습니다. 오버몰드. "기능화는 파이프가 만들어지는 것과 동일한 재료였습니다."라고 Stegelmann은 말합니다. “우리는 비강화 및 탄소 섬유 강화 PP 재료와 유리 섬유 강화 재료로 오버몰딩했습니다. ROBIN을 사용하면 시중에 나와 있는 모든 열가소성 재료로 제조할 수 있습니다.”

후자가 Anybrid가 고객의 테스트를 지원하는 이유입니다. "우리는 재료가 서로 접착될지 확신하지 못하는 고객을 얻습니다."라고 Stegelmann은 말합니다. “우리는 그들에게 재료를 보내달라고 요청한 다음 테스트할 작고 간단한 구조를 만듭니다. 다른 판에 사출 성형할 수 있는 보강 리브용 작은 금형이 있습니다. 예를 들어, 고객이 일부 복합 판재의 샘플을 보내면 사출 성형 재료로 이를 오버몰딩할 수 있습니다. 그것이 첫 번째 단계로 서로 다른 재료의 결합 거동에 대한 타당성 연구를 진행합니다. 그 후에 몇 가지 분석을 수행하고 최적화를 위한 제안을 제공할 수 있습니다.”

잠재적 애플리케이션

"우리는 여전히 응용 프로그램을 탐색하고 있지만 처음에는 파이프와 프로파일로 작업하고 있습니다."라고 Stegelmann은 말합니다. "우리의 아이디어 중 하나는 이러한 연속적이고 잠재적으로 매우 긴 모양에 서로 다른 구조를 순차적으로 가져오는 것입니다."라고 Stegelmann은 말합니다. “따라서 요소를 파이프에 직접 적용할 수 있습니다. 이러한 개념은 이미 INOMETA와 Herone(독일 드레스덴)에서 축 연결 시스템과 형태 맞춤 기어를 통합하는 데 사용하고 있습니다. 이는 다양한 강성 향상이 필요하고 부착물과 같은 기능을 추가하려는 항공 산업에서도 흥미로울 수 있습니다. 또한 예를 들어 스트링거 또는 프레임이 있을 수 있지만 길이는 다양합니다. 우리 기술을 사용하면 높은 수준의 자동화를 유지하고 기능화하는 요소를 한 부분에서 다음 부분으로 변경할 가능성이 있습니다.”

"대형 부품에도 가능성이 있습니다."라고 Stegelmann은 말합니다. “지난 몇 년 동안 ILK에서 일하면서 우리는 강철, 플라스틱 및 복합 재료를 사용하여 다양한 하이브리드 구성 요소를 개발했습니다. 구조 프레임과 섀시의 오버몰딩된 클립이 조립에 적합하다는 것을 알 수 있었습니다. 그리고 전기 자동차와 수소 시스템으로 이동함에 따라 조립 라인과 프로세스를 가능한 한 유연하게 만들고 미래에 필요할 수 있는 다양한 구성 요소를 준비하는 것이 중요하다는 것을 알게 되었습니다. 예를 들어, ROBIN을 사용하면 어셈블리뿐만 아니라 구조의 강성에 대한 로컬 향상을 쉽게 조정할 수 있습니다. 그러나 우리는 이 기능을 자동차 및 항공우주 분야 이상으로 확장하고자 합니다. 우리의 아이디어는 소규모 기업에서 이를 보다 저렴하게 만들고 다른 분야 및 기타 응용 분야에서 이 하이브리드 기술을 소량으로 사용할 수 있도록 하는 것이었습니다."