Wspólny cel: realizacja idei zrównoważonego rozwoju

Od branży motoryzacyjnej, poprzez lotniczą, aż po sektor mobilności miejskiej – eksperci i wizjonerzy dyskutowali na temat wyzwań, trendów oraz nowych szans rynkowych oraz możliwości technologicznych podczas ENGEL Mobility Days 2023, wspólnie z firmą KTM Technologies, odbywających się w połowie czerwca w Austrii. Dwudniowa impreza ze światowej klasy prelegentami i nowatorskimi eksponatami maszyn jest wydarzeniem networkingowym, powstałym z połączenia i rozszerzenia zakresu tematycznego dotychczasowych konferencji: ENGEL trend.scaut oraz Lightweight Future Day.

„W ciągu dwóch dni, przemyślmy na nowo pojęcie mobilności” – tymi słowami gospodarz wydarzenia, dr Stefan Engleder, CEO grupy ENGEL, przywitał ponad 500 gości w Design Center w Linzu, otwierając ENGEL Mobility Days 2023. Mobilność staje się coraz bardziej wszechstronnym zagadnieniem, co znajduje odzwierciedlenie nie tylko w liście uczestników, ale również w programie konferencji. Prezentacje omawiają kwestie prywatnego transportu samochodów osobowych, jednośladów, hulajnóg elektrycznych oraz lokalnego transportu pasażerskiego z wykorzystaniem autobusów, kolei, szybkiego transportu ludzi (peoplemover) czy taksówek lotniczych, a także transportu powietrznego i logistycznych koncepcji mobilności od klasycznych samochodów ciężarowych po drony. Przy czym wszystkie obszary mobilności łączy jeden cel: uczynić mobilność bardziej zrównoważoną.

Nowe koncepcje napędów i autonomiczne pojazdy: trendy zasadniczo zmieniają wymagania w stosunku do mobilności i wymagają po części całkowicie nowych koncepcji materiałowych i produkcyjnych. Wiąże się to z dużymi szansami dla branży przetwórstwa tworzyw. „Tworzywa będą odgrywać w mobilności przyszłości jeszcze większą rolę niż dziś”, podkreśla Franz Füreder, kierownik Business Unit Automotive & Mobility w ENGEL. „Materiały polimerowe z definicji są tworzywem do konstrukcji lekkich i dzięki temu przyczyniają się do oszczędności energii i surowców. Można je bardzo efektywnie przetwarzać w procesach wtryskiwania, co przenosi innowacyjne technologie na rynek masowy”. ENGEL Mobility Days 2023 wskazują wiele przykładów dla tej tezy.

Michael Fischer, dyrektor działu Business Development Technologies w ENGEL, wskazuje na kolejną zaletę tej grupy materiałów: „Tworzywa sztuczne przepuszczają fale dźwiękowe i promieniowanie elektromagnetyczne, przez co są niezbędne w autonomicznych pojazdach”. Pojazdy te skupione są wokół koncepcji łączności, zarówno w aspekcie łączności pojazdów ze sobą, jak i z innymi uczestnikami ruchu drogowego i otoczeniem. Zastosowane w tym celu czujniki wykorzystują metody elektromagnetyczne i akustyczne. Przykładowo czujniki odległości pracują w oparciu o ultradźwięki, adaptacyjna regulacja prędkości w oparciu o radar, a asystent noktowizyjny – o podczerwień.

„Tworzywa sztuczne przepuszczają wszystkie te fale i dlatego w sektorze przednich i tylnych części pojazdu już wyparły aluminium i stal”, mówi Fischer. „Pojazdy autonomiczne to ogromna szansa dla branży wtryskiwania tworzyw sztucznych. Wtryskiwanie, jako efektywniejsza niż każda inna metoda przetwórstwa tworzyw sztucznych, umożliwia połączenie czujników i funkcjonalności elektroniki z estetycznym designem”.

ENGEL opracował tu między innymi technologię clearmelt, metodę dwukomponentową, łączącą IMD (in-mould decoration) z zalewaniem poliuretanem. „Zalewanie poliuretanem w formie wtryskowej umożliwia uzyskanie powtarzalnej, gładkiej powierzchni o równomiernej grubości ścianki”, mówi Fischer: „Dzięki temu technologia doskonale nadaje się nawet do integracji czujników optycznych”.

Bazując na tej technologii BMW produkuje w Landshut, w pomieszczeniach czystych, osłony na chłodnice w kształcie nerki do elektrycznych BMW iX. Grill chłodnicy, która stała się charakterystycznym elementem designu wszystkich modeli BMW, a w modelu z elektrycznym napędem otrzymał nowe zadanie. Osłony w kształcie nerki chronią różne czujniki systemów asystenckich ułatwiających prowadzenie auta, a w przyszłości – czujniki jazdy autonomicznej. Aby czujniki działały niezawodnie również zimą, BMW natryskuje w zintegrowanym procesie funkcyjną folię grzewczą poliwęglanem i powleka ją poliuretanem. O ile dla wnętrz pojazdów dostępnych na rynku jest już wiele zastosowań, BMW stosuje łączony proces natryskiwania i zalewania folii po raz pierwszy w produkcji seryjnej elementów funkcyjnych w elementach zewnętrznych poddawanych szczególnym obciążeniom. Pod powierzchnią z poliuretanu, odporną na zarysowania, wrażliwa elektronika jest dobrze chroniona. Efekt wysokiego połysku i głębi, osiągany już jedną cienką powłoką poliuretanu, sprawia bardzo szlachetne wrażenie. ENGEL jest dostawcą systemowym pozwalającym na realizację tych ambitnych projektów. W skład gniazda produkcyjnego wchodzi wtryskarka ENGEL duo combi M ze stołem obrotowym, dwa duże roboty przegubowe do transportu folii i gotowych detali, instalacja oczyszczania folii, stacja kontroli jakości in-line oraz jednostki peryferyjne, w tym układ zasilania poliuretanem.

ENGEL współpracuje w obszarze łączenia powlekania natryskowego i zalewania PUR ze swoimi partnerami rozwojowymi, między innymi z przedsiębiorstwami Leonhard Kurz Stiftung, Schöfer i Votteler Lackfabrik. W ramach badań projektowych partnerzy wykazali, że zalewanie poliuretanem, odpowiadające pod względem techniki procesu lakierowaniu in-mould, wymaga zaledwie 20 procent energii wymaganej przy procesie produkcyjnym. W ten sposób zintegrowany proces jest wyraźnie bardziej efektywny energetycznie niż niezależne od wtryskiwania lakierowanie detali.

Lekka konstrukcja odgrywa kluczową rolę w osiąganiu celów związanych z ochroną klimatu. Dzięki własnemu, interdyscyplinarnemu centrum technologicznemu kompozytów konstrukcji lekkich w zakładzie produkcyjnym w St. Valentin w Austrii, ENGEL od ponad dziesięciu lat razem z przedsiębiorstwami partnerskimi rozwija innowacyjne rozwiązania kompozytowe. Najważniejszym celem badań rozwojowych są zintegrowane i zautomatyzowane procesy, umożliwiające ekonomiczną produkcję wielkoseryjną.

Prace badawczo-rozwojowe koncentrują się na zastosowaniu termoplastycznych materiałów z kompozytów włóknowych. „Powodem tego są z jednej strony bardzo efektywne procesy przetwarzania termoplastów, a z drugiej większa równowaga”, mówi Füreder. Konsekwentne stosowanie materiałów termoplastycznych ułatwia późniejszy recycling detali.

W technologii ENGEL organomelt przetwarzane są termoplastyczne półprodukty z włókien kompozytowych – takie jak organoblachy i taśmy UD – które są formowane i funkcjonalizowane w jednym zintegrowanym kroku roboczym. W ramach funkcjonalizacji żebra usztywniające lub elementy montażowe są obtryskiwane bezpośrednio po formowaniu w tej samej formie z wykorzystaniem termoplastu z grupy materiałów matrycowych organoblach.

Pierwszym wielkoseryjnym zastosowaniem tej technologii było uruchomienie w roku 2018 produkcji modułów w Valeo Front End w Smyrnie, Tennessee, USA. W oparciu o organoblachę produkowane są tam moduły front end ze zintegrowanym ciągiem nawiewu dla renomowanego niemieckiego OEM. Rozwiązanie systemowe dostarczane przez ENGEL do w pełni zautomatyzowanej produkcji seryjnej składa się z wtryskarki ENGEL duo 1700, trzech robotów przegubowych ENGEL easix do przygotowania szeregu wkładanych modułów metalowych i do obsługi organoblachy, robota liniowego viper 90 i pieca na podczerwień ENGEL IR.

Dzięki konstrukcji dwuskorupowej kanały powietrza można było zintegrować bezpośrednio ze strukturą nośną. Obie półskorupy produkowane są w procesie one shot. W tym celu obie organoblachy rozgrzewa się jednocześnie w piecu IR, a następnie umieszcza w formie, gdzie są formowane i funkcjonalizowane.

Recycling wzmacnianych włóknem elementów kompozytowych jest kolejnym istotnym punktem badań rozwojowych w centrum technologicznym kompozytów do konstrukcji lekkich ENGEL. „Spodziewamy się, że recykling samochodów w przyszłości będzie dostarczał do obiegów surowców wielu posortowanych, wzmacnianych włóknem szklanym detali z poliamidu i polipropylenu. Jednocześnie podczas rozdrabniania włókna szklane zostają skrócone. Aby móc produkować z odzyskiwanych materiałów ponownie wysokiej jakości detale kompozytowe, przy obróbce recyklatów konieczne jest dodanie nowych włókien”, objaśnia Fischer. „W tym miejscu pracujemy nad koncepcją, która umożliwia ustawianie właściwości produktu w sposób wysoce efektywny”.

Podstawą jest nowy, dwustopniowy proces zaprezentowany przez ENGEL podczas K 2022. Instalacja dzieli plastyfikację i wtryskiwanie na dwa niezależne, dopasowane do siebie kroki procesowe, aby pomiędzy tymi dwoma agregatami móc zintegrować filtr stopionego materiału i jednostkę odgazowującą. Dzięki tej strategii odpady z tworzyw sztucznych można przetwarzać w procesach wtryskiwania w postaci płatków bezpośrednio po przemiale, uzyskując bardzo wysoką jakość. Z uwagi na pominięcie jednego etapu uzdatniania – regranulacji – dwustopniowy proces, w porównaniu z tradycyjnym recyklingiem pozwala oszczędzić wiele energii i pracy. Aby móc ponownie poddawać obróbce mechanicznej rozdrobnione detale z tworzyw kompozytowych, uzyskując odporne na wysokie obciążenia elementy pojazdów, ENGEL obok filtra stopionego materiału integruje z koncepcją instalacji dodatkowy układ doprowadzania włókna szklanego. Świeże długie włókna szklane dodawane są do stopionego tworzywa przed wtryskiwaniem. „Jesteśmy w fazie prób”, mówi Fischer. „Wyniki nowych testów są obiecujące”.

Alternatywne technologie napędu otwierają także nowe możliwości dla branży przetwórczej. „W Europie intensywnie pracuje się nad technologiami wodorowymi, zwłaszcza w dziedzinie samochodów ciężarowych”, mówi Fischer. „Poprzez joint venture Cellcentric Daimler Truck i Volvo Group łączą swoje doświadczenia w opracowywaniu i produkcji systemów ogniw paliwowych. Jako dostawcę technologii wybrano ENGEL”.

Decydujące znaczenie miały tu kompetencje ENGEL w obróbce elastomerów, a zwłaszcza silikonu płynnego (LSR). Ogniwa paliwowe wymagają wielu uszczelnień, które po części natryskuje się bezpośrednio na podzespoły z metalu lub tworzyw sztucznych. Do tego dochodzą przepusty kablowe wytwarzane z LSR.

Płyty dwubiegunowe, których niezbędnych jest kilkaset na każde ogniwo paliwowe, wykonane są z metalu, ale Fischer jest przekonany, że w dłuższej perspektywie może się to zmienić. „Opracowujemy już rozwiązania wtryskowe do płyt dwubiegunowych na bazie termoplastów. Wyzwaniem jest grubość płytki zaledwie kilku dziesiętnych części milimetra. Aby ją uzyskać łączymy technologie cienkościenne z wytłaczaniem natryskowym”.

W przypadku obudów i wanien akumulatorów w pojazdach elektrycznych, hybrydowych i z ogniwami paliwowymi również coraz częściej termoplasty zastępują blachy stalowe i aluminiowe. Przykładowo Envalior – powstały z DSM Engineering Materials i obszaru High Performance Materials Lanxess – stworzył nowoczesną wannę akumulatorową z poliamidu o dużej zawartości włókna szklanego. Ścianki mają grubość poniżej 7 mm przy masie wtrysku 60 kg. „Wyzwaniem jest możliwość stabilnej kompensacji obciążeń w konstrukcji tworzywa sztucznego”, objaśnia Fischer. „Ponadto gabarytowy detal i bardzo wysoka masa wtrysku wymagają bardzo dużej wtryskarki. Projektujemy bazując na maszynie gabarytowej ENGEL duo o sile zwarcia 8000 ton”.

Choć wtryskarki gabarytowe ENGEL duo standardowo były długo dostępne z siłami zwarcia do 5500 ton, ENGEL rozszerzył serię w górę dla nowych zastosowań w obszarze mobilności, ale również w innych branżach. Oprócz szczególnie wielkopowierzchniowych i gabarytowych detali, te nowe megamaszyny, dzięki dużym komorom do montażu form, zapewniają jeszcze bardziej kompleksową integrację z procesem – np. w obszarze szyb.

„Siły zwarcia przekraczające 10 000 ton i masy wtrysku rzędu kilkuset kilogramów są już dziś możliwe technicznie”, przedstawia perspektywy Stefan Engleder, podkreślając zaangażowanie ENGEL w nowy wymiar konstrukcji maszyn gabarytowych. „Stworzyliśmy w tym celu możliwości montażowe zarówno w zakładzie maszyn gabarytowych w St. Valentin w Austrii, jak i w Szanghaju, w Chinach. Na całym świecie wspieramy naszych klientów w rozwiązywaniu nowych wyzwań związanych z mobilnością”.