LSR工艺的垂直效率：ENGEL insert 如何将循环时间缩短一半并提高质量

氢能出行被视为实现气候中和未来的关键技术。尤其是作为核心组件的燃料电池，对制造技术提出了高要求。 其中一个关键工艺是将液态硅胶（LSR）密封件精确且可靠地涂覆在敏感的气体扩散层（GDL）上。ENGEL 与 ACH Solution 携手在 K 2025 展会上展示了一套 ，该方案将高精度与高经济性以及高产量完美结合。

燃料电池是一个复杂的系统，其中的每个组件都必须无误且精确地运行。气体扩散层（GDL 膜）在此发挥着关键作用：它们确保氢气和氧气在催化剂层上均匀分布，导出电子，并有针对性地排出反应水。为了可靠地完成这些任务，GDL膜必须在加工过程中实现绝对密封——同时不得损坏其精细多孔的结构。对这些敏感部件进行薄液态硅胶包覆密封，对制造工艺提出了高要求，需要注塑机、模具和自动化系统之间进行精密协调的配合。

GDL膜片极其脆弱，必须非常谨慎地处理。ACH Solution（一家专注于硅胶注塑模具和计量技术的公司）的销售经理Götz Scheibe描述了相关要求：“挑战从分离取出膜片开始，这些膜片在交付时是堆叠在一起的。 在此过程中，必须精确取出单片膜，且不得损坏相邻的膜片。”取出后，需要在模具中进行精确定位，这通常通过预对中站实现，公差为±0.1毫米

模具中的密封面必须设计得既能防止硅胶渗入GDL膜下方，又能避免GDL膜因闭合压力而受损。然而，高精度的要求在于密封件的壁厚：“我们这里指的是在550毫米的部件长度范围内，壁厚需保持±0.01毫米的连续精度，”Scheibe解释道。这种精度至关重要，因为在燃料电池中，多达300个此类密封元件会被层层堆叠。“即使是最微小的公差偏差也会累积——从而导致燃料电池堆中产生机械应力或功能故障的风险。”

为了将这一对精度要求极高的工艺转化为批量生产，同时确保经济性，ENGEL基于insert系列立式注塑机设计了一套高度自动化的生产解决方案。在K 2025展会上展示的解决方案的核心部件是一台ENGEL insert 150 rotary US型 注塑机，其合模力为1,500 kN，并配备集成转盘。该方案支持并行作业：当一个模具工位正在注塑密封件时，第二个工位同时进行成品取出和下一片GDL薄膜的装入。凭借仅50秒的循环时间，零件产量几乎可翻倍。

与ENGEL所有无拉杆注塑机一样，立式嵌件系列除了模具易于操作外，还具有在整个锁模面上锁模力分布非常均匀的特点。无拉杆和立式注塑机产品管理负责人Franz Pressl对此解释道：“在ENGEL的立式insert注塑机中，经过验证的FlexLink技术能够自动补偿机框伸长，从而确保了模板的平行度。此外，坚固的锁模模板也有助于对模具进行非常均匀的压紧。对于这种既大又薄的零件，这确保了壁厚极其稳定。”

对于此类应用，立式结构还具备其他关键优势。Götz Scheibe 解释道：“立式结构充分利用了重力。因此不会产生侧向扭矩，模具仅沿下落方向闭合。这既保护了导轨，又有助于实现持久的尺寸精度和工艺稳定性——这是相对于卧式机型的明显优势。” 此外，ENGEL insert 系列的机器设计特别紧凑：控制柜垂直集成在机器内，从而显著减少了生产单元的占地面积——这对有限生产空间的设计而言是一个重要因素。此处使用的机器配备了液压注塑单元，由节能的 ENGEL ecodrive 驱动系统驱动。在ENGEL，即使是标准配置的液压注塑单元也具备很高的精度，足以满足此类应用的需求。

insert系列为注塑企业提供了很大的灵活性：得益于电动和液压驱动的多种组合方案，每台机器均可根据具体应用进行个性化配置。

关于转盘方案，Scheibe解释道：“原则上，即使没有转盘也能实现这一应用。但鉴于所需产量，我们无法承受模具停机时间。垂直注塑机与 转盘的组合，使得注塑时间可以并行用于零件处理——这几乎使生产率翻了一番。”

ACH Solution 的一款创新双腔模具确保了精细密封几何形状的精确成型。配备 ACH SERVOSHOT 2G 后，伺服电机驱动的针阀喷嘴可实现高精度、可单独控制的腔体注塑。“我们实现了两千分之一毫米的调节精度，”Götz Scheibe强调道。这种高精度对于避免型腔注塑不足和毛边形成至关重要。整个系统已完全集成到ENGEL机器的CC300控制系统中。Scheibe认为这具有明显的优势：“与ENGEL控制系统的集成特别便捷。调整可在生产过程中同步进行，或通过外部操作完成，无需中断生产。”

该集成系统还提供图形化可视化界面，可立即直观显示各喷嘴的微调状态。冷流道在热学和流变学上经过精确平衡，这也是确保工艺稳定性的关键要素之一。这有助于应用工程师在长时间停机后快速恢复生产。Scheibe解释道：“我们的SERVOSHOT系统能够对接缝进行精准优化。这确保了材料汇合始终精确发生在预定位置——这是实现稳定且可重复工艺的基本前提。”

ACH MAXIMIX 3G Pro系统负责对低粘度LSR材料（本例中为瓦克公司的ELASTOSIL® LR 3003/30）进行精确计量。该系统专为小射出重量（如本例中的20.3克）设计，技术确保了精确的混合比例以及高工艺稳定性。该系统也已完全集成到ENGEL的CC300控制系统中。

对易损的GDL膜片及成品部件的全部处理工作，均由一台完全集成于控制系统中的 ENGEL easix关节式 机器人负责。首先，该机器人从送料系统中取出膜片，并将其精确定位在转盘的前端工位。转盘旋转 180 度后，在后工位进行注塑成型。与此同时，机器人从前端取出成品部件，并放入新的薄膜。通过中央 CC300 控制系统，注塑过程与机器人动作之间实现了紧密的同步，确保了流程的稳定性和精确协调。

从高温模具中取出包覆成型后的膜片是一项特殊的挑战。“众所周知，硅胶具有很强的粘附性，且在高温下其抗撕裂强度会变得非常关键，”Götz Scheibe解释道。 “薄硅胶膜在高温状态下极易受损。这需要量身定制的脱模策略。”模具中针对性的脱模辅助装置确保了这种精致的密封件能可靠地从型腔壁上脱离。取出后，将在单独的工序中去除浇口连接处。

为确保零部件质量始终如一，该生产线采用了ENGEL的 数字辅助系统iQ weight control 。该系统可实时分析 注塑压力曲线，并在同一注塑周期内补偿材料粘度的波动。“iQ weight control系统能实时识别粘度差异并自动进行补偿，”Götz Scheibe表示。“这大大提高了工艺稳定性，尽管LSR材料无需通过保压来抵消零件收缩。因此，保持注塑量恒定就显得尤为重要。” 注塑量的恒定带来了部件重量的稳定。Scheibe强调：“首要目标是保持注塑重量的恒定。这是至关重要的质量标准，因为部件重量能充分反映产品品质。”

特别是在颜色切换时——硅胶在颜色切换过程中往往伴随着显著的粘度变化——该系统更能发挥其优势。Scheibe解释道：“对于硅胶而言，颜色切换尤为关键，因为不同的着色剂会对其粘度特性产生显著影响。iQ weight control辅助系统能够补偿这些波动，从而确保部件质量始终如一。”

取出后，每个部件都会经过集成摄像头检测。该系统会检查LSR密封件，确保型腔已完全填充，且密封件无缺损或毛刺。“在这个过程中，溢料也会被同时切除，”Scheibe补充道。“精准的 模具技术、智能的工艺控制以及集成的100%检测相结合，造就了稳定且工艺可靠的生产。

选择液态硅胶作为密封材料绝非偶然。特别是在未来移动出行领域，这种材料展现出了其独特优势。“尤其是配备快充功能的电动汽车，其工作温度正不断升高。正因硅胶具有优异的耐高温性能，在此领域不可或缺，”Götz Scheibe总结道。由于硅胶材料具有散热特性，因此也越来越多地应用于冷却系统和电池中。这些特性使液态硅胶（LSR）成为电动汽车和燃料电池技术中苛刻密封应用的理想材料。

由ENGEL及其合作伙伴实现的生产单元采用接近量产的设计，生动地展示了如何将最高精度与短周期时间相结合。该设备专为高产量而设计——每个燃料电池堆需要50至300个电池单元，每个电池单元需生产两层GDL。整个方案旨在实现高生产效率和尽可能低的能耗。得益于紧凑的结构设计以及所有组件的完全集成——从注塑机、自动化系统、模具控制到计量技术——该单元可轻松集成到现有的生产线上。ENGEL与ACH提供了一套完美匹配的系统解决方案，从而彰显了其在复杂多组分工艺领域的专业能力。

在 GDL 膜上自动化生产 LSR 密封件，生动地展示了如何利用现代注塑技术应对氢能出行带来的挑战。高精度立式注塑机、创新的模具和冷流道技术以及无缝集成的自动化系统的协同作用，实现了稳定、经济且高质量的批量生产过程。所展示的解决方案——在有限空间内对薄膜进行包覆成型，并精确定位 LSR 密封件——效率高，且可轻松集成到现有生产线中。此类解决方案是推动燃料电池技术实现突破、让未来出行更具可持续性的关键。