18 DE DEZ DE 2022

Ferramental 4.0: conectando a tecnologia da indústria 4.0 aos moldes e processos de moldagem

Como um fornecedor de embalagens aplica a tecnologia da Indústria 4.0 em seus moldes de injeção para que os componentes conversem entre si para entender a dinâmica do que está acontecendo dentro do molde.

Estudo de caso: Ferramental 4.0: conectando a tecnologia da indústria 4.0 aos seus moldes e processos de moldagem

Nas palavras de Henry Ford: “Se você sempre fizer o que sempre fez, sempre obterá o que sempre obteve”. Uma declaração a ser considerada à medida que avançamos para o futuro da fabricação.

A fabricação tornou-se cada vez mais organizada, personalizada, celular e automatizada ao longo dos anos, e essa é uma tendencia cada vez mais forte nos próximos anos (indústria 5.0 - personalização em massa), mas, à medida que a digitalização se torna o novo padrão, a pressão competitiva entre os fabricantes se intensificará e apenas os inovadores avançarão. A digitalização requer novas tecnologias prontas para a Indústria 4.0. Todos já ouviram essa palavra da moda, mas será que todos realmente entendem seu impacto? Para desvendar o mistério da Indústria 4.0, os construtores de moldes precisam entender como a indústria chegou à 4.0 e o que a Indústria 4.0 significa para o OEM, o moldador por injeção e o fabricante de ferramentas.

Para muitos processadores de plástico e fabricantes de moldes, a robótica e a automação são apenas as primeiras coisas que vêm à mente ao pensar na integração da Indústria 4.0. É quando você começa a pensar em conectividade máquina a máquina, coleta de dados, saídas mensuráveis e inteligência artificial que está pensando em conectar a tecnologia 4.0 (IoT) em seu processo de ferramental e moldagem.

O primeiro passo para aplicar a Indústria 4.0 é garantir que cada funcionário entenda que isso ajudará os recursos a compreenderem e medirem melhor a dinâmica que ocorre entre a prensa, o molde e a resina. A Indústria 4.0 não pretende substituir as pessoas, mas sim, auxiliar as pessoas na tomada de decisões informadas por meio dos dados gerados pelo processo mencionado acima. Fazer com que as pessoas entendam esse princípio é fundamental para uma implementação bem-sucedida da Indústria 4.0.

Ferramentas do próximo nível

Então, o que isso significa para o construtor de moldes de hoje? Pois bem, o principal objetivo de um fabricante de moldes é fornecer ao cliente a máxima qualidade, o que exige o uso de tecnologia de ponta, como a Indústria 4.0. Um desses OEMs olhando para o futuro usando a Indústria 4.0 é a equipe de fabricação de moldes da Scholle IPN.

A Scholle IPN é uma empresa global de embalagens que fabrica materiais de embalagem flexíveis para uma variedade de indústrias. Você pode não ter ouvido falar dela, mas ela pode garantir que já interagiu através de produtos que são usados em todo o mundo na distribuição de tudo, desde refrigerantes, smoothies e café até óleo de motor e inseticidas usados na agricultura industrial. A Scholle desenvolve soluções de embalagens flexíveis que são seguras, naturais, econômicas e sustentáveis para 22 mercados diferentes. Os produtos são fabricados em todo o mundo - não para que possam produzir mais barato em outro lugar, mas para atender e produzir com eficiência nos mercados em que operam. Os moldes da Scholle usam uma variedade de sistemas de câmara quente que geralmente são direcionados diretamente à peça, em moldes de alta cavitação (16 cavidades ou mais). Assim, à medida que avançam em direção ao futuro e criam novos produtos ou reformulam os principais produtos, nas palavras de Don Smith, Gerente Sênior de Ferramentas da Scholle IPN na América do Norte, precisamos olhar para as ferramentas tecnicamente mais avançadas disponíveis. Com esse objetivo em mente, a equipe da Scholle IPN iniciou sua jornada na Indústria 4.0 para levar suas ferramentas ao próximo nível e produzir o Ferramental 4.0.

Na era da Indústria 4.0, moldes projetados com saídas digitais serão a norma, e o fornecedor de moldes comprometido com moldes “projetados” é o construtor de moldes do futuro.

O plano para ferramentas 4.0

A equipe de ferramentas da Scholle IPN na América do Norte iniciou o processo criando um formulário de avaliação de ferramentas para medir onde a empresa estava naquele momento específico.

A equipe criou o formulário para analisar a condição de todos os moldes, manutenção preventiva de molde, dados de engenharia de molde, estoque de peças sobressalentes, conversões de molde, AMs de molde (ou manutenção preventiva de turno diário), habilidades de ferramentaria e equipamentos de sala de ferramenta. A equipe então se aprofundou em cada área para encontrar dados mensuráveis. Dentro dessas categorias, foram compilados dados do chão de fábrica.

Por exemplo, na categoria de condição do molde, mediu-se dados que ajudariam a avaliar o status geral da frota de moldes de cada fábrica. Os dados que foram capturados incluíam a causa das paradas do molde, qualquer utensílio de moldagem (produto não conforme) e tempos de ciclo visados, para citar alguns. Depois que cada fábrica completou essa etapa, em cada categoria foi estabelecida uma série de metas priorizadas. Essas metas orientariam os projetos de ferramentas de melhoria contínua da fábrica, como a coleta de dados para garantir que as condições operacionais padrão (SOC) fossem atualizadas para refletir as condições atuais de moldagem que produziam peças dentro da tolerância. Cada fábrica trabalhará em suas questões prioritárias por seis meses a um ano e então reavaliará o estado atual.

Chegou a hora de desenvolver o plano para levar o ferramental para o próximo nível, usando moldagem científica e coleta de dados, o que exigia a ferramenta, o processo e os resultados mensuráveis certos. O objetivo desta próxima etapa é aprender o que está acontecendo dentro do molde durante cada ciclo, fazendo medições da dinâmica física. Os itens a serem medidos incluem pressão, temperatura e tempo, por exemplo. Então, ao invés de voar pelo assento, agora podemos voar por instrumentos e realmente entender o que está acontecendo dentro do molde e então fazer os ajustes necessários.

Algumas etapas que a equipe Scholle IPN incluiu no plano foram:

Atenda aos requisitos de tempo de ciclo com novos componentes de molde usando manufatura aditiva, melhor ventilação ou monitoramento com sensores de pressão para fornecer feedback através do molde, na prensa e depois no ambiente de produção.
Teste projetos de molde virtualmente com software para obter feedback e definir linhas de base para o tempo de ciclo.
Teste um molde com software e sensores para ver onde a equipe precisa otimizar para resfriamento, pressão, empacotamento, balanceamento, etc.
Qualificar um molde usando um método científico para criar um Design of Experiments (DOE) para gerar a janela do processo e definir os níveis mínimo/máximo dos sensores.
Use máquinas de moldagem elétricas de alta velocidade que fornecem informações por meio de sensores de pressão e temperatura e retransmitem as informações de volta ao sistema, mantendo o controle do molde e obtendo uma fabricação sem interrupções.

Em seguida, a equipe revisou a frota de moldes em sua fábrica em Northlake e escolheu um projeto com base em problemas históricos de tempo de inatividade: dois moldes idênticos apresentando problemas de falta de energia e desequilíbrio. O objetivo principal era aprender sobre a dinâmica de pressão que estava ocorrendo entre a máquina de moldagem e o molde.

A equipe projetou este projeto para ser executado em duas fases. Durante a Fase "1", a equipe garante que o sistema de câmara quente não esteja perdendo calor devido a quedas longas exigidas pelo projeto do molde (componentes móveis ou flutuantes na metade “A” estão acionando os longos comprimentos de queda). A equipe determinou que a contenção total do calor é necessária nesses moldes antes de passar para a Fase "2".

Durante a Fase "2", a equipe instala sensores de pressão RJG nos moldes e máquinas de moldagem, executa um DOE para definir os limites alto e baixo para o sistema medir e reprogramar o sistema de remoção robótica para determinar se deve aceitar peças individuais ou enviar uma peça individual para o descarte.

Agora que esses componentes 4.0 estão “conversando” entre si, uma peça não preenchida será colocada diretamente no descarte de rejeição. Este é o primeiro projeto de melhoria contínua da Scholle IPN em moldes de injeção utilizando a tecnologia da Indústria 4.0: Tooling (ferramental) 4.0.

Construtor de Moldes do Futuro

Para aplicar o Tooling (ferramental) 4.0 a projetos futuros, a Scholle fez de sua equipe e de vários fabricantes de ferramentas de qualidade parceiros estratégicos. A Scholle procurou e continua a procurar fabricantes de moldes com visão de futuro que possuam todas as ferramentas na "caixa de ferramentas", mas não excluirá os parceiros sem todas as ferramentas, desde que estejam interessadas e dispostas a dar os próximos passos com ela.

Um dos principais conjuntos de habilidades que a Scholle estava procurando implementar com seu parceiro estratégico de construção de moldes era projetar moldes de injeção em vez de fabricar moldes de injeção. Engenharia, por definição, é a aplicação da matemática, bem como do conhecimento científico, econômico, social e prático para inventar, inovar, projetar, construir, manter, pesquisar e melhorar estruturas, máquinas, ferramentas, sistemas, componentes, materiais, processos, soluções e organizações. Design é a criação intencional de um plano ou especificação para a construção de um objeto ou sistema para a implementação de uma atividade ou processo.

Projetar um produto (neste caso, o molde de injeção) significa obter resultados mensuráveis por meio da matemática e da ciência. Os resultados incluem sistemas de canais de balanceamento (teoria de Beaumont), controle de temperatura do molde (calcular GPM; sensores de temperatura), resfriamento conforme (tempo de ciclo estimado e alvos de qualidade da peça) e cálculos para ventilação otimizada (sensores de pressão). Na era da Indústria 4.0, moldes de engenharia com saídas digitais serão a norma e o fornecedor de moldes comprometido com moldes de “engenharia” é o construtor de moldes do futuro.

Aqui estão algumas expectativas que os OEM/fornecedores podem colocar sobre o fabricante de moldes do futuro para aproveitar ao máximo o avanço da tecnologia.

Engenharia reversa. Capacidade de pegar moldes e componentes de moldes mais antigos e medir com precisão e criar, conforme construído, modelos 3D e impressões.
Análise virtual de moldes. Capacidade de criar digitalmente um processo de moldagem com metas mensuráveis antes de projetar o molde de injeção, estabelecer tempos de ciclo mensuráveis (enchimento, embalagem, resfriamento, pressões), determinar deformação, ventilação, tamanhos de peças e áreas seguras de aço e usar sensores de pressão e temperatura, como bem como outras informações científicas sobre moldagem e possuir conhecimento sobre ferramentas de ponta de braço e remoção de peças robóticas.
Capacidades de engenharia de moldes. Capacidade de produzir modelos de molde 3D para análise virtual, bem como desenhos totalmente detalhados/tolerados (saída .dwg) e possuir um manual de montagem de molde detalhado com recomendações de PM.
Conhecimento do sistema de câmara quente. Compreensão de ponta fixa, bico valvulado, bicos de borda quente e balanceamento do sistema.
Fabricação/medição de componentes de moldes intercambiáveis. Capacidade de fabricar e garantir componentes de moldes intercambiáveis, confirmar/certificar medições críticas de aço, coordenar máquinas de medição e recursos de escaneamento a laser.
Experiência na construção de moldes de injeção de alta cavitação. Experiência em moldes de injeção com 16 cavidades e superior; recursos de molde piloto para coleta de dados (usando análise de molde) e experiência científica em moldagem (pressão, sensores de temperatura...).
Capacidades de teste de molde de injeção. Experiência em FAT e SAT, desenvolvimento de processos e recursos prontos para uso.

À medida que a prevalência da IoT aumenta, os especialistas alertam que a adoção da Indústria 4.0 é necessária para a sobrevivência dos negócios. No entanto, mover uma organização para a manufatura inteligente é um projeto multifacetado, independentemente do tamanho da empresa.

Simplificando, a Indústria 4.0 e o Tooling (Ferramental) 4.0 tratam do uso da tecnologia para transformar produtos “burros” em “inteligentes”.

Fonte: LinkedIn