Die Holmlostechnik sorgt
für schnelle Rüstprozesse.
Die Holmlostechnik sorgt für schnelle Rüstprozesse. (Quelle: GW Plastics)
Mit hochautomatisierten Fertigungszellen, einem eigenen Werkzeugbau und fundiertem Material-Know-how hat sich GW Silicones im nordamerikanischen Markt Wettbewerbsvorteile gesichert. Für den kontinuierlichen Ausbau der Fertigungskapazitäten setzt das Tochterunternehmen von GW Plastics – Stammsitz in Bethel, Vermont, USA – auf holmlose Spritzgießmaschinen. Denn diese bieten nicht nur eine hohe Effizienz, sondern auch sehr viel Flexibilität.
Seit der Gründung 2008 ist die Silikon-Sparte von GW Plastics deutlich gewachsen, so dass sie 2012 nach Royalton, etwa drei Meilen von Bethel entfernt, in ein neues Gebäude mit Reinraum zog. Der Maschinenpark wurde ausgebaut und auch die Konstruktion und der Werkzeugbau wurden verstärkt. „Der Werkstoff Silikon bietet ein ungeheures Potenzial und wird sich vor allem in den Bereichen Medizintechnik und Health Care immer stärker etablieren“, wie Mark Hammond, General Manager von GW Silicones, betont. „Wir erleben es immer wieder, dass die Produktdesigner zunächst in TPE oder TPU planen, die Anforderungen des Produkts sie aber letzten Endes auf Silikon bringen. Mit den thermoplastischen Materialien sind die Produktentwickler besser vertraut, doch genau diese Komfortzone gilt es zu verlassen. Silikon bietet für viele Anwendungen große Vorteile und eröffnet darüber hinaus ganz neue Märkte und Produktchancen.“
Hoher Druck für feine Wanddicken
Zum Beispiel bei der Herstellung eines Fluid-Delivery-Systemen in Dünnwandtechnik für die chirurgische Versorgung, das GW Silicones für einen führenden OEM mitentwickelt hat. Die Materialkosten waren ausschlaggebend, dass sich der OEM in einem frühen Produktentwicklungsstadium zunächst für ein TPU entschieden hatte. Man ging generell davon aus, dass LSR unerschwinglich sei. Erst nachdem sich der Produktlaunch aufgrund von Problemen im Spritzgießprozess mehrfach verzögerte, beauftragte das Medizintechnikunternehmen GW Silicones, eine LSR-basierte Lösung zu entwickeln. Das TPU erforderte extrem hohe Einspritzdrücke, um die feinen Wanddicken zuverlässig zu füllen. Entsprechend hoch war das Ausschussrisiko. Außerdem musste mit einem großen Anspritzpunkt und einem Heißkanal gearbeitet werden, was ebenfalls die Materialeffizienz schmälerte. In Summe resultierte ein zu langsamer, instabiler und letzten Endes dann doch kostenintensiver Prozess. „Uns ist es gelungen, die hohen Anforderungen unseres Kunden an die Qualität und Funktionalität des Produkts mit einer sehr hohen Fertigungseffizienz und Reproduzierbarkeit zu vereinen“, so Hammond. Bereits die ersten Tests, für die GW ein 1-Kavitäten-Entwicklungswerkzeug konstruierte, bestätigten die neue Materialwahl. Inzwischen wird das Produkt in einem Vielkavitätenwerkzeug in Serie gefertigt – zu wettbewerbsfähigen Stückkosten.
Für GW ist dieses Beispiel kein Einzelfall. Die Kunden von GW Silicones kommen vor allem aus der Medizintechnik und Health-Care-Branche, und auch das Produktionswerk am Stammsitz Bethel ist auf diese Klientel fokussiert. Zusammen vereinen die beiden Standorte Bethel und Royalton Silikon- und Thermoplast-Kompetenz und entwickeln immer häufiger auch Mehrkomponenten- und Mehr-Material-Prozesse für ihre Kunden.
Reinraumfertigung: Das Unternehmen hat sich auf hochpräzise Bauteile spezialisiert. (Quelle: GW PLastics)
Kompakte Fertigungszellen und eine hohe Flexibilität
Gleichermaßen bei Ein- und Mehr-Komponentenprozessen, bei der Silikon- und Thermoplastverarbeitung resultieren viele Trends in der medizintechnischen Fertigung aus dem zu-nehmenden Kostendruck. Bei GW äußert sich dies in immer höheren Anforderungen an die Produktqualität, Effizienz und Flexibilität, vor allem bei der Herstellung von Disposables in Vielkavitätenwerkzeugen. Diese Faktoren spielen bei der Auswahl neuer Spritzgießmaschinen eine zentrale Rolle und sind ein Grund, weshalb die holmlose E-Victory bei GW Plastics zu den bevorzugten Maschinentypen zählt.
„Die Homlostechnik bietet uns eine enorme Flexibilität“, begründet John J. Silvia, Vice President Manufacturing Engineering und Chief Safety Officer von GW Plastics. „Auch bei großen Werkzeugen können wir den Footprint der Fertigungszelle kompakt halten und den Prozess sehr einfach automatisieren.“
Dank der holmlosen Schließeinheit lassen sich die Werkzeug-Aufspannflächen der Spritzgießmaschine bis an den Rand vollständig ausnutzen. In vielen Anwendungen ermöglicht dies den Einsatz einer kleineren Spritzgießmaschine als es die Werkzeuggröße herkömmlich erfordern würde. Anwendungen mit Vielkavitätenwerkzeugen sind dafür ein gutes Beispiel, da ihr Schließkraftbedarf aufgrund der eher kleinen projizierten Teileflächen im Vergleich zur Werkzeuggröße gering ist.
Die Holmlostechnik erleichtert damit auch das Scale-up. Wie im Falle der Fluid-Delivery-Systeme konstruiert GW für viele Kunden zunächst ein 1-Kavitäten-Prototypenwerkzeug für die Prozess-entwicklung. „Wenn wir die Kavitätenzahl dann erhöhen, müssen wir nicht sofort auf eine größere Maschine wechseln“, sagt Mark Hammond. „Wir denken schon in einem sehr frühen Entwicklungsstadium an den Serienprozess. Es ist unsere Philosophie, von Anfang an seriennah zu fertigen und zu automatisieren. Die Holmlostechnik kommt uns hier entgegen.“
Die größten Werkzeuge haben aktuell 32 Kavitäten, mit steigender Tendenz. „Es gibt in den USA nicht viele Firmen, die Werkzeuge für die hochpräzise und vollautomatisierte LSR-Verarbeitung in dieser Qualität und Größe herstellen können“, so Hammond. „Das ist unser Alleinstellungsmerkmal.“
Seit seiner Gründung 2008 ist die Silikon-Sparte des Kunststoffverarbeiters markant gewachsen und 2012 in ein neu errichtetes Gebäude mit einem großen Reinraum in Royalton gezogen.
Hohe Plattenparallelität sichert präzise LSR-Verarbeitung
Eine hohe Produktivität geht für GW einher mit einer hohen Reproduzierbarkeit und geringsten Ausschussraten. Für eine hohe Präzision sorgen bei den Hybridmaschinen sowohl die elektrische Spritz- als auch die servohydraulische Schließeinheit. Dank des Biegegelenks Force Divider folgt die bewegliche Aufspannplatte während des Schließ-kraftaufbaus exakt dem Werkzeug. Zudem wird die eingeleitete Kraft gleichmäßig über die gesamte Werkzeugaufspannplatte verteilt. „Dies stellt sicher, dass die außen- und die innenliegenden Kavitäten mit exakt gleicher Kraft zugehalten werden, was zu äußerst konstanten Wanddicken führt“, erklärt James Moran, Business Unit Manager bei Engel Machinery in York, Pennsylvania. „So entstehen gratarme Bauteile, die keine Nachbearbeitung erfordern und den Abfall reduzieren. Bei der LSR-Verarbeitung sind das zwei wichtige Kostenfaktoren.“ Der stabile Maschinenrahmen und die exakte Linearführung der beweglichen Werkzeug-Aufspannplatte ermöglichen schnelle und reibungsarme Bewegungen und sorgen auch während des Öffnens und Schließens der Form für eine hohe Plattenparallelität und einen exzellenten Werkzeugschutz.
Da vor allem Produkte mit geringen Schussvolumina das Portfolio bestimmen, arbeitet GW Silicones mit sehr kleinen Schnecken. Viele Maschinen sind Sonderlösungen, die eine kleine Schnecke mit einer vergleichsweise großen Schließeinheit und Wide-Platen-Option kombinieren. „Mit den Engel Maschinen können wir sowohl Produkte mit geringen Ansprüchen sehr einfach und kosteneffizient fertigen als auch die Anforderungen von High-end-Anwendungen sicher erfüllen“, sagt John Silvia. „Diese Flexibilität ist für uns wichtig. Als Technologieführer bietet uns Engel das gesamte Spektrum und dazu eine sehr fortgeschrittene Steuerung.“
James Moran, Business Unit Manager bei Engel North-America, Mark Hammond, GeneralManager von GW Silicones, Franz Pressl, Produktmanager bei Engel Austria, und David Girioni, President von Girioni Associates, dem Engel Vertriebspartner im Nordosten der USA (von links nach rechts).
Automatisierungsgrad nimmt zu
Spritzgießmaschine und Roboter kauft GW oft als integriertes Gesamtpaket. Der Vorteil einer Systemlösung aus einer Hand ist nicht zuletzt die Steuerungsintegration. Die Robotersteuerung ist als Teilsystem der Maschinensteuerung ausgeführt, was eine durchgängige, einheitliche Bedienlogik sicherstellt und es den Mitarbeitern im Betrieb besonders einfach macht, die Anlagen an immer wieder neue Produkte und Anforderungen anzupassen. Gleichzeitig erhöht die Integration die Gesamteffizienz, denn Roboter und Spritzgießmaschine greifen auf ein und dieselbe Datenbasis zu. Dies bedeutet, dass sie ihre Bewegungsabläufe exakt aufeinander abstimmen können und damit den Energieverbrauch sowie die Gesamtzykluszeit optimieren helfen.
Der Hauptsitz von GW Plastics in Bethel, Vermont, ist nur drei Meilen von Royalton entfernt.
Die Automatisierung der Prozesse gewinnt kontinuierlich an Bedeutung. „In der Silikonverarbeitung geht der Trend zur vollautomatisierten Fertigung“, so Hammond. „In Nordamerika gibt es noch nicht viele Verarbeiter, die das können.“ Der hohe Automatisierungsgrad beim SIlikonverarbeiter umfasst auch die Integration von vor- und nachgelagerten Prozessschritten. Zum Beispiel werden einige Produkte unmittelbar nach dem Spritzguss direkt an der Maschine bedruckt und verpackt. Automatisierung und Prozessintegration bedeuten für GW Plastics und GW Silicones mehr als eine höhere Effizienz. Es geht um Qualität und Prozesskonstanz und damit letzten Endes eine höhere Kundenzufriedenheit.
