總部位于加拿大安大略省喬治敦的 MHS 公司推出了第一款帶 8 個注塑腔的 M3 系列微注塑機。這個成功的注塑解決方案配備了倍福基于 PC 的控制技術(shù)和 EtherCAT 現(xiàn)場總線等產(chǎn)品。2020 年，MHS 公司決定將系統(tǒng)規(guī)模擴大到 32 腔，他們發(fā)現(xiàn)倍福平臺易于擴展，無需升級組件，并能夠繼續(xù)保持能夠延長塑料熔體使用壽命的創(chuàng)新工藝。
基于 PC 的控制助力優(yōu)化微注塑機
無論注塑制品尺寸大小或采用的塑料材料類型如何，決定其品質(zhì)的因素主要有三點：壓力、溫度和時間。Mold Hotrunner Solutions（MHS）2016 年推出的 M3 微注塑機對這些參數(shù)進行了優(yōu)化。這種零廢棄交鑰匙注塑解決方案為醫(yī)療設(shè)備和電子制造商以及其他終端用戶提供了新的能力。M3-D08 系統(tǒng)配備公司自主研發(fā)的熱流道噴嘴和注射成型等技術(shù)，能夠高效、高精度地生產(chǎn)出重量輕至 1.3 mg 的直接澆口微型零件。
可靠的工藝是產(chǎn)品質(zhì)量的保證
MHS 公司設(shè)計的 M3 系列旨在消除注射成型工藝中長期存在的缺陷。傳統(tǒng)上，注塑成型過程的第一步是將粒狀塑料從注塑機的料斗送入料筒中。螺桿推動粒狀塑料螺旋式向前輸送，料筒外的加熱器對其進行加熱熔化。通過合適的溫度控制程序，確保塑料在通過噴嘴注入模具之前達到所需的溫度和粘度。此外，M3 熱流道系統(tǒng)使用閥式澆口和內(nèi)部熱切澆口將材料直接注入模具中。這樣就能夠生產(chǎn)出表面平整光滑的精密零件，并減少澆口殘留量，這些殘留物通常會聚集在澆口處，必須在零件后道成型工序中清除，以進行回收或丟棄。
若要打開和關(guān)閉模具，注塑機需要協(xié)調(diào)水平運動和垂直運動，在幾分之一秒內(nèi)以 10 μm 精度調(diào)整重量為 500 磅（約 900 克）的模具位置。
這一過程對注塑機設(shè)計提出了挑戰(zhàn)，需要根據(jù)精確的壓力、溫度和時間規(guī)范提高注塑過程重復(fù)精度，以確保零件的高品質(zhì)。
“倍福 2012 年就與 MHS 有過合作，當(dāng)時他們需要性能更強大的自動化、通信和遠程訪問系統(tǒng)。”倍福加拿大區(qū)域銷售經(jīng)理 Paul Pierre 說道。2016 年，MHS 要為完成 M3 系列的初始建造尋找新的控制解決方案，再次找到了倍福。一臺搭載四核 Intel® CoreTM i7 處理器的高性能 C6920 控制柜式工業(yè) PC 被選為 M3 的控制平臺。一臺寬屏的 CP3921 控制面板用作 HMI 硬件。MHS 可以使用這臺 21.5 英寸的多點觸控顯示屏重新配置控制界面，以更好地適應(yīng)微成型工藝，并可概覽所有工藝變量。
M3 微注塑機是生產(chǎn)醫(yī)療設(shè)備和電子產(chǎn)品等微型零件的理想選擇。
通過 EtherCAT 實時通信是關(guān)鍵
EtherCAT 可為復(fù)雜的運動結(jié)構(gòu)提供實時通信。由于微型零件使用的塑料非常少，很難實現(xiàn)在不影響熔體質(zhì)量的情況下保持加工溫度。MHS 采取的工藝是在塑料熔體到達閥口前才將其加熱到加工溫度，這樣可以延長材料塑化時間，大大減少浪費。
4 通道 EtherCAT 熱電偶輸入端子模塊 EL3314 和 TwinCAT Temperature Controller（TF4110）使得該實施成為可能。MHS 使用了 14 個公差要求為 ± 0.1 °C 的加熱器。EL3314 和溫度控制軟件的表現(xiàn)非常出色。倍福 AX5000 伺服驅(qū)動器中還配備了 AX5721 編碼器選項卡，支持高分辨率的線性編碼器。TwinSAFE I/O 和驅(qū)動器功能用于控制安全鎖、急停按鈕和安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷（STO）功能選項。
倍福的 AX5000 伺服驅(qū)動器驅(qū)動用于實現(xiàn)水平運動的 AL2815 直線伺服電機和用于實現(xiàn)垂直運動的 AL2412 直線伺服電機，以控制開模和合模運動。“如果沒有 EtherCAT 在 I/O 和驅(qū)動器中的實時功能，就不可能快速達到 10 μm 的精度。”MHS 的設(shè)計部經(jīng)理 Ryan Craig 說道。
MHS 選擇了倍福的 21.5 英寸 CP3921 多點觸控控制面板，為操作人員提供了更大的透明度和可用性。
兼顧高產(chǎn)能與高品質(zhì)
“倍?；?PC 的自動化技術(shù)幫助我們實現(xiàn)了高動態(tài)線性運動軌跡精度，通過電子郵件發(fā)送日志以防止出現(xiàn)故障，連接云端并與第三方設(shè)備（如相機和烘料機）通信。”MHS 公司高級自動化工程師 Amir Abbas Shoraka 解釋道。
倍福的 AX5000 系列伺服驅(qū)動器用于高動態(tài)地控制螺桿、線性模具運動和側(cè)裝式機器人的運動。
緊接著，MHS 想要進一步提升產(chǎn)能，于是在 2020 年開始將 M3 從 8 x 1 個微型零件型腔模塊擴展到 8 x 4 個模塊，對于由此誕生的速度更快的 32 腔版本，它們能夠使用相同的控制架構(gòu)。32 腔版本在側(cè)面還加裝了一個高速機器人，它以 0.4 毫秒移動 1000 毫米的速度進入單元，再以 0.4 毫秒的速度出來。AX5000 驅(qū)動器與兩臺 AM8042 伺服電機以及一個外部制動電阻用于實現(xiàn)上述過程。
在新的 Alpha M3-D32 中，62 個加熱器控制器在同一個控制平臺上工作，以 5 毫秒的周期時間控制軸和設(shè)備的動作時序。“除了機器人技術(shù)之外，M3 設(shè)備上還添加了一些控制智能，以及用于零件檢測和模具安全的視覺系統(tǒng)，它們都通過 EtherCAT 通信。我們使用性能同樣強大的基于 PC 的設(shè)備控制器實現(xiàn)了這一切，未造成任何性能損失。”Amir Abbas Shoraka 說道。MHS 在 EtherCAT 方面取得了巨大成功，因此公司也決定加入 EtherCAT 技術(shù)協(xié)會。
最早的 M3 設(shè)備就已經(jīng)超越了行業(yè)標準，可在一個實際工作日內(nèi)零浪費地平均生產(chǎn) 170,000 個微型零件。例如，如果零件的重量為 10 毫克，那么整個生產(chǎn)過程正好需要 1 公斤塑料顆粒。即使是聚醚醚酮（PEEK）及其它高熱材料，M3 也能達到相同的效率和品質(zhì)。“從 2016 年的第一臺 M3 微注塑機起，零件的原型參數(shù)與大批量生產(chǎn)的加工參數(shù)就一直保持一致。”MHS 公司創(chuàng)始人 Harald Schmidt 說道。
M3-D08 縮小了微成型的質(zhì)量差距，而 Alpha M3-D32 在不影響其在壓力、溫度和時間方面的可重復(fù)性的情況下具有更高的產(chǎn)能。M3 系列在設(shè)備運動、注射、冷卻、頂出和機器人方面可以達到 4 秒或更短的周期時間。擴大規(guī)模后的系統(tǒng)的平均日產(chǎn)量達到 69 萬個零件，是以前系統(tǒng)產(chǎn)量的四倍多。
關(guān)于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術(shù)的驅(qū)動者，倍福定義了自動化領(lǐng)域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動產(chǎn)品和 TwinCAT 自動化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領(lǐng)域提供開放式自動化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設(shè)立 30 多家分支機構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及 70 多個國家和地區(qū)。
倍福于 1997 年進入中國市場，中國區(qū)總部落戶于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國內(nèi) 30 座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、半導(dǎo)體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領(lǐng)域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽。倍?；?PC 的控制技術(shù)具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動化技術(shù)完美融合在一起，為實現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。
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