Combinação de sensores ópticos e táteis para peças moldadas por injeção perfeitas

A TPK-Kunststofftechnik GmbH em Nörten-Hardenberg, perto de Göttingen, é especializada na produção de artigos plásticos sofisticados e moldes de injeção. Fundada em 1997, a empresa familiar, que é gerenciada por Werner Ternka e seus filhos Heiko e Mario e emprega cerca de 30 pessoas, abrange toda a cadeia de processos: desde a consultoria, o design, a fabricação de ferramentas e a produção de protótipos até a moldagem por injeção em série e a montagem.

Os clientes da empresa incluem principalmente empresas de tecnologia médica, laboratorial e automotiva, que são conhecidas por terem padrões de qualidade muito altos. Os requisitos aumentaram ainda mais nos últimos anos, enfatiza Mario Ternka, responsável pelo desenvolvimento de produtos, projeto e construção de moldes: "Os dados de desenho que recebemos de nossos clientes atualmente contêm muitas dimensões e tolerâncias que não podem ser medidas com equipamentos de medição manual convencionais e dispositivos de medição mais simples, por exemplo, tolerâncias de forma e posição, ou seja, esquadria, paralelismo e planicidade, bem como tolerâncias de forma livre. Para medir esses critérios corretamente, precisamos, por um lado, de um hardware adequado, mas, por outro, de um grande conhecimento especializado que traduza os valores medidos para a linguagem da fabricação de moldes. É por isso que não podemos deixar a medição a cargo de um prestador de serviços de metrologia."

A TPK atende às crescentes exigências de qualidade com tecnologia de medição de última geração

Por isso, a TPK decidiu investir em equipamentos de medição adequados. Usando uma folha de especificações de 60 pontos, uma equipe de especialistas da TPK avaliou as ofertas de fabricantes conhecidos de equipamentos de medição – e decidiu comprar uma máquina de medição por coordenadas multissensor ScopeCheck® FB 3D da Werth Messtechnik em Giessen.

Seu design com uma ponte fixa em uma base de granito e as robustas guias mecânicas de precisão garantem a máxima precisão, mesmo quando usadas perto da produção. O equipamento inclui um sensor de processamento de imagem com Werth Zoom e uma unidade de iluminação suplementar de múltiplos anéis para detecção rápida e confiável de bordas, bem como a sonda de escaneamento SP25; além disso, o escaneamento raster é usado para gerar imagens gerais de alta resolução a partir de imagens individuais obtidas durante o movimento do sensor, que podem então ser convenientemente medidas. Para a medição rápida da superfície óptica, a TPK também investiu no sensor de distância Werth CFP, que utiliza a aberração cromática de lentes especiais para medições extremamente precisas e, em grande parte, independentes da superfície.

Mas como a decisão foi tomada? "A combinação de opções de medição óptica e tátil estava no topo da nossa lista de requisitos", explica Mario Ternka. "E o sensor óptico de distância tinha que fornecer resultados de medição confiáveis para peças de alto brilho, transparentes, pretas ou brancas."

Ternka e seus colegas estão particularmente impressionados com a tecnologia do sensor óptico do Werth ScopeCheck® FB: "Não imaginávamos que a precisão e a velocidade fossem possíveis antes. Esse foi o fator decisivo final a favor do ScopeCheck®." Ele também enfatiza sua acessibilidade e facilidade de uso: "O dispositivo pode ser programado – de forma rápida e fácil após um pequeno treinamento –. A medição e a avaliação são executadas de forma totalmente automática."

O Werth ScopeCheck® é um elemento importante na cadeia de processos TPK

A moldagem por injeção é um processo de formação primária no qual os critérios de qualidade, como tolerâncias de forma e posição, etc., são muito mais difíceis de cumprir do que na usinagem. Isso requer uma grande experiência em fabricação e uma cadeia de processos que a TPK desenvolveu e otimizou continuamente nos últimos anos.

A cadeia de processos começa com o modelo CAD 3D. Os projetistas usam esse modelo para criar um molde virtual inicial e uma simulação de moldagem por injeção. Os resultados da análise são usados para otimizar o artigo, por um lado, e para melhorar a ferramenta de moldagem, por outro. Dessa forma, os engenheiros de plásticos tentam neutralizar as dificuldades na moldagem por injeção –, especialmente as distorções causadas pelo encolhimento longitudinal e transversal –.

"Ao projetar o molde de injeção, temos de levar em conta os caminhos de fluxo do plástico, fornecer controle de temperatura e canais de resfriamento e planejar a desmoldagem e a remoção da peça", explica Mario Ternka. A simulação repetida fornece informações sobre o sistema de câmara quente adequado, o ponto de injeção ideal, a posição dos canais de resfriamento, as tolerâncias, o coroamento e muito mais. Somente quando os especialistas em moldagem por injeção têm certeza de que o projeto do molde é adequado, eles produzem o molde de aço. Na TPK, isso é feito principalmente em máquinas-ferramentas modernas, por exemplo, por meio de fresagem e erosão de 5 eixos.

Em casos simples, a precisão dimensional das ferramentas de moldagem complexas é medida diretamente na máquina-ferramenta. Medições difíceis, como a posição de um contorno em relação às bordas externas e a posição de recessos em um bolso ou de núcleos torneados, podem ser realizadas pelos fabricantes de moldes usando o Werth ScopeCheck® FB e a combinação de tecnologia de sensores ópticos e táteis.

Quando o molde está pronto, ele é testado em uma das 15 máquinas de moldagem por injeção com forças de fixação de até 2.200 kN e otimizado no departamento de fabricação de ferramentas até que a moldagem por injeção e a desmoldagem estejam estáveis. Em seguida, o projetista da TPK cria um programa de medição em uma peça de amostra moldada por injeção no ScopeCheck®, que registra todos os critérios decisivos. Outras alterações no molde são decididas com base nos resultados. Mario Ternka enfatiza: "Nessa fase, geralmente estamos falando de correções na faixa de alguns décimos a centésimos de milímetro, que são necessárias para atender a tolerâncias muito restritas. Sem a precisão do nosso dispositivo multissensor, não poderíamos registrar esses valores, ou só poderíamos fazê-lo com muito custo."

Engenharia reversa para fabricação de moldes

Como exemplo desse retrabalho de alta precisão, ele cita uma superfície em um componente médico que deve ter uma planicidade inferior a 0,1 mm. Se essa tolerância não puder ser alcançada de forma confiável por meio do ajuste do controle de temperatura ou de outros parâmetros de moldagem por injeção, a TPK adota o caminho da correção mínima do molde. Primeiro, o funcionário responsável mede a área afetada com o sensor cromático Werth CFP. "Com esse sensor óptico, também podemos medir a planicidade em uma polilinha, o que antes era muito difícil e demorado", acrescenta Mario Ternka. Quando passamos sobre a superfície com o sensor, obtemos rapidamente uma declaração altamente precisa sobre a planicidade do nosso artigo."

Se, por exemplo, for possível detectar uma leve curvatura causada pelo encolhimento do material, o projetista poderá alimentar os dados de medição de volta ao sistema CAD e espelhar a superfície curva na área correspondente do molde. A partir dos dados CAD corrigidos, ele gera um programa CAM com o qual esse coroamento, como é chamada essa deformação curva, é fresado no molde. Após a moldagem por reinjeção, a planicidade desejada é obtida à medida que o plástico encolhe.

Esse tipo de engenharia reversa é conhecido como engenharia reversa. "Ao combinar métodos de medição óptica e tátil, também podemos usar o ScopeCheck® para capturar peças inteiras como uma nuvem de pontos em altas velocidades de medição e convertê-las novamente em dados CAD. Sempre temos essa necessidade", explica Mario Ternka.

Comprovado na prática

O diretor-gerente gostaria de apresentar uma seleção das sofisticadas peças moldadas por injeção produzidas por sua empresa, mas restrições de confidencialidade o impedem de fazê-lo. Por isso, ele demonstra os recursos do sistema de medição de peças moldadas por injeção da Ternka. Por isso, ele demonstra os recursos do Werth ScopeCheck® em uma placa de cultura de células. Ela faz parte da linha de produtos da subsidiária da TPK "zell-kontakt", especializada no desenvolvimento e na produção de cultura de células e produtos de laboratório para modernas técnicas de imagem e microscopia. Além disso, a zellkontakt oferece placas de triagem para espectroscopia UV e placas de matriz de grande área para análises de tecidos.

Uma dessas placas de UV, como a que está sendo usada atualmente para medições de PCR durante a pandemia de COVID-19, contém 96 poços com uma superfície de visualização que consiste em um filme fino e transparente com alta transmitância na faixa de UV.

Anéis de condensação adicionais são inseridos na tampa, que deve se encaixar exatamente nas placas de múltiplos poços. Os anéis impedem que a solução nutritiva evapore durante a incubação, de modo que sua concentração permaneça constante e as células cultivadas sejam supridas de forma ideal.

Isso significa: as mais altas exigências de posição, arredondamento e planicidade, tanto em termos da placa quanto da tampa. A planicidade da placa de cultura de células também desempenha um papel importante quando se trabalha com microscopia automatizada ou métodos de medição. "Os sensores ópticos têm a precisão de medição necessária e reduzem o tempo necessário para medir essas peças de horas para apenas alguns minutos", diz Ternka, feliz.

Juntamente com seus colegas, ele ainda está descobrindo novas áreas nas quais o ScopeCheck® pode ser usado para gerar maior qualidade e eficiência. Ternka resume: "Estamos certos de que a combinação de sensores ópticos altamente precisos e rápidos com a tecnologia de sensores táteis para a medição completa de diferentes peças de trabalho continuará a abrir muitas portas para nós. Porque com o ScopeCheck® da Werth, somos capazes de capturar critérios onde outros falham."