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Relatório de utilizador

Atendendo a altas demandas

Combinação de tecnologia de sensores ópticos e táteis para peças moldadas por injeção perfeita

Muitas peças moldadas por injeção para tecnologia médica e laboratorial, mas também para a indústria automotiva, têm requisitos de qualidade extremamente altos. A fim de atender a estas necessidades e continuar a ter sucesso econômico, a TPK-Kunststofftechnik decidiu investir em uma máquina de medição de coordenadas multi-sensores Werth e assim otimizar ainda mais toda a cadeia de processo.

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 e administrada por Werner Ternka e seus filhos Heiko e Mario, a empresa familiar emprega cerca de 30 pessoas e cobre toda a cadeia do processo: desde a consultoria até o projeto, fabricação de ferramentas e produção de protótipos até a moldagem e montagem de injeção em série.

Os clientes são principalmente empresas dos setores médico, laboratorial e de tecnologia automotiva, que são conhecidos por terem requisitos de qualidade muito elevados. As exigências aumentaram ainda mais nos últimos anos, enfatiza Mario Ternka, responsável pelo desenvolvimento de produtos, design e fabricação de moldes: "Os dados de desenho que recebemos hoje de nossos clientes contêm muitas dimensões e tolerâncias que não podem ser medidas com equipamentos de medição manuais 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 hardware adequado, mas também de um grande know-how que traduza os valores medidos na linguagem da fabricação de moldes. Portanto, não podemos deixar a medição para um prestador de serviços de metrologia".

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

Portanto, a TPK decidiu investir em equipamentos de medição apropriados. Com base em uma folha de especificações de 60 pontos, uma equipe de especialistas da TPK avaliou as ofertas de conhecidos fabricantes de equipamentos de medição – e decidiu adquirir uma máquina de medição de coordenadas multi-sensor ScopeCheck® FB 3D em Werth Messtechnik em Giessen.

Seu projeto com uma ponte fixa sobre uma base de granito e as robustas guias mecânicas de precisão garantem a mais alta precisão, mesmo quando usado próximo à produção. O equipamento inclui um sensor de processamento de imagem com Werth Zoom e uma unidade de iluminação suplementar com vários anéis para detecção rápida e confiável de bordas, bem como a sonda de varredura SP25; além disso, a varredura raster é usada para gerar imagens gerais de alta resolução a partir de imagens individuais tiradas enquanto o sensor está em movimento, nas quais as medições podem então ser realizadas de forma conveniente. 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.

Combinação de tecnologia de sensores ópticos e táteis para peças moldadas por injeção perfeita
Mario Ternka está entusiasmado com o Werth ScopeCheck® FB: "Especialmente a precisão e a velocidade dos sensores óticos que não teríamos pensado ser possíveis antes".

Mas como foi tomada a decisão? "No topo de nossa lista de exigências estava a combinação de opções de medição ótica e tátil", 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 entusiasmados com a tecnologia de sensores óticos do Werth ScopeCheck® FB: "Não teríamos pensado na precisão e velocidade possíveis antes. Ele também enfatiza sua boa acessibilidade e facilidade de uso: "O dispositivo – pode ser programado rápida e facilmente após apenas um pequeno treinamento –. A medição e a avaliação são então executadas de forma totalmente automática".

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

A moldagem por injeção é um processo primário de moldagem no qual critérios de qualidade como tolerâncias de forma e posição etc. são muito mais difíceis de manter do que na usinagem. Requer um grande know-how de fabricação e uma cadeia de processos como a que a TPK desenvolveu e otimizou constantemente nos últimos anos.

No início da cadeia do processo está o modelo CAD 3D. Com ele, os projetistas criam um molde virtual inicial e uma simulação de moldagem por injeção. Por um lado, os resultados da análise são usados para otimizar o artigo e, por outro lado, são usados para melhorar a ferramenta do molde. Desta forma, os engenheiros plásticos tentam neutralizar as dificuldades da moldagem por injeção – especialmente as distorções causadas pela retração longitudinal e transversal –.

"Já no projeto do molde de injeção, temos que levar em conta as trajetórias de fluxo do plástico, prever canais de têmpera e resfriamento e planejar a desmoldagem e remoção da peça", explica Mario Ternka. A simulação repetida fornece informações sobre o sistema de canais quentes adequado, o ponto de injeção ideal, a posição dos canais de resfriamento, as permissões, o coroamento e muito mais. Somente quando os especialistas em moldagem por injeção têm certeza de que o projeto do molde se encaixa no todo é que eles fabricam o molde de aço. Isto é feito na TPK principalmente em máquinas-ferramentas modernas, por exemplo, através de fresagem e erosão de 5 eixos.

Em casos simples, a precisão dimensional das complexas ferramentas de moldagem é medida diretamente na máquina-ferramenta. Medidas difíceis, tais como a posição de um contorno para as bordas externas, bem como a posição de reentrâncias para um bolso ou de núcleos virados, podem ser realizadas pelos fabricantes de ferramentas com o Werth ScopeCheck® FB e a combinação da tecnologia de sensores óticos e táteis.

Assim que o molde estiver pronto, ele é amostrado em uma das 15 máquinas de moldagem por injeção com forças de fixação de até 2200 kN e ainda mais otimizado na ferramentaria até que a moldagem por injeção e a desmoldagem sejam estáveis. Em seguida, o projetista da TPK cria um programa de medição em uma peça de amostra injetada no ScopeCheck® que registra todos os critérios decisivos. Com base nos resultados, outras mudanças no molde são decididas. Mario Ternka enfatiza: "Nesta fase, geralmente estamos falando de correções na faixa de alguns décimos a centésimos de milímetro, que são necessárias para manter tolerâncias muito apertadas. Sem a precisão de nosso dispositivo multi-sensor, não seríamos capazes de registrar tais valores, ou apenas com grandes despesas".

Engenharia reversa para fabricação de moldes

Como exemplo de retrabalho de alta precisão, ele cita uma superfície em um componente médico que deve ter uma planicidade na faixa de menos de 0,1 mm. Se esta tolerância não puder ser alcançada de forma confiável através do ajuste do controle de temperatura ou outros parâmetros de moldagem por injeção, a TPK vai pelo caminho da correção mínima do molde. Primeiro, o funcionário responsável mede a área afetada com o sensor cromático Werth CFP. "Com este sensor óptico, também somos capazes de detectar planicidade em uma polilinha, que antes era muito difícil e demorada", interjeta Mario Ternka. Quando passamos o sensor sobre a superfície, rapidamente obtemos uma declaração altamente precisa sobre a planicidade de nosso artigo".

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Esta pequena placa de Petri contém microcavidades no fundo para análises de célula única, que podem ser detectadas opticamente com precisão μm usando o Werth ScopeCheck®
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Aqui estão as microcavidades da placa Petri: cada campo mede apenas alguns décimos de milímetro

Se, por exemplo, uma leve curvatura causada pela retração do material puder ser detectada, o projetista pode alimentar o sistema CAD com os dados de medição e espelhar a superfície curvada na área correspondente do molde. A partir dos dados CAD corrigidos, ele gera um programa CAM com o qual esta coroação, como é chamada uma deformação saliente, é fresada na ferramenta de molde. Após a reinjeção, a planicidade desejada é alcançada à medida que o plástico encolhe.

Tal forma de engenharia reversa é chamada engenharia reversa. "Combinando métodos de medição ótica e tátil, podemos também capturar peças inteiras como uma nuvem de pontos em alta velocidade de medição com nosso ScopeCheck® e alimentá-las de volta aos dados CAD. Estamos sempre em demanda por isto", explica Mario Ternka.

Comprovado na prática

O diretor administrativo adoraria apresentar uma seleção das sofisticadas peças moldadas por injeção produzidas por sua empresa, mas a obrigação de sigilo o torna mais lento. Portanto, ele demonstra as capacidades do Werth ScopeCheck® em uma placa de cultura celular. Ela vem da linha de produtos da subsidiária "zell-kontakt" da TPK, especializada no desenvolvimento e produção de cultura de células e produtos de laboratório para procedimentos modernos de imagem e microscopia. Além disso, a zellkontakt oferece placas de triagem para espectroscopia UV e placas de matriz de grande área para análise de tecidos.

Tal placa UV, como utilizada atualmente, por exemplo, na pandemia COVID-19 para medições PCR, contém 96 poços cuja superfície de visualização consiste em uma película transparente e fina com alta transmitância na faixa UV.

Anéis de condensação também são inseridos na tampa, que deve caber 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 fornecidas de forma otimizada.

Isto significa: maiores exigências de posição, redondeza e planicidade, tanto para a placa quanto para a tampa. Além disso, a planaridade da placa de cultura celular desempenha um papel importante quando se trabalha com microscopia automatizada ou métodos de medição em geral. "Os sensores óticos têm a precisão de medição necessária e reduzem o tempo necessário para medir estas peças de horas para apenas alguns minutos", Ternka tem o prazer de dizer.

Junto com seus colegas, ele ainda está descobrindo novas áreas onde o ScopeCheck® pode ser aplicado de forma útil para gerar maior qualidade e eficiência econômica. Ternka resume: "Estamos certos de que a combinação de sensores óticos altamente precisos e rápidos com a tecnologia de sensores táteis para a medição completa de diferentes peças continuará a abrir muitas portas para nós. Porque com o Werth ScopeCheck® somos capazes de detectar critérios onde outros falham".

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Uma placa de cultura celular, como a utilizada atualmente para medições de PCR na pandemia COVID-19, por exemplo: A forma e a posição dos 96 poços aqui são toleradas de perto. O mesmo se aplica aos anéis de condensação na tampa, que têm de caber exatamente nos campos
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