Ruiskuvalu on edelleen tehokkain massatuotantomenetelmä muovikappaleille. Verrattuna muihin lisääviin valmistusmenetelmiin, se on toistaiseksi ainoa taloudellinen menetelmä suurille sarjoille ja kun halutaan lujia ja laadukkaita kappaleita. Ruiskuvalua on käytetty jo vuosikymmeniä ja vaikka nopeasti kehittyvät 3D-tulostusmenetelmät muodostavat potentiaalisen uhan, kehittyy samalla myös ruiskuvalu niin menetelmän, laitteiden kuin älykkyydenkin puolesta.
Kirjoittajat: Tommi Huotilainen ja Reijo Heikkinen
Ruiskuvalumenetelmän periaatteet
Ruiskuvalu on yksi yleisimmistä muovien valmistustekniikoista. Granulaattimaisessa muodossa oleva muovimateriaali johdetaan raaka-aineimurilla ruiskutusyksikön luokse, jossa ruuvi annostelee sopivan annoskoon kappaleelle. Kappale saa muotonsa muottipuoliskossa olevalla työkalulla, jota myös kutsutaan ruiskuvalumuotiksi. Sula materiaali ruiskutusyksikössä ruiskutetaan työkaluun kovalla paineella, jonka jälkeen seuraa jälkipaine. Jälkipaine kompensoi muovimateriaalin kutistumista työkalun sisällä. Jälkipaineen loppuessa seuraa jäähdytys, joka on prosessissa pisin aikaa vievä vaihe. Työkalun auetessa ulostyöntö työntää kappaleen ulos ja sykli toistaa itseään yleensä kymmeniä tuhansia kertoja peräkkäin.
Kyseessä on monimuotoinen prosessi, jossa jokainen parametrin säätö vaikuttaa ruiskuvalettavan kappaleen kestävyyteen ja laatuun. Tuotteita koeajattaessa täytyy miettiä ongelmanratkaisua laajemmin, kuin pelkästään ruiskuvalukoneesta parametreja asettamalla ja muuttamalla. Ruiskuvalusolu koostuu monesta eri oheislaitteesta, jotka voivat tuoda oman haasteensa saamaan solu toimimaan mahdollisimman tuotantotehokkaasti. Osaltaan tehokkuus perustuu mahdollisuuteen käyttää erilaisia materiaaleja yhdessä. Kestomuoveja on mahdollista uusiokäyttää neitseellisen materiaalin seassa maksimissaan 30% ilman, että neitseellinen materiaali menettää ominaisuuksiaan. Tässä täytyy ottaa kumminkin vaatimukset huomioon ja aina ei ole mahdollista uudelleen kierrättää materiaalia niin tehokkaasti.
Äly ruiskuvalukoneissa
Nykyajan teknologioilla on mahdollista lisätä tekoälyä ruiskuvaluprossessin laadunhallintaan. Tekoäly havaitsee prosessin muuttuessa tulevan laadullisen puutteen ja yrittää korjata prosessia muuttamalla kappaleen laadullisesti takaisin haluttuun tasoon. Tällä tavalla saadaan laadullinen taso korkeammalle ja mahdollisesti jaksoaika lyhennettyä, joka takaa enemmän kappaleita pienemmässä ajassa. (Engel 2018.) Ohjelmien tuoma tilastollinen laskenta tuo esiin sellaista tietoa prosessista, jota ei välttämättä kokeneinkaan työntekijä pysty näkemään (Huotilainen 2018).
Sovellukset yleensä seuraavat graafia, joka esittää jonkinnäköisessä suhteessa materiaalin käyttäytymisen prosessin aikana. Graafissa olevan käyrien muuttuessa sovellus suorittaa ajo parametreille muutoksia, jotta laadunhallinta saadaan takaisin vaaditulle tasolle.
Jos ruiskuvalukone on vanhempaa mallia, niin mahdollista on myös ostaa eri tahoilta sovellukset, joilla saadaan tekoäly lisättyä ruiskuvalukoneeseen. Tietyt sovellukset vaativat muottiin asennettavat anturit, joista saadaan paljon tarkempaa tietoa laadunhallintaan. Käytettävät anturit ovat yleensä pietsoelektrisiä tai -resistiivisiä antureita. (Kistler 2018.)
Älykkäät ruiskuvalukoneet
Industry 4.0 rantautuu tehtaisiin digitalisaation myötä. Kyseinen teknologian tarkoituksena on tietokoneiden kommunikointi toistensa kanssa. Tällä tavalla tuotantolaitteet saadaan tekemään mahdollisiin ongelmakohtiin ratkaisumalleja ilman ihmisen läsnäoloa. Tietokoneiden tarkoituksena on kerätä mahdollisimman paljon dataa, jotta äly tietokoneissa tulee ”älykkäämmäksi”. Älyn kasvaessa tästä tulee tukipilari tuotannolle, jotta tuotanto toimisi tehokkaammin, tuottavammin ja vähemmällä hukalla. Loppupelissä tietokoneet luovat ja jakavat keskenään dataa, joka on Industry 4.0 tarkoituksena. (Marr 2018.)
Tyypillisen ruiskuvalutehdas on painottunut valmistamaan kappaleita riittävällä laadulla ja samalla minimoimaan kustannukset. Henkilökunta kerää tietoa nykyisestä prosessin tiedoista ja etsivät ongelmista, jotta prosessi on mahdollista optimoida ja tuotannonkapasiteetti saada tehokkaaksi taaten turvattu tuotto. (Schumacher 2017.)
Ruiskuvalutehtaat, jotka painottavat teknologiansa Industry 4.0: n seuraavat myös edellisessä kappaleessa mainittuja periaatteita. Tulevaisuuden ruiskuvalutuotannon tarkoituksena on, että älykkäiden laitteiden myötä oheislaitteiden yhdistäminen on helppoa, analysoivaa ja prosessin parametrien muuntaminen helppoa. Huollon mahdollistaminen etänä ja datan käsittely olisi hyvin järjesteltyä. (Schumacher 2017.) On olemassa jo tehtaita, jossa työkalun vaihto tapahtuu automaattisesti. Kun tehdas saa tilauksen jostakin heidän tuotteestaan, tietokone tekee päätöksen siitä, mikä kone ja milloin alkaa tehdä tilauksen tuotteita. Kaikki tämä tapahtuu automaattisesti, mukaan lukien muotin vaihto ja tuotannon käynnistäminen.
Tässä ovat jo monet ruiskuvalukoneiden valmistajat ottaneet harppauksen eteenpäin ja mahdollistaneet osan tulevaisuuden ruiskuvalutehtaan katselmuksesta. Mahdollistava teknologia on ollut olemassa jo pitkään. Kysymys on ollut enemmänkin investointeihin ja asenteisiin liittyvä.
Lähteet
Engel. 2018. Inject 4.0. [Viitattu 14.11.2018]. Saatavissa: https://www.engelglobal.com/en/at/inject-4-0/ueber-inject-4-0.html
Huotilainen, T. 2018. Ruiskuvalun koeajot laadunhallintaohjelmistoa hyödyntäen. AMK-opinnäytetyö. Lahden ammattikorkeakoulu, tekniikan ala. Lahti.
Kistler AB. 2018. Pressure sensors. [Viitattu 14.11.2018]. Saatavissa: https://www.kistler.com/en/products/components/pressure-sensors/
Marr, B. 2018. What is Industry 4.0? Here’s A Super Easy Explanation For Anyone. Forbes.[Viitattu 14.11.2018]. Saatavissa: https://www.forbes.com/sites/bernardmarr/2018/09/02/what-is-industry-4-0-heres-a-super-easy-explanation-for-anyone/#2593ed099788
Schumacher, C.2017. Putting Industry 4.0 to Work in a Molding Plant. [Viitattu 14.11.2018]. Saatavissa: https://www.ptonline.com/articles/putting-industry-40-to-work-in-a-molding-plant-
Kirjoittajat
Tommi Huotilainen toimii projekti-insinöörinä Muovipoli Oy:ssä ja valmistuu muovitekniikan insinööriksi LAMKista.
Reijo Heikkinen toimii LAMKissa muovitekniikan vastuuopettajana.
Artikkelikuva: Christoph Roser. Illustration of Industry 4.0, showing the four ”industrial revolutions”. Saatavissa: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Industry_4.0_NoText.png (CC-BY-SA 4.0)
Julkaistu 20.12.2018
Viittausohje
Huotilainen, T. & Heikkinen, R. 2018. Tulevaisuuden teknologiat ruiskuvalutuotannossa. LAMK Pro. [Viitattu ja pvm]. Saatavissa: http://www.lamkpub.fi/2018/12/20/tulevaisuuden-teknologiat-ruiskuvalutuotannossa/
