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Sep 05, 2023

スタックとマルチ

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現代医学はプラスチックなしでは今日の医療には及ばなかったでしょう。 ホット ランナーおよびコールド ランナー技術の技術専門家であるギュンター ホット ランナー テクノロジーは、次の例が示すように、医療技術における広範な専門知識を示しています。

パンデミックは、今日の医療システムがもはやプラスチックなしでは成り立たないことを示しています。 その理由は、プラスチックが衛生基準を維持し、感染症や細菌の伝播を防止することに主な役割を果たしているからです。 医療機器も同様です。 プラスチックは、この材料なしでは透析機械などの機器が実際に機能しないため、非常に有益です。 プラスチックは、今日の医療のほぼすべての分野で、滅菌包装、注射器、カテーテル、ホース システム、インプラント、人工代替品、または薬物放出剤形などの品目に使用されています。 使い捨て製品は何よりも衛生面での利点があり、その結果、ガラスや金属で作られた再利用可能な部品を置き換えるケースが増えています。

プラスチック製品が医療で使用される場合はどこでも、信頼性が高く効率的な製造プロセスが必要です。 ギュンターのホット ランナー テクノロジーは、複雑なアセンブリや小型化が進む成形部品のプロセスの信頼性を最大限に確保します。 現在の例は、側方流動試験用の 2 つのケーシング コンポーネントです。 このテストデバイスはカセットを備えており、その上部と下部のプラスチックケースが、さまざまな化学物質が含浸された複合パッドストリップを囲んでいます。 2020年3月、英国のメーカーは、上部および下部カバーセクション用の8滴テストツールと、対応する32滴シリーズの生産ツールを生産する契約を獲得しました。 このプロジェクトには、技術的に熟練した金型メーカーだけでなく、革新的なホット ランナー サプライヤーも必要でした。 ギュンター ホット ランナー テクノロジーは、過去にこのような特殊な医療業界のプロジェクトにすでに取り組んでおり、バルブ ゲート テクノロジーがこのプロジェクトに最適であることを知っていたため、ここに関与しました。

ホット ランナー システムの要件には、クリーンなゲート ポイント、すべての部品の均一な充填、そして何よりも信頼性が含まれていました。 必要な低いキャビティ間隔を確保するために、小さなノズルヘッドを備えた 6NMT バルブ ゲート ノズルが使用されました。 従来の発熱体を備えたこのバルブ ゲート ノズルは、チタン合金とステンレス鋼で作られた 2 つの部分からなるシャフトで構成されており、特徴的な発熱体のおかげでノズルの全長にわたって非常に均一な温度プロファイルが保証されます。 したがって、材料は液滴内に穏やかに誘導されます。 遮断動作中、ニードルはまず円錐を越えて円筒形のプレセンタリング装置まで導かれ、円筒形のゲート ポイントに正確に浸されます。 使用されているギュンター針アクチュエータは、正確でインテリジェントな針制御を実現し、簡単な取り付けと接続技術を実現します。 個々のバルブ ゲート ノズルの開口部が均一であるため、ショット重量が最小であっても、信頼性の高い射出プロセスが保証されます。 ANEH ストローク機構は、8 滴テスト ツールと 32 滴シリーズの製造ツールの両方で使用されています。

ホットランナー

温度制御ユニットの直感的な操作

金属針がオーバーモールドされる注射針を備えたロッキングハンドルの製造に使用されるような、特殊な複数コンポーネントの用途やファミリーモールドは非常に困難です。 ロッキングハンドルの部品設計を変更したため、金型を一から設計し直す必要があった。 論理的には、射出時間も節約できるように金型設計を作成する必要があると考えられます。 ただし、異なるパーツの体積のバランスをとると問題が発生しました。 ここで、ギュンター ホット ランナー テクノロジーがバルブ ゲート システム用の電気ドライブで登場しました。

電気駆動装置は、その正確な制御により大きな利点をもたらします。 信頼性の高い射出プロセスを確保するには、バルブ ゲート テクノロジーの正確でインテリジェントな操作が必要です。 電気駆動のバルブ ゲート システムにより、ニードル位置とストローク長を 3 つ以上の位置で可変かつ正確に設定できます。 針の動きも同期するため、高い再現精度を実現します。 この目的のために、時間を遅らせてニードルを開き、両方の部品が均一に充填されるように金型のバランスを取ることができます。 このケースでは、ステッピング モーターを備えた電動バルブ ゲート ホット ランナー システムが使用されました。 SMA 10 E02 ステッピング モーターは、最適な力と変位の動作を組み合わせた高精度を保証します。 モーターは対応する DPE コントロール ユニットと一緒に使用されるため、正確なバルブ ゲート制御が保証されます。 針も1～100mmの範囲で調整可能です。 Blue Flow ヒーターを備えた KA ニードル ガイドを備えたバルブ ゲート ノズルと 2 つの部分からなるシャフトにより、このクリーン ルーム対応アプリケーションが完成します。

このプロジェクトの主な課題は、体積の異なるさまざまな部品のバランスをとることでした。そのため、制御は Priamus の温度センサーと内部圧力センサーにリンクされました。 これにより、流路の終端に設置された温度センサーからのデータに基づいてバランスが確実に行われるようになりました。 溶融物がセンサーに到達すると、制御システムがニードルバルブを引き込みます。 内圧センサーにより保圧に切り替えます。 温度および内圧センサー システムには、関連する制御技術を介してギュンター バルブ ゲート システムと良好に通信できるという利点もあります。

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現在進行中の研究と、人件費の上昇や人口動態の変化などの市場の変化により、病院やその他の医療施設は、再利用可能な器具に代わる使い捨て器具の購入を余儀なくされており、その準備コストは器具およびサイクルごとに約 2.50 ～ 3.50 ユーロかかります。 これは、使い捨て製品の調達コストが、再利用可能な器具を準備するコストよりも大幅に低い場合があるためです。 医療機関が新しい機器のみを使用する場合、修理費用も発生しません。

しかし、メーカーはこれらの使い捨て機器をコスト効率の高い価格で供給するために生産能力を増強する必要があります。 これが、スタックモールドが需要がある理由です。 メーカーは、射出成形機のサイズを比較的小さく保ちながら、生産される部品の量を増やすために、射出成形プロセスでこれらを使用することを好みます。 財務上の観点からは、機械稼働率に対して大幅に増加した生産量が製造されます。 その結果、機械は追加の生産能力を生み出しながら、ほぼ半分の時間で計画されたバッチサイズを生産します。

エネルギー効率

金型技術: ブルー ノズルによりエネルギーコストを最大 50% 節約

ただし、スタック金型の場合、ホット ランナー システムのレイアウトは、16+16 ドロップ金型の例のように非常に複雑であるため、金型メーカー、射出成形業者、ホット ランナー メーカーの間の緊密な調整が不可欠です。特別な医療技術コンポーネントを示しています。 製造される部品はポリオレフィン製で、体積は 10.5 cm3 です。

最初に次の情報を取得する必要があります。 成形品をどのようにゲート制御する必要がありますか? 開いたノズルを使用するか、それともバルブ ゲートを使用しますか? 次に、プラスチックの種類と部品の形状に基づいてノズルの種類が選択されます。 バルブ ゲート設計のドライブのタイプは、個別のバルブまたはプレート ドライブが使用されるかどうかによって異なります。 部品は背中合わせに配置されるのか、それとも互い違いに配置されるのかなどの質問に答える必要があります。 溶融物は長い注ぎ口を通して移動する金型領域に移送されますか? それとも分割された移送経路を介して移送されますか? 予想される射出時間または単位時間当たりの材料スループットはどれくらいですか。 最終ステップとして、金型のサイズと可能なシステムの高さを決定できます。

成形品をゲートするために選択されるノズル タイプは、通常、必要なゲート ポイントの品質によって異なります。 完全にファイバーフリーのゲートを実現できるのは、バルブ ゲート システムのみです。 コスト上の懸念や金型の高さの制限により、オープン ホット ランナー ノズルを使用することに決めた場合は、プロセス中に十分な減圧が達成できることを確認する必要があります。 機械の減圧が不十分な場合、金型を開いたときに溶融物がパーティング ラインに流れ込む可能性があります。 この過剰は次のサイクル中にコールド スラグの原因となり、その後成形品内で発見されるか、射出中にゲートが開くのを妨げます。 減圧を補助するために、適切な減圧ユニットをマニホールドに取り付けることができます。 減圧の問題を事前に明確に解決できない場合は、リリーフバルブに必要なスペースを構造設計に含めることをお勧めします。 バルブ ゲート ノズルを使用する場合、ニードルが適切なタイミングで閉じられていれば、溶融物がゲート ポイントから流出することはありません。 ノズルを選択するときは、取り付けおよび取り外しのオプションを考慮する必要があります。

ギュンターから入手可能なオープン システム用の STT または STF ノズル、およびバルブ ゲート用の NTT または NTF ノズルは、パーティング ラインでの取り付けと取り外しができるように設計されています。 これは、ホット ランナー システムの残りの部分を分解する必要がないことを意味します。 必要に応じて、金型を所定の位置に固定したままノズルを交換することもできます。 ノズルには、電源とヒーターを接続するためのプラグ接続が装備されています。 ノズル交換時にアタッチメントハウジングまでの配線をはんだ付けする必要がないため、手間が省けます。 その結果、射出成形機のダウンタイムが短縮されます。 ノズルの位置はヘッド上の 2 つのダイヤルを使用して設定します。 上部のダイヤルも漏れ防止機能を備えています。 ノズル保持プレートを通してパーティング ラインに向かってケーブルを配線すると、ケーブルの熱過負荷が防止されます。 16+16 ドロップモールドには、ゲート ポイント直径 1.2 mm の 6NTT3-150VA バルブ ゲート ノズルを使用しました。 VAニードルガイドタイプは粉末冶金鋼を使用しており、硬度約60HRCのため長寿命でニードルガイド付近のゲートも良好です。

資源の節約

革新的なホットランナー技術で材料をより効率的に使用する方法

ホット ランナー マニホールドは、可塑化された溶融物を接続ノズルからホット ランナー ノズルに移送するように設計されています。 16+16 ドロップ金型の場合、マニホールド内のランナー径、ホットランナーノズル、接続ノズルはシミュレーションソフト Sigmasoft を使用して計算しました。 マニホールドの熱特性は、圧力損失と材料せん断の計算結果に加えて計算されます。 分配は、ストレートな 2 ドロップ メイン マニホールドを介して 4 つの 8 ドロップ サブ マニホールドに行われます。 メルト チャネルの直径はマニホールド入口で 16 mm から始まり、バルブ ゲート ノズルへの出口穴では 6.2 mm まで減少します。 スタックモールド内のノズルが千鳥状に配置されているため、より少ない数の溶融マニホールドでの作業が可能になります。 これにより、システムの高さが減り、金型の重量も減ります。

スタックモールド用のホット ランナー システムにおける溶融物の移送は、長い端と端の接続ノズルを使用して連続的に行われるか、分割された移送パスを使用して行われます。 私たちのアプリケーションでは、金型全体をクランプできないため、分割転写が必要でした。 固定ノズル側、ホットランナーを備えた可動センターブロック、可動エジェクター側は個別にクランプされ、射出成形機に嵌合されます。 接続ノズルのメルト チャネルの直径は 16 mm です。 固定ノズル側にオープンノズル、移動したセンターブロック側にバルブゲート付き接続ノズルを取り付けます。 このバルブ ゲートにより、金型を開いたときに溶融物がパーティング ラインに侵入できないことが保証されます。 接続ノズルのゲートは 1 つの空気圧シリンダーによって駆動されます。 EEV シングル空気圧バルブを備えたバックツーバック ソリューションは、16+16 ドロップ アプリケーションで使用されました。 この場合、バルブへの空気供給穴のバランスが適切である必要があります。 単一バルブの完璧な動作を保証するには、バランスと十分に大きな穴直径が必要です。 EEV が取り付けられているダイプレートの温度は、動作中に 100 °C を超えてはなりません。 プロセス中の一般的な金型温度は 20 °C であるため、この用途では問題になりませんでした。

これらの例は、医療分野におけるコスト圧力の増大が、製造業者にとって生産能力を拡大し、コスト効率の高い作業慣行を導入する上で極めて大きな課題となっているということを示しています。 したがって、このようなプロジェクトを確実に成功させるために、スタック金型やファミリー金型、または複数コンポーネントのアプリケーションを設計する際には、早い段階でツールメーカーやホットランナーメーカーと緊密に調整することをお勧めします。

* Horst-Werner Bremmer は Günther のセールスディレクターです。

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