integrat evolution integrat vario cs/wh/gt ser des variations de température dans une pla-ge...

integrat evolution integrat vario cs/wh/gt

Thermorégulation dynamique des cavités de moulage Thermorégulation cyclique de l'outillage

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integrat vario cs/wh/gt et integrat evolution Systèmes de thermorégulation à températures variables et dynamique

Les procédés conventionnels de thermorégulati-on sont utilisés depuis près de 50 ans. Ils fonc-tionnent en cycle avec un fluide de circulation à température constante, qui ne permet de réali-ser des variations de température dans une pla-ge étroite que grâce à une régulation continue ou discontinue du débit. Les thermorégulations dynamiques d’outils sont des procédés de thermorégulation avec une régulation variable cyclique de la température ; elles sont également connues sous le nom de « thermorégulation cyclique » ou de « thermorégu-lation variotherme » et existent depuis près de 40 ans. Ce n’est cependant qu’au cours des der-nières années que leur utilisation connaît une croissance dynamique. Ceci est dû aux exigen-ces des consommateurs de plus en plus strictes en termes de qualité, à l’utilisation de matières plastiques pour de nouvelles applications et à l’évolution rapide du niveau technique des solu-tions disponibles sur le marché.

Toutes les technologies proposées se fondent sur le fait que des températures élevées des

Technologie Fluide de chauffage

Vitesse de chauffage

Température maximale

Avantages économiques Consommation d'énergie

Frais d’investissement

Frais d’exploitation

Modification de l’outil

Effet voulu Applications

Haute brillance des surfaces de composants de grande taille Cadres, revêtements

Haute brillance des surfaces de composants de petite taille Boîtiers, coques de téléphones portables

Haute brillance des surfaces de composants en mousse expansée Parois, chemisages

Dissimulation de cordons de jonction individuels Parois, chemisages

Dissimulation de nombreux cordons de jonction, éviter les retassures Parois, chemisages

Surfaces fonctionnelles Technologies médicales

Moulage de microstructures Structures de surfaces en plastique, écrans

Optimisation d'adhérence pour les composants hybrides Jonctions métal - plastique

Amorçage de réactions de revêtements duroplastiques Ecrans avec revêtement anti-rayures

Optimisation de l’adhérence dans le cadre du moulage par injection de plusieurs composants Jonctions dur/dur et dur/souple

Prolongement de la distance d’écoulement Articles à parois fines, injection de métaux

parois de l’outil améliorent considérablement son remplissage et que la matière épouse ainsi mieux sa paroi. Pour éviter que les cordons de jonction soient visibles, qu’il y ait des différen-ces de brillance et d’autres défauts de surface – contrairement aux procédés conventionnels – les thermorégulations dynamiques chauffent la paroi de l’outil avec un chauffage à une tem-pérature élevée avant et pendant la phase de remplissage et une fois le remplissage de la ca-vité terminé, selon le cycle, le système passe en mode de refroidissement à basse température.

Lors du choix du système de thermorégulation, il est important de veiller à ce qu’il soit parfai-tement adapté à l’application voulue et que son utilité économique justifie effectivement le montant d’investissement et la consommation d’énergie qu’il requiert.

3Refroidir et Réguler avec Méthode www.gwk.com

La variété de procédés de thermorégulation dynamique d’outillage commercialisés à ce jour est tout aussi vaste que les champs d’application envisageables.

integrat vario cs/wh/gt et integrat evolution Systèmes de thermorégulation à températures variables et dynamique

Eau Huile caloporteur Vapeur chaude C02 Infrarouge Induction Laser

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200 °C 300 °C 200 °C 250 °C 200 °C > 300 °C > 300 °C

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Céramiques Induction Laser

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> 300 °C > 300 °C > 300 °C

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Procédés de chauffage externes Procédés de chauffage internes

chauffer refroidir

externe

électrique

cartouches de chauffage

fl uide

eau

huile caloporteur

gazeux électrique fl uide gazeux

externe

induction

laser

chauffage céramique

vapeur chaude Infrarouge

induction

laser

CO2

eau air

huile caloporteur

refrigérant

CO2

interne

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Thermorégulation des outils en fonction des processus Introduction et applications

Le moulage par injection est un processus cyc-lique, lors duquel la masse fondue chaude ent-re en contact avec une paroi d’outil plus froide. De cette manière, une fine couche extérieure gèle et se détache par rétrécissement de la ca-vité et forme un isolateur thermique alors qu’à l’intérieur de la pièce moulée, la masse fondue plastique doit encore être refroidie jusqu’à ce que la pièce formée soit stable puisse être dé-moulée sans se déformer. L’effet de ce proces-sus est double. D’une part, à cause de la mau-vaise transmission de chaleur, le temps de refroidissement augmente avec l’épaisseur des pièces moulées et devient le facteur détermi-nant pour la durée totale d’un cycle. D’autre part, en cas de hautes exigences en ce qui con-cerne la précision, pour éviter la déformation, garantir le respect de dimensions précises et obtenir une surface de haute qualité, il est in-dispensable de travailler avec une température élevée de la paroi de l’outil, ce qui prolonge da-vantage le temps de refroidissement. Les pi-

èces particulièrement affectées sont toutes les pièces moulées ayant des surfaces hautement brillantes et les verres correcteurs auxquels s’appliquent de hautes exigences de qualité et qui ne peuvent pas être fabriqués rentable-ment en grandes séries avec les procédés clas-siques de thermorégulation. Le remède à cette impasse est donné par les procédés de ther-morégulation à température variable et par la thermorégulation des cavités de moulage qui permettent de chauffer ou de refroidir en fonc-tion des nécessités du cycle de production. L’augmentation active de la température de la paroi de l’outil durant la phase de remplissage permet une meilleure formation de la surface et réduit les contraintes à l’intérieur du matéri-au. La phase de refroidissement intense qui suit ce chauffage permet de maintenir le prolonge-ment du cycle dans des limites économique-ment acceptables.

L’insert de moule pour la thermorégulation dynamique

Régulation conventionnelle de la température Thermorégulation hautement dynamique des cavités de moulage


Thermorégulation des outils en fonction des processus Introduction et applications

Thermorégulation conventionnelle avec des lignes de soudure visibles

Thermorégulation dynamique sans lignes de soudure

Les cordons de jonction visibles peuvent être évités en positionnant de manière ciblée des chauffages céramiques à haute puissance dans l’outil.

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Champs d'application de la thermorégulation de l'outillage Applications multiples

La thermorégulation dynamique des cavités de moulage joue un rôle considérable dans le cad-re du développement d’applications révolution-naires dans l’industrie automobile, dans l’industrie aéronautique, dans l’industrie médi-cale ainsi que dans d’autres secteurs innova-teurs. Une application déjà testée à de nombreuses occasions est celle de la réalisation de surfaces de haute qualité tout en évitant les défauts typi-ques comme les différences de brillance et les cordons de jonction visibles. Les surfaces fonc-tionnelles peuvent elles aussi être réalisées de manière rentable grâce à la bonne capacité de moulage des microstructures et nanostructu-res. Jusqu’à lors, les cordons de jonction visib-les ne pouvaient être éliminés avant le vernissa-ge de l’article moulé que par un processus de polissage onéreux. Des inserts de moulage inté-grés dans l’outil empêchent désormais la for-mation des défauts de surface de ce type. Se-lon les exigences spécifiques, seules certaines parties de l’outil sont équipées d’inserts chauf-

fants / refroidissants spéciaux avec chauffages céramiques hautement puissants ou bien, si nécessaire, c’est toute la surface du moule qui sera dotée d’une thermorégulation à fluide. Grâce à la réalisation de surfaces homogènes et hautement brillantes directement dans l’outil de moulage par injection, le vernissage des pro-duits devient superflu. Les inserts hautement puissants dotés de chauffages céramiques inté-grés et de refroidissements proches des cavités sont très polyvalents. Ils permettent de fa-briquer des pièces moulées avec des parois ul-trafines avec des rapports distance d’écoule-ment / épais seur de paro i jusqu’à lo r s impossibles à réaliser, aussi bien que des opti-ques de précision à parois épaisses. L’agis-sement thermique ciblé et individuel sur des composants avec des caractéristiques d’é-coulement et de refroidissement totalement dif-férentes permet de plus de travailler avec des combinaisons de matériaux jusqu’à lors impos-sibles.

Pièce moulée avec traitement antireflets Pièce moulée sans traitement antireflets

avec thermorégulation conventionnelle avec thermorégulation dynamique

Illustration des structures micro et nano


Champs d'application de la thermorégulation de l'outillage Applications multiples

Pièces moulées optiques • Qualité optimale de la surface • Composants avec de grandes

différences d’épaisseur • Moulage de nanostructures

(traitement antireflets) • Revêtement des composants avec une

protection contre les rayures directement dans l’outil

• Réduction de la double réfraction

Produits médicaux • Moulage de microstructures et de

nanostructures • Produits avec surfaces fonctionnelles, par ex.

hydrophobes, hydrophiles, antibactériennes et bioadhésives

• Composants micro-optiques

Composants expansés • Amélioration de la qualité de la surface • Influence ciblée sur la structure des

cellules

Possibilités d’application

Pièces techniques• Absence de lignes de soudure • Réduction des déformations et tensions • Absence de retassures et petites cavités • Relaxion d’orientations • Influence sur le degré de cristallinité • Haute stabilité des dimensions et de la forme • Excellente qualité de la surface et

précision des contours • Réduction de la quantité de rebuts de lance-

ment de la production • Traitement de plusieurs composants

avec différentes températures de la paroi de l’outil

Articles fins • Production de composants avec distance de

coulage/rapport d’épaisseur très élevés • Réduction de la perte de pression de remplis-

sage et de la pression d’injection nécessaire • Réduction de la force de fermeture et de la

taille de la machine

Injection à l'arrière de films métalliques

Surfaces brillantes sans lignes de soudure

Verre à paroi épaisse

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integrat evolution Thermorégulation dynamique avec chauffage céramique hautement performant intégré

Si les solutions utilisant un fluide sont en règle générale mises en oeuvre pour la régulation de surfaces complètes et présentent des proprié-tés qualitatives remarquables, les chauffages céramiques hautes performances intégrés dans l’outil sont particulièrement bien adaptés à la ré-gulation thermique localisée au coeur de l’outil. Ils permettent d’éliminer la visibilité des lig-nes de soudures d'une façon rapide, rapide tout en étant éco-energétique. Les éléments céramiques électroconducteurs présentent l’avantage d’offrir une densité de puissance sur-facique élevée, réglables à l’instant près. Des méthodes de fabrication innovantes permettent d’alterner des couches conductrices et isolan-tes. Une fois l’outil rempli, le refroidissement proche de la cavité garantit un refroidissement constant et rapide de la zone moulée. La com-binaison des deux procédés au sein d’un même système garantit une thermorégulation rentable et écoénergétique, et ce pour une grande plage de températures.

L’integrat evolution utilise plusieurs compo-sants. La technologie de l’integrat 4D est uti-lisée pour le positionnement des canaux de thermorégulation dans l’outil à proximité des cavités. L’eau en circulation pour la thermoré-gulation du moule principal est fournie par les unités de l’integrat 40. La régulation - individu-elle et économe d’énergie - du débit d’eau pour chaque canal de refroidissement de la phase de refroidissement est assurée par l’integrat direct. La commande integrat process control est res-ponsable de la communication et de la régulati-on entre les éléments de chauffage et de refroi-dissement. Tout le système est installé dans une colonne qui n’occupe qu’un espace de 60 x 60 cm. L’alimentation électrique et l’alimentation en eau de refroidissement sont assurées par des raccords communs centraux.


integrat evolution Thermorégulation dynamique avec chauffage céramique hautement performant intégré

Raccourcir la durée du cycle

Améliorer la qualité des pièces

Réduire la quantité de pièces défectueuses

Réduire les frais d’énergie

Les applications idéales sont celles consistant à réaliser des surfaces hautement brillantes pour l’industrie automobile et l’industrie des biens de consommation ainsi que pour le secteur des télécommunications. Cette technologie permet également de fabriquer des pièces moulées à parois épaisses destinées à des applications optiques de manière bien plus efficace que jusqu’à lors.

Thermorégulation dynamique des cavités de moulage Inserts d’outil avec chauffage céramique hautement performant intégré (CPH) etrefroidissement proche de la cavité

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Dans le cas de la thermorégulation dynamique des cavités de moulage, le chauffage est dépla-cé de l’appareil de thermorégulation pour être positionné à l’intérieur de l’outil de moulage à injection. Grâce à un chauffage céramique situé seulement à quelques millimètres derrière la cavité, il est ainsi possible de réaliser le change-ment de température voulu jusqu’à dix fois plus vite avec seulement un dixième de l’énergie au-trement nécessaire.

Le refroidissement de la paroi de l’outil est as-suré par un appareil de thermorégulation à re-froidissement direct et avec une température de refoulement très basse. Le refroidissement est alors effectué à proximité de la cavité par de l’eau et sert en même temps d’isolation du corps de l’outil contre le chauffage. Ceci permet de garantir un refroidissement intense et ra-pide. Un signal de la machine lance la phase de refroidissement. Après écoulement du temps de refroidissement, l’outil s’ouvre et le procédé de chauffage pour le prochain cycle commence immédiatement.

Chauffage: Dans l’outil avec chauffage céramique haute performance (CPH)

Refroidissement: Par appareil de thermo-régulation à fluide

integrat evolution Fonctionnalité et construction


Pour le haut dynamisme du guidage de la tem-pérature, les inserts de moulage avec chauf-fage céramique hautement performant (CPH) et refroidissement proche de la cavité sont d’im-portance décisive. Indépendamment de la ther-morégulation de l’outil de base, ils assurent une régulation hautement efficace de l’évolution cy-clique de la température dans chacune des ca-vités de l’outil avec des performances de chauf-fage/ refroidissement de jusqu’à 25 K/s. La régulation du processus est prise en charge par le régulateur central du système de thermorégu-lation, qui garantit en même temps également une température constante de la structure de moulage.

AS DS

Interface machine de moulage à injection

Inserts d’outil haute per-formance et integrat 4D

Plaque index

La thermorégulation des cavités de moulage offre des nouvelles possibilités technologiques pour développer des nouveaux procé-dés de moulage par injection. Exemple : Production des éléments métalliques/en plastique électro-conducteurs dans un processus de moulage par injection adiabatique et multi-composant à un étage.

Côté éjecteur Côté buse

Alliage métallique Plastique 2

Plastique 1

integrat evolution Fonctionnalité et construction

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integrat vario cs/wh Thermorégulation cyclique de l'outillage avec eau jusqu'à 160 °C / 200 °C

Pour les procédés basés sur la circulation d’un flux caloporteur, on fait appel à deux thermoré-gulateurs ou un appareil spécial bi-circuit, dans lequel un circuit est dédié aux températures chaudes et l’autre aux températures froides. Cet-te gestion des températures à deux niveaux peut se faire dans un premier temps avec un support chaud qui traverse les canaux du moule, qui est ensuite remplacé par un fluide froid. Les sondes de température, les signaux de la machine et la possibilité de régler le temps écoulé permettent de commander des groupes de vannes qui gén-èrent le basculement d’un circuit de régulationde la température à l’autre. Selon les températu-res nécessaires pour un processus spécifique, on utilisera des thermorégulateurs à eau jusqu’à 160 °C ou 200 °C et des groupes de thermo-régulation à l’huile jusqu’à 350 °C.

Le système de thermorégulation approprié se choisit en fonction des températures néces-saires pour le processus et de manière à garantir les vitesses de chauffage et de refroidissement les plus élevées avec une faible consommation d’énergie.

Les systèmes de la série integrat vario cs fonc-tionnent avec de l’eau jusqu’à 160 °C, alors que l’integrat vario wh permet de réaliser des tem-pératures allant jusqu’à 200 °C.

La structure modulaire permet de configurer le système en fonction des exigences spécifiques du processus de production.


integrat vario cs/wh Thermorégulation cyclique de l'outillage avec eau jusqu'à 160 °C / 200 °C

Augmenter la productivité

Raccourcir la durée du cycle



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integrat vario cs/wh Fonctionnalité et construction

Revêtements avec protec-tion contre les rayures

Chauffage: Par appareil de thermo-régulation à fluide La fonctionnalité du chauffage de la paroi de l’outil à un haut niveau de température est assurée par un appareil de thermorégu-lation à eau chaude sous pression avec des températures maximales de refoule-ment allant jusqu’à 200 °C. Le fluide calo-porteur chaud est pompé au travers des canaux de thermorégulation proche de l'empreinte, jusqu'à une sonde de tempé-rature signale que la température désirée de la paroi de moule est atteinte et le pro-cessus d'injection est activé.

Refroidissement: Par appareil de thermo-régulation à fluide Le refroidissement de la paroi de l’outil est assuré par un appareil de thermorégulation équipé d’un échangeur thermique à la-melles hautement efficace et fonctionnant avec une température de refoulement très basse. Ceci permet de garantir un refroidis-sement intense et rapide. Un signal de la machine lance la phase de refroidisse-ment. Après écoulement du temps de refroidissement, l’outil s’ouvre et le procé-dé de chauffage pour le prochain cycle commence immédiatement.


integrat vario cs/wh Fonctionnalité et construction

Interface machine de moulage à injection

Unité de régulation et d’accumulation d’énergie proche de l’outil Le passage de la phase de chauffage à la phase de re-froidissement et vice versa est assuré par une unité de soupapes de commutation positionnée à proximité de l’outil. Le désavantage des unites de thermorégula-tion conventionnelles qui est dû à un haut emploi d'énergie à cause des changes entre la thermorégula-tion et le refroidissement du fluide, est éliminé grâce à l'unité de regulation et d'accumulation d'énergie à haut rendement. L’ESR accumule la quantité de chaleur intermittente et la restitue au processus au moment du changement du niveau de température appliqué. Le processus d’accumulation est commandé par un régulateur équipé d’un microprocessus et s’adapte automatiquement au cycle et à la taille de l’outil.

circuit de thermorégulation 1 (circuit de chauffage)

circuit de thermorégulation 2 (circuit de refroidissement)

circuit de thermorégulation 1 (circuit de chauffage)

circuit de thermorégulation 2 (circuit de refroidissement)

moule

moule

chauffage

refroidissement

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L’utilisation de chauffages céramiques re-présente une bonne solution pour la pha-se de chauffage dans le cas de nombreu-ses applications. Pour les applications restantes et en général pour la phase de re-froidissement, les fluides gazeux s’avèrent souvent être une bonne solution car ils éli-minent entièrement le problème du degré de pollution. Leur inconvénient est toute-fois celui d’avoir une moins bonne capacité de transfert thermique. Ceci est du moins valable pour l’air qui n’est de ce fait utilisé qu’exceptionnellement pour le refroidisse-ment. Contrairement à l’air, le CO

2 présente

un potentiel de transfert thermique tout à fait intéressant.

La technologie exclusive de thermo-régula-tion dynamique au CO

2 offre tout un panel

de nouvelles perspectives et possibilités.

integrat vario gt Thermorégulation dynamique sans eau

Ce nouveau procédé écologique est par-faitement adapté pour le chauffage et le refroidissement de pièces complexes à parois fines.

L’utilisation de gaz lors des opérations de chauffage et de refroidissement permet d’éviter tout encrassement des canaux de refroidissement. Le CO

2, lorsque son choix

est correctement mis en application, repré-sente une alternative particulièrement inté-ressante aux systèmes conventionnels de régulation de la température de l’eau.


integrat vario gt Thermorégulation dynamique sans eau

Raccourir la durée du cycle



Augmenter la productivité

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integrat vario gt Fonctionnalité et construction

Le refroidissement au CO2 a largement fait ses

preuves. L’enthalpie de vaporisation élevée d'un média fl uide injecté permet une mise en œuvre particulièrement effi cace des transferts de chaleur à une température de - 76 °C. Le refroi-dissement au CO

2 est utilisé depuis de nom-

breuses années pour le refroidissement de pièces fi nes. Le fait que l’on puisse désormais chauffer au moyen de CO

2 à l’état gazeux consti-

tue une grande nouveauté. Cette technologie est parfaitement adaptée pour la thermorégula-tion dynamique d’outillage, car une fois compri-mé à la pression adéquate est suffi samment proche de l’outil, le CO

2 à l’état gazeux, à l’inverse

de l’eau et des vapeurs très chaudes, offre des propriétés exceptionnelles en termes de critici-té, de dépôt et de corrosion, y compris pour les scénarios de températures élevées. La plage élevée et inégalée de températures entre le cir-cuit chaud et froid permet d’implémenter des cycles extrêmement réduits. Les aspects posi-

tifs en termes de protection de l’environnement constituent un véritable avantage durable. Le CO

2 utilisé pour ses applications est extrait selon

un procédé chimique mettant en œuvre des sous-produits et serait normalement libéré directement dans l’environnement. Grâce à un procédé développé par Linde, ISK et gwk, le CO

2

est désormais transformé et réutilisé pour la thermorégulation dynamique de zones d’outils de plus en plus étroites et diffi ciles d’accès et aux géométries complexes. A cela s’ajoute que ce type de thermorégulation, à l’inverse de l’ensemble des autres procédés, n’exige aucune adaptation au niveau de l’installation de refroi-dissement, qu’il s’agisse des températures, des pressions, des fl ux de volume ou de la qualité de l’eau. Cette thermorégulation se prête tout parti-culièrement aux opérations en salle blanche.


integrat vario gt Fonctionnalité et construction

Le processus de chauffage Lors du processus de chauffage, le CO

2 à l’état

gazeux est guidé à travers la cavité en circuit fermé. Un compresseur se charge de compri-mer le gaz dans une plage de pression approxi-mative de 26 bars avant de pomper le CO

2 via

un réchauffeur de gaz positionnés à proximité de l’outil, où il est chauffé dans le moulage. Le CO

2 refroidi passe ensuite dans un collecteur

par l’intermédiaire d’une vanne à trois voies avant d’être de nouveau comprimé.

Le processus de refroidissement Le processus de refroidissement est ensuite gé-néré après injection de la matière de moulage en plastiques dans le moule par l’intermédiaire du dispositif de moulage par injection. Le CO

2

est alors retiré sous forme de gaz liquide depuis une bouteille à tube plongeur puis amené dans les canaux de thermorégulation de la cavité via une vanne de refroidissement sous forme d’injections répétées. Il se dilate alors sous for-me de gaz et extrait la chaleur de la cavité lors du changement de phase.

La thermorégulation dynamique d’outillage au CO

2 est particulièrement adaptée pour

l’utilisation anhydrique par injection à des températures élevées.

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Coûts de production

Réduction des coûts

Refroidir et Réguler avec Méthode Augmenter la productivité Dans de nombreux domaines industriels, le refroidissement et la thermorégulation sont les procédés qui généralement ont le plus de potentiel pour permettre d’augmenter la productivité et de réduire par conséquence les coûts.

• Réduction du temps de refroidissement, ce qui signifie des économies en termes d’heures d’utilisation des machines

• Amélioration de la qualité des produits

• Augmentation de la disponibilité des installations de production

• Réduction des frais d’exploitation • Réduction des frais de maintenance

De nombreux facteurs contribuent à l’augmentation de la productivité :

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