حقن السيليكون السائل LSR - إنتاج صحي 2025

مقدمة في حقن السيليكون السائل

حقن السيليكون السائل (LSR) هو تقنية تجمع بين مرونة المادة ودقة العملية. في قطاعات الرعاية الطبية والرعاية الصحية للأطفال والأغذية، يتم التقدير لها بسبب التوافق الحيوي، ومقاومة الحرارة، واستقرار الأبعاد. آلات الحقن Tederic Neo E المجهزة بمجموعات LSR تتيح إنتاج مكونات صحية دون خطر التلوث بالزيت. بفضل محركات الخدمة والحزم الرقمية Industry 4.0 يمكن مراقبة العملية بأكملها في الوقت الفعلي، وربط البيانات بأنظمة الجودة ISO 13485 أو BRC.

في المقال، نقدم خريطة كاملة لتطبيق LSR: من فهم خصائص المادة ثنائية المكونات A+B، إلى تصميم القوالب مع الصفيحة الباردة، إلى تصديق IQ/OQ/PQ والصيانة في غرف النظافة ISO 7. نكملها بقوائم مرجعية عملية، وأمثلة ROI وتوجيهات حول سلامة العملية.

ينمو سوق LSR العالمي بمعدلات مزدوجة الأرقام، لأن المستهلكين يتوقعون منتجات صحية، مؤهلة للاتصال مع الطعام والجسم البشري. كما نلاحظ ضغطًا تنظيميًا – يجب على المنتجين إثبات قابلية التتبع الكاملة، والتحكم في المواد SVHC وتقليل البصمة الكربونية. بفضل المراقبة الرقمية والتدقيق عن بعد Tederic، يمكن للشركات إثبات أن كل غرام من المادة تم تصنيعه في ظروف خاضعة للرقابة.

ما هو حقن السيليكون السائل؟

LSR هو سيليكون بلاتيني ثنائي المكونات منخفض اللزوجة، والذي يتشابك في درجة حرارة 120–200°C. يحتوي المكون A على بوليمر وحشوات، و B – على حفز. يتم ضخها بواسطة مضخات ترسية أو مكبسية بنسبة 1:1، وخلطها في خلطة ساكنة وحقنها في قالب يتم إبقاؤه في درجة حرارة عالية. بعد بضع ثوانٍ، تتداخل المادة لتكوين جزء مرن وصحي. تتطلب العملية فوهة باردة وصفيحة قالب ساخنة لمنع التصلب المبكر.

يختلف حقن LSR عن الراتنجات الحرارية بغياب مرحلة التبريد – بدلاً من ذلك، فإن العامل الرئيسي هو الحفاظ على درجة حرارة القالب ووقت التشابك (cure time). آلات الحقن المجهزة بمجموعة LSR تحتوي على مسامير خاصة (بسطح أملس)، وحوض محكم، وأنظمة قيود في مواجهة الهواء. تمكين المادة عالية الانسيابية من إنتاج عناصر رقيقة الجدران (0.2–0,5 mm) مع تكرار عالي.

يمكن تعديل مواد LSR بأصباغ، أو جسيمات موصلة، أو إضافات حاجزة، مما يتيح إنتاج أجزاء وظيفية – مثل أزرار موصلة للإلكترونيات أو أسلاك طبية مع مؤشرات أشعة سينية. في العملية، يجب الحرص على خلط الإضافات بحيث لا تؤثر على التشابك. لذلك، يتم اختيار الخلطات الساكنة وفقًا للزوجة وكثافة المزيج، وإدخال المعلمات في الوصفات المخزنة في نظام HMI.

تاريخ تطوير عملية LSR

ظهر السيليكون السائل في السوق في السبعينيات، لكن تطور مضخات التوزيع والقوالب مع الصفيحة الباردة في التسعينيات سمح بالإنتاج على نطاق واسع. كانت التطبيقات الأولى تتعلق بحشوات السيارات ومفاتيح الأغشية. في العقود التالية، أصبح LSR معيارًا في الرعاية الطبية ومنتجات الأطفال بفضل عدم وجود رائحة وإمكانية التعقيم.

جلبت السنوات الأخيرة ثورة رقمية: دمج أجهزة استشعار الضغط والحرارة في القالب، وتشغيل افتراضي، وضبط تلقائي للمضخات. في عام 2023، Tederic أطلق وحدات Smart LSR التي تتعاون مع أنظمة MES وتبلغ في الوقت الفعلي عن استهلاك المادة، وعدد الدورات، والطاقة لكل قطعة. بفضل ذلك، تحصل الشركات على صورة كاملة للعملية وأسهل في اجتياز تدقيق العملاء OEM.

أثّرت التغييرات في سلاسل التوريد أيضًا على شعبية العملية. أجبرت الجائحة وتصغير سلاسل الإنتاج على المرونة – يسمح حقن LSR بالتبديل السريع بين المنتجات، لأنه لا يتطلب تجفيف المادة، والقوالب الخالية من النفايات تسهل التحكم في التكاليف. في عام 2024، ظهرت وحدات توزيع مع ميزة التشخيص عن بعد، مما يسمح لخدمة Tederic بالتنبؤ باهتدام مكابس المضخات وتخطيط الاستبدال قبل وقوع التوقف.

أنواع حقن LSR

تغطي تقنية LSR عدة أشكال تعتمد على تصميم القالب وطريقة تغذية المادة:

• حقن LSR القياسي – تغذي مكبسان مكونات A و B، ويحضر الخلط الساكن المزيج، ويضمن القالب مع الصفيحة الباردة وصمامات الإبرة تعبئة متساوية.
• LSR مع إضافات (insert overmolding) – يتم ترتيب إضافات معدنية أو بلاستيكية في القالب، ويقوم LSR بإنشاء حشوة. يتطلب روبوتات وتحديد دقيق للمواقع.
• LSR 2K / هجين – تعمل وحدتان في آلة واحدة: واحدة لـ LSR، والأخرى للراتنج الحراري، مما يسمح بإنشاء عناصر صلبة-مرنة.
• LSR ميكرو – أنظمة توزيع دقيقة وقوالب لإنتاج عناصر بوزن أقل من 0.1 جم.

يعتمد اختيار النوع على التطبيق، وكذلك التوقعات المتعلقة بسرعة الدورة، وجودة السطح وإمكانية التكامل مع الأتمتة. تم تصميم آلات الحقن Tederic بحيث يمكن تركيب وحدات LSR على آلات Neo E/Neo H الجديدة وال الموجودة، مما يقلل من زمن الاستثمار.

يتم استخدام تكوينات "plug-and-produce" بشكل متزايد – وحدات توزيع جاهزة يتم تركيبها على إطار الآلة وتتواصل مع PLC عبر Euromap 82.2. يقلل هذا الحل من زمن التغيير ويسهل نقل الخطوط بين المواقع. في القطاعات التي تنتج سلاسل قصيرة (مثل التكنولوجيا الطبية المخصصة)، تعد المرونة عاملًا حاسمًا للربحية.

LSR لقطاع التكنولوجيا الطبية

تستخدم التكنولوجيا الطبية LSR لإنتاج القسطرات، وأغشية مضخات التغذية، وصمامات اتجاه واحد، وزرائع تتلامس مع الأنسجة. تتطلب المتطلبات التعقيم، والتوافق الحيوي، والامتثال للمعايير ISO 10993 و USP Class VI . لذلك، تعمل خطوط الإنتاج في غرف نظافة ISO 7/8، ويجب أن تكون جميع المكونات سهلة التعقيم.

تستخدم آلات الحقن Tederic Neo E مع مجموعة LSR محركات كهربائية وأغطية محكمة، مما يزيل تسرب الزيت. يتم تصميم القوالب بأقل قدر من خطوط الفصل لتقليل خطر الجسيمات. بفضل التكامل مع أنظمة eDHR، يتم تعيين معلمات كل دورة (الضغط، الحرارة، وقت التشابك) إلى دفعة محددة يتم تعبئتها في أكياس معقمة.

المشاريع الأكثر تطلبًا هي مكونات الدورة خارج الجسد والزرائع المتلامسة. تتطلب LSR من الطبقة الطبية بشهادة ثبات جاما وتحليل للبصمة البلاتينية. يتعاون Tederic مع موردي المواد (مثل Wacker، Momentive) لإعداد إعدادات مخصصة للموزعات وإجراءات التنظيف، التي يتم توثيقها لاحقًا في تقارير تصديق IQ/OQ/PQ.

LSR في الرعاية الصحية للأطفال ومواد التغذية

في قطاع الرعاية الصحية للأطفال، يتم اختيار LSR بسبب نعومته، وانعدام الرائحة، ومقاومته لدرجات الحرارة العالية. يتم إنتاج الحلمات، وفوهات الزجاجات، وعناصر الألعاب، أو صمامات أكواب منع التسرب منه. يجب أن تلبي المادة متطلبات مواد التغذية (FCM) ومعايير الاتحاد الأوروبي/FDA المتعلقة بالهجرة. لذلك، يجب أن تكون العملية خاضعة للرقابة وخالية من الملوثات المتطايرة.

يقوم المنتجون بربط LSR مع عمليات التزيين IML أو الطباعة، مما يفرض الحفاظ بدقة على درجة حرارة القالب وإعداد السطح بشكل متكرر. تشمل الأتمتة روبوتات pick&place، وأنظمة بصرية، وأحيانًا أنفاقًا معقمة تبرد المنتج قبل التعبئة. بفضل Tederic Smart Monitoring، يمكن تحليل الفروق بين الأعشاش والاستجابة بسرعة لتقلبات الكتلة.

في قطاع مواد التغذية، يشتهر أيضًا التعبئة الفراغية والتفتيش المضمن. تتحقق كاميرا AOI من شكل الحلمة، وتتحقق موازين التحكم من كتلة كل قطعة. في حالة الانحراف، يرفض النظام تلقائيًا التفصيلة ويقوم بإنشاء تقرير لقسم الجودة. يقلل هذا الحل من خطر الاستدعاء، والذي في قطاع منتجات الأطفال مكلف من حيث الصورة التجارية.

LSR في قطاع السيارات

في السيارات، يتم استخدام LSR لحشوات الموصلات، وأغطية أسلاك الجهد العالي، وأغشية مستشعرات الضغط، ومكونات مصابيح LED. تتحمل المادة درجات حرارة تصل إلى 200°C، والتعرض للأشعة فوق البنفسجية والزيوت، مما يجعلها مثالية لمحرك السيارة وأنظمة التنقل الكهربائي. يجب أن تلبي عملية الحقن معايير IATF 16949 و PPAP.

دمج خلايا LSR في قطاع السيارات غالبًا ما يشمل insert molding – يضع الروبوتات الملامسات المعدنية، ويقوم LSR بإنشاء Gehäuse. تتطلب أوقات دورة 30–50 s والتحكم في تسرب 100%. بفضل Euromap 77 و OPC UA، تنتقل معلمات الآلة إلى أنظمة SPC، وفي حالة الانحرافات، يتم إيقاف الإنتاج تلقائيًا.

في مشاريع التنقل الكهربائي، يتم استخدام حقن LSR مع مواد موصلة للحرارة أيضًا. يسمح ذلك ببناء وحدات إدارة حرارة البطاريات، حيث يعمل السيليكون كواجهة حرارة مرنة. يتطلب ذلك قوالب خاصة والتحكم في اللزوجة، لذلك يستخدم المشغلون وصفات محفوظة في HMI ونظام قيود يمنع تشغيل الدورة دون تأكيد المزيج المستخدم.

البناء والمكونات الرئيسية

تتكون خطوط حقن LSR من عدة نظم فرعية تعمل معًا: آلة الحقن، ونظام توزيع المكونات، والقالب مع الصفيحة الباردة، ونظام التحكم في الحرارة، والأتمتة الخروجية، وأنظمة مراقبة الجودة. يجب أن يكون كل عنصر متوافقًا مع العمل في ظروف صحية وسهل التنظيف.

توفر آلات الحقن Tederic مساحات صغيرة يمكن تغليفها بغرف نظافة. يتم تصميم التركيب بأكمله وفقًا لمبادئ GMP – يتم توجيه الأنابيب في قنوات سهلة التعقيم، وللوحات HMI واجهات زجاجية مقاومة لمواد التنظيف.

يتضمن خط LSR أيضًا البنية التحتية المساعدة: أنظمة مياه الثلج لتهوية الفوهة، وطاقة احتياطية UPS للمضخات، ومحطات توزيع الصبغات. في المواقع الإنتاجية، من الجيد التنبؤ بمناطق صيانة يمكن استبدال براميل المواد فيها في وضع "التغيير السريع" دون إيقاف الإنتاج. تساعد في ذلك عربات النقل مع ميزة توصيل المفاصل السريعة وأجهزة استشعار المستوى.

وحدة الحقن

تحتوي وحدة الحقن لـ LSR على مسامير قصيرة بسطح أملس لمنع الاضطرابات والمناطق الميتة. يتم تشغيلها بمحرك خدمة مما يضمن تكرارًا عاليًا للحجم – عادةً، 0,1 mm حركة المسامير تتوافق مع 0,01 cm³ من المزيج. يتم تبريد الفوهة بالماء، بينما يُحافظ على الأسطوانة في درجة حرارة 20–25°C. يمنع هذا التكوين التشابك المبكر في نظام التبليستيك.

تم تجهيز وحدات Tederic بأجهزة استشعار الضغط والحرارة في الفوهة، مما يسمح بالتحكم في لزوجة المزيج وتعديل معلمات الضغط في الوقت الفعلي. عند الحاجة، يمكن تركيب وحدة راتنج حرارية إضافية وإنتاج عناصر 2K (LSR + PC/PA)، مما يزيد من وظائف التفصيلة.

يلعب نظام تهوئة القالب أيضًا دورًا كبيرًا. تضمن صمامات التهيئة الدقيقة حماية من فخاخ الهواء، وفي المشاريع الميكروية، يتم استخدام دعم الفراغ لملء أفضل. يسجل محكم الآلة منحنيات الضغط في الفوهة والعرش، مما يسهل تقييم فعالية التهيئة.

نظام التوزيع والقالب

قلب خط LSR هو نظام توزيع ثنائي الحجرات . يتكون من مضخات مكابس أو تروس، والتي تسحب المكونات من برميلات 20–200 l. يتم التحكم في التوزيع عن طريق أجهزة قياس الضغط وأجهزة قياس التدفق. بعد خلط المكونات في خلاط ثابت، تنتقل الكتلة إلى فوهة ذات صمام إبرة. يجب عدم السماح بالاتصال بالهواء أو الرطوبة، لذا جميع الاتصالات ذات تصميم مُحكم.

قالب LSR يحتوي على صفيحة باردة بقنوات تبريد، وتجاويز يتم تسخينها إلى 150–200°C. بفضل ذلك، يتصلب المادة فقط في التجويف. في العديد من المشاريع، يتم استخدام قوالب خالية من النفايات – كل قناة مجهزة بصمام إبرة، مما يلغي مسبوكات الإضافات. يتم تركيب أجهزة قياس حرارة Pt100 وأجهزة قياس ضغط كهربائية ضغطية في التجاويز، مما يمكّن من تحليل عملية التصلب لكل قطعة.

يقوم مصممو القوالب أيضًا بالتخطيط لمسارات الأتمتة: نقاط التقاط الروبوت، إمكانية تركيب كاميرات بصرية وأنظمة تنشيط سطحية بالبلازما قبل الطباعة. في حلول Tederic، يتم دمج الأسلاك الإشارية والمسخنات في مقبس واحد، مما يسرّع تغيير القالب ويقلل من خطأ الاتصال.

المعلمات الفنية الرئيسية

تتطلب إدارة معلمات LSR قياسات دقيقة وتصحيح تلقائي للوصفات. أهم المتغيرات هي:

• درجة حرارة القالب: 120–200°C اعتمادًا على سماكة الجدران والأصباغ.
• درجة حرارة الأسطوانات/الفوهة: 15–25°C، للحفاظ على المزيج في حالة سائلة.
• وقت التشابك: 8–60 s – يقلل عند درجة حرارة أعلى واستخدام محفزات.
• ضغط الحقن: 500–1500 bar مع التحكم في ملف سرعة.
• دقة توزيع المكونات: ±0,5% حجم.

تتيح أنظمة Tederic تصور عملية العملية في HMI وأرشفة البيانات في السحابة. يتم تعيين التنبيهات بناءً على اتجاهات SPC – إذا بدأ وقت التشابك يمتد، يقترح النظام استبدال الفلاتر أو معايرة أجهزة قياس الحرارة.

يتم أيضًا تطبيق مؤشرات بيئية: الطاقة لكل كيلوجرام من الإنتاج، والمياه المستخدمة للتبريد، وكمية نفايات السيليكون. هذه البيانات مطلوبة من قبل العديد من عملاء OEM في إطار تقارير ESG وغالبًا ما تقرر منح عقود جديدة. بفضل القياسات الدقيقة، تستطيع الشركات تنفيذ مشاريع محايدة مناخياً وإثبات ذلك بالتوثيق.

تطبيقات حقن LSR

يتضمن نطاق التطبيقات:

• الرعاية الطبية: سدادات القسطرة، غشاء المضخة، عناصر التنفس، أجزاء لزراعة الأذن.
• رعاية الرضع: حلمات، فوهات، صمامات أكواب، مصاصة، عناصر شفط الحليب.
• الأغذية: قوالب خبز، حشوات المواسع، صمامات في زجاجات الرياضيين.
• السيارات: حشوات مفاصل HV، أغطية الكابلات، غشاء أجهزة الاستشعار.
• الإلكترونيات الاستهلاكية: أزرار لمس ناعم، غشاء مكبرات الصوت، أغطية ساعات الذكية.

بالإضافة إلى ذلك، يجد LSR تطبيقًا في صناعة الطاقة (عازلات الجهد العالي)، والطيران (عناصر امتصاص الاهتزاز)، وفي إنتاج أجهزة المنزل (حشوات أبواب الأفران). في كل حالة، يتم تقدير الخصائص العازلة، والمقاومة الكيميائية، والثبات البنيوي، التي تفوق المطاط التقليدي.

يستخدم منتجو السلع الفاخرة LSR في عناصر اللمس في الإلكترونيات الصوتية وفي منتجات الأزياء التقنية. بفضل الشفافية وإمكانية التلوين، يُستخدم السيليكون بسعادة في منتجات نمط الحياة، حيث يجمع بين وظيفة الزينة وحماية المكونات الإلكترونية من الرطوبة.

كيف تختار خط LSR المناسب؟

يجب أن تبدأ القرار الاستثماري من تحليل المواد والمتطلبات القانونية. يجب تحديد فئة غرفة النظافة، أحجام الإنتاج المخطط لها، ووقت الدورة المتوقع. الخطوات التالية هي:

• اختيار موديل آلة الحقن (Neo E, Neo H) وقوة الإغلاق – عادة 50–200 طن لتطبيقات LSR.
• اختيار جهاز التوزيع (مضخات مكابس/تروس) وطريقة تحضير الألوان (صبغات، مستلزمات طلاء).
• تصميم القالب – عدد التجاويز، صمامات الإبرة، واجهات Euromap.
• الأتمتة – الروبوتات، أنظمة البصرية، أنفاق التبريد، التغليف المعقم.
• التكامل مع أنظمة الجودة – eDHR، SPC، MES، ERP.

يقوم Tederic بورش عمل عملية، يتم فيها محاكاة سيناريوهات ROI (مثل تقليل الدورة بـ 6 s يخفض التكلفة الوحدة بـ 8%). يتم أيضًا التخطيط لاختبارات FAT/SAT مع موردي المواد والأدوات، لتقليل وقت ramp-up إلى الحد الأدنى.

لا يمكن إغفال تدريبات السلامة وإجراءات السلامة الكيميائية. يجب تخزين مكونات LSR في درجة حرارة خاضعة للرقابة، ويجب أن يكون الموظفون على دراية بقواعد العمل مع المحفزات البلاتينية أو الصبغات. يتم تضمين وثائق SDS في أنظمة إدارة المخاطر، ويراقب أجهزة الكشف عن التسرب مناطق المضخات والخلاطات.

الصيانة والدعم

تتطلب عملية LSR صيانة دقيقة، لأن حتى كمية صغيرة من الشوائب في نظام الخلط يمكن أن تسبب تبلور المادة. الإجراءات الرئيسية هي:

• شطف الخلاط والفوهة يوميًا بمحلول تنظيف أو سيليكون تقني خاص.
• فحص مضخات التوزيع أسبوعيًا – للفراغات، والسدادات، والفلاتر.
• معايرة أجهزة قياس الحرارة وأجهزة قياس التدفق شهرية.
• مراقبة الرطوبة في مستودع برميلات LSR واستخدام أنظمة إزالة الغازات.

يجمع نظام Smart Maintenance بيانات عن وقت عمل المضخات، ودرجة حرارة الزيت في نظام تبريد الفوهة، واهتزازات محركات التوجيه. بناءً على ذلك، يتم إنشاء جدول للمراجعات وقائمة قطع الغيار. بفضل التكامل مع التطبيقات المحمولة، يمكن للمهنيين توثيق الإجراءات المنفذة وإرفاق الصور، مما يسهل عمليات التدقيق.

من المهم تطبيق إجراءات الاستجابة للعطل، مثل خطة طوارئ استبدال برميل المادة أو تنظيف القالب بعد تصلب المزيج بالخطأ. بفضل قوائم التحقق والتدريبات عبر الإنترنت، يعرف المشغلون كيفية إيقاف العملية بأمان وتجنب الخسائر. هذا مهم بشكل خاص في الخطوط العاملة على مدار الساعة، حيث يولد كل ساعة من التوقف تكاليف كبيرة.

الخلاصة

يجمع حقن LSR بين متطلبات النظافة وحاجة الإنتاج الشامل. بفضل آلات Tederic Neo E ووحدات Smart LSR، يمكن للشركات الانتقال بسرعة من النماذج الأولية إلى الإنتاج المتسلسل، مع الحفاظ على السيطرة الكاملة على العملية. الاختيار المناسب للقوالب، والأتمتة، وأنظمة الجودة ينعكس على TCO الأقل والعائد الأسرع على الاستثمار.

تنفيذ LSR ليس مشروعًا من مرة، بل برنامج تحويل يشمل الأشخاص والتكنولوجيا والبيانات. المراقبة المستمرة للمعلمات، وصيانة أنظمة التوزيع، وتطوير كفاءات الفريق تسمح بالحفاظ على الامتثال للمعايير وتوقعات عملاء OEM. بهذا النهج، يصبح السيليكون السائل مادة استراتيجية للمنتجين الطبيين، ورعاية الرضع، والغذائيين، والسيارات، مما يضمن سلامة المستخدمين وقابلية التنبؤ بالإنتاج.