Vstřikování tekutého silikonu LSR - hygienická výroba 2025

Úvod do vstřikování LSR

Vstřikování kapalného silikonu (LSR) je technologie, která kombinuje pružnost materiálu s přesností procesu. V oborech medicíny, péče o děti a potravinářství je ceněna pro biokompatibilitu, tepelnou odolnost a rozměrovou stálost. Vstřikovací stroje Tederic Neo E vybavené LSR sady umožňují výrobu hygienických součástí bez rizika kontaminace olejem. Díky servomotorym a digitálním balíčkům Industry 4.0 lze celý proces monitorovat v reálném čase a data integrovat do systémů kvality ISO 13485 nebo BRC.

V článku představujeme kompletní mapu zavádění LSR: od pochopení specifik materiálu dvousložkového A+B, přes návrh forem se studenou deskou, až po validaci IQ/OQ/PQ a údržbu v čisté místnosti ISO 8. Doplnili jsme ji o praktické checklisty, příklady ROI a tipy pro bezpečnost procesu.

Globální trh LSR roste dvouciferným tempem, protože spotřebitelé očekávají hygienické produkty vhodné pro kontakt s potravinami a lidským tělem. Pozorujeme také regulační tlak – výrobci musí prokázat plnou sledovatelnost, kontrolovat látky SVHC a minimalizovat uhlíkovou stopu. Díky digitálnímu monitoringu a dálkovým auditům Tederic mohou firmy prokázat, že každý gram materiálu byl zpracován v kontrolovaných podmínkách.

Co je vstřikování kapalného silikonu?

LSR je dvousložkový platinaový silikon s nízkou viskozitou, který síťuje při teplotě 120–200°C. Složka A obsahuje polymer a plniva, složka B – katalyzátor. Dávkovány jsou přes ozubená nebo pístová čerpadla v poměru 1:1, míchané v statickém míchadle a vstřikované do formy udržované na vysoké teplotě. Po několika sekundách se materiál síťuje a vytváří pružnou, hygienickou součást. Proces vyžaduje chlazenou trysku a horkou desku formy, aby se zabránilo předčasnému tuhnutí.

Vstřikování LSR se liší od termoplastů absencí fáze chlazení – klíčové je udržování teploty formy a času síťování (cure time). Vstřikovací stroje vybavené LSR sadou mají speciální šneky (s hladkým povrchem), hermetické zásobníky a systémy blokování v kontaktu se vzduchem. Vysoká tekutost materiálu umožňuje výrobu tenkostěnných dílů (0,2–0,5 mm) s vysokou opakovatelností.

Materiály LSR lze modifikovat pigmenty, vodivými částicemi nebo bariérovými přísadami, což otevírá možnosti výroby funkčních součástí – např. vodivých tlačítek pro elektroniku nebo rentgenových indikátorů v medicínských hadičkách. V procesu je však nutné dbát na míchání přísad tak, aby nedošlo k narušení síťování. Proto se statická míchadla volí podle viskozity a hustoty směsi a parametry se zadávají do receptur uložených v systému HMI.

Historie vývoje procesu LSR

Kapalný silikon se objevil na trhu v 70. letech, ale teprve vývoj dávkovacích čerpadel a forem se studenou deskou v 90. letech umožnil sériovou výrobu. První aplikace se týkaly těsnění pro automobilový průmysl a membránových spínačů. V následujících dekádách se LSR stal standardem v medicíně a dětských produktech díky bez zápachu a možnosti sterilizace.

Poslední roky přinesly digitální revoluci: integraci tlakových a teplotních senzorů do formy, virtuální rozjezdy a automatickou kalibraci čerpadel. V roce 2023 Tederic představil moduly Smart LSR, které spolupracují se systémy MES a v reálném čase reportují spotřebu materiálu, počet cyklů a spotřebu energie na kus. Díky tomu firmy získávají kompletní přehled o procesu a snadněji procházejí audity zákazníků OEM.

Na popularitu procesu vplivly také změny v dodavatelských řetězcích. Pandemie a zkracování výrobních sérií vynutily flexibilitu – vstřikování LSR umožňuje rychlé přičítání mezi produkty, protože nevyžaduje sušení materiálu a bezztrátové formy usnadňují kontrolu nákladů. V roce 2024 se objevily dávkovací moduly s funkcí dálkové diagnostiky, díky čemuž servis Tederic dokáže předvídat opotřebení těsnění čerpadel a naplánovat výměnu dříve, než dojde k odstavení.

Typy vstřikování LSR

Technologie LSR zahrnuje několik variant v závislosti na konstrukci formy a způsobu dávkování materiálu:

• Standardní vstřikování LSR – dvě pístová čerpadla dávkují složky A a B, statické míchadlo připravuje směs a forma se studenou deskou a jehlicovými ventily zajišťuje rovnoměrné naplnění.
• LSR s výlisky (insert overmolding) – do formy se vkládají kovové nebo plastové výlisky a LSR vytváří těsnění. Vyžaduje roboty a přesné pozicování.
• LSR 2K / hybridní – v jednom stroji pracují dvě jednotky: jedna pro LSR, druhá pro termoplast, což umožňuje tvorbu tvrdě-měkkých dílů.
• Mikro LSR – miniaturní dávkovací jednotky a formy pro výrobu dílů o hmotnosti pod 0,1 g.

Výběr varianty závisí na aplikaci a očekáváních ohledně doby cyklu, kvality povrchu a integrace s automatizací. Vstřikovací stroje Tederic jsou navrženy tak, aby se LSR moduly daly instalovat jak na nové, tak na stávající stroje Neo E/Neo H, což zkracuje dobu investice.

Čím důležitější je používat konfigurace „plug-and-produce“ – připravené dávkovací skidy se montují na rám stroje a komunikují s PLC přes Euromap 82.2. Takové řešení zkracuje čas přeřazování a usnadňuje přesun linií mezi závody. V oborech s krátkými sériemi (např. personalizovaná medicínská technologie) je flexibilita klíčem k ziskovosti.

LSR pro medtech

Medtech využívá LSR pro výrobu katétrů, membrán infuzních pump, jednosměrných ventilů a tkáňových implantátů. Požadavky zahrnují sterilní vlastnosti, biokompatibilitu a soulad s normami ISO 10993 a USP Class VI. Proto produkční linky pracují v čistých místnostech ISO 7/8 a všechny komponenty musí být snadno dezinfikovatelné.

Vstřikovací stroje Tederic Neo E s LSR sadou využívají elektrické pohony a hermetické kryty, čímž eliminují úniky oleje. Formy se navrhují s minimálním počtem oddělovacích čar, aby se omezilo riziko částic. Díky integraci se systémy eDHR jsou parametry každého cyklu (tlak, teplota, čas síťování) přiřazeny k konkrétní dávce balené do sterilních sáčků.

Nejnáročnějšími projekty jsou komponenty pro extravaskulární cirkulaci a tkáňové implantáty. Vyžadují LSR třídy pro medicínu s certifikátemgamma-stability a analýzou stopy platiny. Tederic spolupracuje s dodavateli materiálu (např. Wacker, Momentive), aby připravil specifická nastavení dávkovačů a čisticí postupy, které se následně dokumentují v validačních zprávách IQ/OQ/PQ.

LSR v baby care a FCM

V segmentu baby care je LSR vybíráno pro měkkost, absence zápachu a odolnost proti vysokým teplotám. Z něj se vyrábějí cumlíky, hrdla lahví, díly kousacích hraček nebo ventilyky neprolévacích kelímků. Materiál musí splňovat požadavky Food Contact Materials (FCM) a normy EU/FDA pro migraci látek. Proto musí být proces kontrolovaný a bez těkavých znečištění.

Výrobci kombinují LSR s dekoracemi IML nebo tiskem, což vyžaduje přesné udržování teploty formy a opakované přípravy povrchu. Automatizace zahrnuje roboty pick&place, vizuální systémy a někdy sterilní tunely, které chladí produkt před balením. Díky Tederic Smart Monitoring lze analyzovat rozdíly mezi dutinami a rychle reagovat na výkyvy hmotnosti.

Ve segmentu FCM je populární také vakuové balení a inline inspekce. Kamera AOI kontroluje tvar cumlíku a váhy ověřují hmotnost každého kusu. Při odchylce systém automaticky odmítne díl a vygeneruje zprávu pro oddělení kvality. Toto řešení minimalizuje riziko stažení z trhu, které je v oboru dětských produktů obzvláště nákladné na image.

LSR v automobilovém průmyslu

V automobilovém průmyslu se LSR používá pro těsnění konektorů, kryty HV kabelů, membrány tlakových senzorů a komponenty LED světel. Materiál odolává teplotám až 200°C, UV záření a oleji, což ho činí ideálním pro motorový prostor a systémy e-mobility. Proces vstřikování však musí splňovat normy IATF 16949 a PPAP.

Buňky LSR v automobilovém průmyslu často integrují insert molding – roboty vkládají kovové kontakty a LSR vytváří pouzdro. Požadovány jsou doby cyklu 30–50 s a kontrola těsnosti 100%. Díky Euromap 77 a OPC UA se parametry stroje dostávají do systémů SPC a při odchylkách se výroba automaticky zastavuje.

V projektech e-mobility se používá i vstřikování LSR s tepelně vodivými materiály. To umožňuje stavět moduly řízení teploty baterií, kde silikon slouží jako měkký tepelný rozhraní. Vyžaduje speciální formy a kontrolu viskozity, proto operátoři využívají receptury uložené v HMI a systém blokování, který znemožňuje spuštění cyklu bez potvrzení použité směsi.

Konstrukce a hlavní prvky

Linka pro vstřikování LSR se skládá z několika spolupracujících subsystémů: vstřikovacího stroje, dávkovacího ústrojí složek, formy se studenou deskou, temperačního ústrojí, výstupní automatizace a systémů kontroly kvality. Každý prvek musí být kompatibilní s hygienickými podmínkami a umožňovat snadné čištění.

Vstřikovací stroje Tederic nabízejí kompaktní plochy, které lze zastřešit cleanroom kabinami. Celá instalace je navržena podle principů GMP – kabely vedou v snadno dezinfikovatelných kanálech a panely HMI mají skleněné fronty odolné vůči čisticím prostředkům.

Linka LSR zahrnuje i pomocnou infrastrukturu: chladicí systémy s ledovou vodou pro trysku, nouzové napájení UPS pro čerpadla a stanice pro dávkování barev. V provozních závodech je vhodné plánovat servisní zóny, kde lze vyměnit sudy s materiálem v režimu „rychlé výměny“ bez zastavení výroby. Pomáhají tomu transportní vozíky s rychlými spojkami a senzory hladiny.

Vstřikovací jednotka

Vstřikovací jednotka pro LSR má krátké šneky s hladkým povrchem, aby se zabránilo víření a mrtvým zónám. Poháněná servomotorem zajišťuje vysokou opakovatelnost objemu – typicky 0,1 mm pohybu šneku odpovídá 0,01 cm³ směsi. Tryska je chlazená vodou, válcový prostor udržován na 20–25°C. Taková konfigurace brání předčasnému síťování v plastifikačním ústrojí.

Jednotky Tederic jsou vybaveny senzory tlaku a teploty v trysce, což umožňuje kontrolu viskozity směsi a úpravu parametrů dotlaku v reálném čase. Pokud je potřeba, lze instalovat další termoplastickou jednotku a vyrábět 2K díly (LSR + PC/PA), což zvyšuje funkčnost součástí.

Velkou roli hraje i systém odvětrávání formy. Přesné odvětrávací ventily chrání před vzduchovými pastmi a v mikro projektech se používá vakuové napomáhání naplnění. Ovladač stroje zaznamenává tlakové křivky v trysce a dutině, díky čemuž lze snadno posoudit účinnost odvětrávání.

Dávkovací systém a forma

Srdcem linky LSR je dvoukomorový dávkovací systém. Skládá se z pístových nebo ozubených čerpadel, které nasávají složky ze sudů 20–200 l. Dávkování kontrolují tlakové senzory a průtokoměry. Po smíchání složek ve statickém míchadle se hmota dostává do trysky s jehlicovým ventilem. Nesmí dojít ke kontaktu se vzduchem ani vlhkostí, proto mají všechna spoje hermetickou konstrukci.

Forma pro LSR má studenou desku s chladicími kanály a dutiny ohřevané na 150–200°C. Tak se materiál síťuje až v dutině. V mnoha projektech se používají bezztrátové formy – každý kanál je vybaven jehlicovým ventilem, což eliminuje nalévané zbytky. V dutinách se montují teplotní senzory Pt100 a piezoelektrické tlakové senzory, které umožňují analýzu průběhu tuhnutí pro každý kus.

Konstrukteři forem plánují i cesty automatizace: body pro uchopení robotem, možnost montáže kamerového systému a plazmové aktivace povrchu před tiskem. V řešeních Tederic jsou signálové kabely a topné body integrovány v jednom konektoru, což zrychluje výměnu formy a minimalizuje riziko chybného zapojení.

Klíčové technické parametry

Řízení parametrů LSR vyžaduje přesné měření a automatickou korekci receptur. Nejdůležitější proměnné jsou:

• Teplota formy: 120–200°C v závislosti na tloušťce stěn a pigmentů.
• Teplota válců/trysky: 15–25°C, aby se udržela směs v tekutém stavu.
• Doba síťování: 8–60 s – zkracuje se při vyšší teplotě a použití katalyzátorů.
• Tlak vstřiku: 500–1500 bar s řízením profilu rychlosti.
• Přesnost dávkování složek: ±0,5% objemu.

Systémy Tederic umožňují vizualizaci průběhu procesu v HMI a archivaci dat v cloudu. Alerty se nastavují na základě trendů SPC – pokud se doba síťování začíná prodlužovat, systém navrhne výměnu filtrů nebo kalibraci teplotních senzorů.

Implementují se také environmentální indikátory: energie na kilogram výroby, voda použitá na chlazení a množství silikonových odpadů. Tato data jsou vyžadována mnoha OEM zákazníky v rámci ESG reportů a často rozhodují o udělení nových zakázek. Díky přesným měřením firmy dokážou realizovat klimaticky neutrální projekty a prokazovat to dokumentací.

Aplikace vstřikování LSR

Rozsah aplikací zahrnuje:

• Medtech: zátky na kanyly, membrány čerpadel, prvky respirátorů, součástky sluchových implantátů.
• Baby care: cumlíky, nátěrky, ventily hrnků, hryzátka, prvky odsavaček.
• Potravinářství: formy na pečení, těsnění dávkovačů, ventily v sportovních lahvích.
• Automotive: těsnění HV konektorů, ochranné návleky kabelů, membrány senzorů.
• Spotřební elektronika: soft-touch tlačítka, membrány reproduktorů, kryty chytrých hodinek.

Navíc se LSR používá v energetice (izolátory vysokého napětí), letectví (tlumící prvky vibrací) a ve výrobě spotřebičů (těsnění dveří troub). Vždy se oceňují dielektrické vlastnosti, chemická odolnost a rozměrová stabilita, které převyšují klasické elastomery.

Výrobci luxusního zboží využívají LSR pro dotykové prvky v audio elektronice a v módních tech produktech. Díky průhlednosti a možnosti barvení je silikon oblíbený v lifestyle produktech, kde spojuje dekorativní funkci s ochranou elektronických komponent před vlhkostí.

Jak vybrat vhodnou LSR linku?

Investiční rozhodnutí by mělo začít analýzou materiálů a právních požadavků. Je třeba určit třídu čisté místnosti, plánované objemy a očekávanou dobu cyklu. Další kroky jsou:

• Výběr modelu vstřikovacího stroje (Neo E, Neo H) a uzavírací síly – obvykle 50–200 t pro LSR aplikace.
• Výběr dávkovače (pístové/ozubené čerpadlo) a způsobu přípravy barev (pigmenty, masterbatche).
• Konstrukce formy – počet dutin, jehlicové ventily, Euromap rozhraní.
• Automatizace – roboty, vizuální systémy, chladicí tunely, sterilní balení.
• Integrace s kvalitními systémy – eDHR, SPC, MES, ERP.

Tederic pořádá procesní workshopy, kde se simulují ROI scénáře (např. zkrácení cyklu o 6 s snižuje jednotkové náklady o 8%). Společně s dodavateli materiálů a nástrojů se plánují testy FAT/SAT, aby se minimalizoval čas ramp-up.

Nelze zapomenout na školení BHP a postupy chemického bezpečnosti. Složky LSR by měly být skladovány při kontrolované teplotě a personál musí znát pravidla práce s platinovými katalyzátory či pigmenty. Dokumentace SDS je integrována do systémů řízení rizik a senzory úniku monitorují oblasti čerpadel a míchalů.

Údržba a servis

Proces LSR vyžaduje pečlivou údržbu, protože i malé množství nečistot v míchacím systému může způsobit krystalizaci materiálu. Klíčové činnosti jsou:

• Denní proplachování míchadla a trysky čisticí směsí nebo speciálním technickým silikonem.
• Týdenní kontrola dávkovacích čerpadel – vůlí, těsnění, filtrů.
• Měsíční kalibrace teplotních senzorů a průtokoměrů.
• Monitorování vlhkosti ve skladu LSR sudů a použití odplyňovacích systémů.

Systém Smart Maintenance sbírá data o době provozu čerpadel, teplotě oleje v chladicím okruhu trysky a vibracích servoúhlů. Na jejich základě generuje plán údržby a seznamy náhradních dílů. Díky integraci s mobilními aplikacemi mohou technici dokumentovat provedené úkony a připojovat fotografie, což usnadňuje audity.

Je vhodné zavést postupy pro reakci na poruchy, např. nouzový plán výměny sudu s materiálem nebo čištění formy po náhodném zatvrdnutí směsi. Díky checklistám a e-learningovým školením vědí operátoři, jak bezpečně zastavit proces a vyhnout se ztrátám. To je obzvláště důležité u linek s 24/7 provozem, kde každá hodina výpadku generuje významné náklady.

Shrnutí

Vstřikování LSR spojuje hygienické požadavky s potřebou hromadné výroby. Díky vstřikovacím strojům Tederic Neo E a modulům Smart LSR mohou firmy rychle přejít z prototypování do sériové výroby při zachování plné kontroly nad procesem. Správný výběr forem, automatizace a kvalitních systémů vede k nižšímu TCO a rychlejšímu návratu investic.

Implementace LSR není jednorázový projekt, ale transformační program zahrnující lidi, technologii a data. Kontinuální monitorování parametrů, údržba dávkovacích systémů a rozvoj kompetencí týmu umožňují udržet shodu s normami a očekáváními OEM zákazníků. S takovým přístupem se tekutý silikon stává strategickým materiálem pro výrobce medicínských, baby care, potravinářských a automotive produktů, který garantuje bezpečnost uživatelů i předvídatelnost výroby.