Insert Molding ir IME formuota elektronika – išmanieji komponentai 2025

Įvadas į Insert Molding

Insert molding (detalių apliejimas) ir In-Mold Electronics (IME) – tai technologijos, leidžiančios vieno liejimo ciklo metu sujungti plastiką su metalu, keramika ar spausdintinėmis plokštėmis. Tai leidžia gaminti kompaktiškesnius, lengvesnius ir funkcionalesnius komponentus automobilių, medicinos ir vartotojų elektronikos sektoriams.

Užuot surinkinėjus detales keliais etapais, liejimo mašina su robotu tiksliai pozicionuoja intarpą (insert) ir aplieja jį plastiku, užtikrindama tvirtą jungtį ir visišką gamybos atsekamumą (traceability).

Kas yra Insert Molding ir IME?

Insert molding yra procesas, kai į liejimo formą įdedamas intarpas (metalinis, elektroninis ar tekstilinis) ir tada apliejamas ištirpusiu termoplastiku. IME (In-Mold Electronics) žengia dar toliau – čia naudojamos lanksčios folijos su atspausdintais laidininkais ir SMD komponentais. Rezultatas – išmanūs lieti paviršiai, jutiklinės panelės ir HMI sąsajos.

Technologijos raida

Ši technologija atsirado XX a. 6-ajame dešimtmetyje, kai elektronikos gamintojai pradėjo ieškoti būdų, kaip hermetiškai aplieti laidus. 1980-aisiais atsirado "pick-and-place" robotai ir vaizdo sistemos (vision systems), kurios padidino procesų tikslumą. Šiandien Tederic siūlo "Smart Insert" paketus, leidžiančius sinchronizuoti robotą, liejimo mašiną ir kokybės patikrą realiu laiku.

Liejimo su intarpais tipai

• Rankinis įdėjimas: operatorius įdeda detalę, mašina aplieja. Tinka mažoms serijoms.
• Robotizuotas įdėjimas: robotas paima detales iš kasetės, patikrina jas vaizdo sistema ir įdeda į formą. Užtikrina didelį greitį ir tikslumą.
• IME: specialus variantas, kai intarpas yra funkcinė folija su jutikliais, suformuota trimatėje erdvėje.

Sistemos sandara

Tipinę sistemą sudaro:

1. Tederic Neo liejimo mašina su rotaciniu stalu arba indeksuojamomis plokštėmis.
2. Pramoninis robotas (SCARA arba 6 ašių) su specialiu griebtuvu.
3. Vaizdo sistema, skirta intarpų pozicijos kontrolei.
4. Liejimo forma su magnetiniais arba pneumatiniais fiksatoriais.

Pagrindiniai techniniai parametrai

• Intarpo temperatūra: turi būti suderinta su plastiko srautu, kad būtų išvengta įtempimų.
• Įpurškimo greitis: profiliuojamas taip, kad nepažeistų jautrios elektronikos.
• Ciklo laikas: optimizuojamas derinant roboto judesius su mašinos darbu.

Pritaikymas pramonėje

Automobilių pramonė

Čia gaminami jungtys, jutikliai, jungikliai ir HMI panelės. Vieno liejimo metu sukuriami mazgai, kurie iškart paruošti montuoti į automobilį, sumažinant surinkimo operacijų skaičių iki 40%.

Vartotojų elektronika (IME)

IME revoliucionizuoja buitinės technikos dizainą. Lieti paviršiai su integruotais mygtukais, apšvietimu ir dekoracijomis sukuriami vienu žingsniu, užtikrinant IP67 sandarumą.

Medicina (Medtech)

Gaminami hibridiniai komponentai: metalinės adatos aplietos biologiškai suderinamu plastiku, implantų lizdai ar vienkartiniai prietaisai su elektroninėmis funkcijomis, atitinkantys ISO 13485 standartus.

Kaip pasirinkti linijos konfigūraciją?

Pasirinkimas turi remtis produkto, apimčių ir kokybės reikalavimų analize. Svarbiausi žingsniai:

• Nustatyti intarpų tipą (metalas, elektronika, folijos) ir montavimo tolerancijas.
• Parinkti liejimo mašiną (užspaudimo jėga, mazgų skaičius, rotaciniai stalai) ir robotus.
• Suprojektuoti formą, griebtuvu ir intarpų magazinus.
• Integruoti vaizdines sistemas, jutiklius ir atsekamumą (pvz., UDI, DataMatrix, RFID).
• Validuoti procesą ir parengti SPC monitoringo planą.

Tederic veda Application Engineering seminarus, kurių metu sukuriamas skaitmeninis lizdo dvynys. Simuliuojamos robotų trajektorijos, analizuojamas ciklo laikas ir identifikuojami kolizijų taškai. Todėl diegimo rizika mažėja, o realūs paleidimai trunka trumpiau.

Taip pat verta parengti išsamų validacijos planą, apimantį formos kvalifikaciją (FOT), intarpų vieneto testus, sujungimų kontrolę ir aplinkos testus. Visi rezultatai turi būti kaupiami kokybės sistemose (ISO 9001, IATF, ISO 13485), kad būtų užtikrintas skaidrumas klientų auditų metu.

Priežiūra

Insert molding ląstelės reikalauja integruotos priežiūros strategijos. Būtina rūpintis griebtuvų švarumu, vaizdinių sistemų kalibravimu ir periodine formų kontrole. Jėgos ir temperatūros jutikliai turi būti validuojami, kad užtikrintų teisingus duomenis atsekamumo sistemoms. Didelio našumo linijose naudojami MTBF/MTTR rodikliai ir planuojamos apžiūros remiantis Smart Maintenance platformos duomenimis.

Robotai ir intarpų magazinai turi turėti tepimo ir valymo procedūras, pritaikytas švaros klasei. Kiekvienas komponentas gauna savo servisų kortelę, kurioje registruojami griebtuvų keitimai, programinės įrangos atnaujinimai ir kalibravimai. Todėl IATF/ISO auditai vyksta sklandžiai, o priežiūros komandos turi pilną istoriją.

Smart Maintenance sistema generuoja priminimus apie vaizdinių kamerų kalibravimą, robotų ašių amortizatorių keitimą ar rotacinio stalo apžiūras. Dėka vibracinių tendencijų analizės galima numatyti kreiptuvų nusidėvėjimą ir planuoti servisą trumpų savaitgalio prastovų metu. Tai palaiko TPM metodiką ir integraciją su CMMS sistemomis.

Apibendrinimas

Insert molding ir IME technologijos perkelia vertę iš surinkimo baro tiesiai į liejimo formą. Naudojant Tederic įrangą su "Smart Insert" sprendimais, gamintojai gali kurti sudėtingus produktus greičiau, pigiau ir su minimaliu broko kiekiu. Tai strateginis įrankis įmonėms, orientuotoms į IoT, elektromobilumą ir modernią mediciną.

Robotų sistema

Robotas yra insert molding ląstelės širdis. Jis turi tiksliai pozicionuoti intarpus, dažnai ±0,05 mm tolerancijose. Priklausomai nuo taikymo, naudojami karteziniai, SCARA, Delta arba antropomorfiniai robotai. Kiekvienas griebtuvas turi buvimo jutiklius, vakuumo sistemas arba elektromagnetus. Dirbant su elektroniniais elementais svarbi ESD apsauga, todėl griebtuvai gaminami iš laidžių medžiagų.

2D/3D vaizdinės sistemos kontroliuoja intarpų orientaciją ir folijos paviršių. Esant klaidai, robotas padeda elementą į koregavimo arba atmetimo stotį. Integruojant su Tederic PLC galima kurti receptūras, turinčias judesio parametrus, TCP taškus ir offsetus. Sekos įrašomos atsekamumo sistemoje, kas palengvina auditus ir linijos perkonfigūravimą.

Pažangiose aplikacijose naudojami jėgos/momento jutikliai (force torque), leidžiantys robotui adaptyviai pritaikyti prispaudimą prie intarpo. Tai ypač svarbu trapiems komponentams, pvz., keraminiams slėgio jutikliams. Robotas taip pat gali atlikti papildomas operacijas – pvz., laserinį suvirinimą ar etikečių montavimą – kas sumažina postų skaičių visoje gamykloje.

Formos jutikliai

Insert molding formos turi specialius lizdus su fiksavimo mechanizmais, kurie stabilizuoja intarpą. Paprastesniuose sprendimuose naudojami magnetai arba spyruokliniai stūmikliai, o pažangiuose – aktyvios prispaudimo sistemos, valdomos hidrauliškai ar elektriškai. Formoje montuojami temperatūros, slėgio ir pozicionavimo jutikliai, taip pat vaizdinės sistemos intarpo buvimo kontrolei.

IME projektuose forma turi vakuumo kanalus, kurie prispaužia foliją prie lizdo paviršiaus. Papildomai naudojami varžos jutikliai, stebintys, ar laidžiosios takeliai nebuvo nutraukti. Duomenys iš jutiklių perduodami mašinos valdikliui ir archyvuojami, kas palaiko priežasties-pasekmės analizes (root cause analysis).

Įrankių konstruktoriai taip pat planuoja greito intarpų keitimo sistemas. Todėl per kelias valandas galima pakeisti produkto versiją ar spalvinį variantą. Formos aprūpinamos daugiamačiais jungtimis jutiklių maitinimui, šildymo sistemoms ir vakuumo sistemoms, kas supaprastina montavimą ir servisą.