LSR skysčio silikono injekcija - higieninė gamyba 2025

Įvadas į LSR injekciją

Skysto silikono injekcija (LSR) yra technologija, kuri sujungia medžiagos lankstumą su proceso tikslumu. Medicinos, kūdikių priežiūros ir maisto pramonėse ji vertinama dėl biologinio suderinamumo , atsparumo temperatūrai ir matmenų stabilumo. Injekcinės mašinos Tederic Neo E , aprūpintos LSR rinkiniais, leidžia gaminti higieniškus komponentus be rizikos dėl alyvos kontaminacijos. Dėl servovariklių ir skaitmeninių Industry 4.0 paketų visą procesą galima stebėti realiuoju laiku, o duomenis integruoti į kokybės sistemas ISO 13485 ar BRC.

Straipsnyje pateikiama išsami LSR diegimo schema: nuo dvikomponentės A+B medžiagos specifikos supratimo, per formų su šalta plokšte projektavimą, iki IQ/OQ/PQ validacijos ir priežiūros švarioje patalpoje ISO 7 . Papildome ją praktiniais kontroliniais sąrašais, ROI pavyzdžiais ir patarimais dėl proceso saugumo.

Pasaulinė LSR rinka auga dviženkliu tempu, nes vartotojai tikisi higieniškų produktų, tinkamų sąlyčiui su maistu ir žmogaus kūnu. Taip pat stebime reguliacinį spaudimą – gamintojai turi įrodyti visišką atsekamumą , kontroliuoti SVHC medžiagas ir minimalizuoti anglies pėdsaką. Dėl skaitmeninio stebėjimo ir nuotolinių auditų Tederic įmonės gali įrodyti, kad kiekviena medžiagos gramas buvo perdirbamos kontroliuojamomis sąlygomis.

Kas yra skysto silikono injekcija?

LSR yra dvikomponentis silikonas su platina, pasižymintis žemu klampumu, kuris kietėja 120–200°C temperatūroje. Komponentas A sudarytas iš polimero ir užpildų, B – iš katalizatoriaus. Dozuojama per dantytas ar stūmokines pompas santykiu 1:1, maišoma statiniame maišytuve ir injekuojama į formą, kuri palaikoma aukštoje temperatūroje. Po kelių sekundžių medžiaga sukietėja, sukurdama lankstų, higienišką detalę. Procesui reikalinga šalta antgalis ir karšta formos plokštė, siekiant užkirsti kelią priešlaikiniam kietėjimui.

LSR injekcija skiriasi nuo termoplastų aušinimo fazės nebuvimu – vietoj to pagrindinis yra formos temperatūros ir kietėjimo laiko palaikymas. Injekcinės mašinos, aprūpintos LSR rinkiniu, turi specialius sraigtus (su lygiu paviršiumi), hermetiškus įpylimo angas ir sistemas, apsaugančias nuo kontakto su oru. Didelė medžiagos tekėjimo galimybė leidžia gaminti plonasienius elementus (0,2–0,5 mm) su aukštu pasikartojamumu.

LSR medžiagas galima modifikuoti pigmentais, laidžiomis dalelėmis ar barjeriniais priedais, kas atveria galimybes gaminti funkcines detales – pvz., laidžius mygtukus elektronikai ar medicininius laidus su rentgeno žymekliais. Proceso metu reikia užtikrinti, kad priedų maišymas nepažeistų kietėjimo. Todėl statiniai maišytuvai parenkami pagal mišinio klampumą ir tankumą, o parametrai įvedami į receptūras, saugomas sistemoje HMI.

LSR proceso vystymosi istorija

Skystas silikonas pasirodė rinkoje 70-aisiais, tačiau tik dozavimo pompų ir formų su šalta plokšte vystymasis 90-aisiais leido masinę gamybą. Pirmosios aplikacijos buvo sandarikliai automobiliams ir membraniniai jungikliai. Vėlesniais dešimtmečiais LSR tapo standartu medicinoje ir vaikų produktuose dėl bekvapumo ir sterilizavimo galimybės.

Pastarieji metai atnešė skaitmeninę revoliuciją: slėgio ir temperatūros jutiklių integravimą į formą, virtualius paleidimus ir automatinių dozavimo pompų kalibravimą. 2023 m. Tederic pristatė „Smart LSR“ modulius, kurie bendradarbiauja su MES sistemomis ir realiuoju laiku praneša apie medžiagos suvartojimą, ciklų skaičių ir energiją vienai detalei. Dėl to įmonės gauna išsamų proceso vaizdą ir lengviau pereina OEM klientų auditus.

Populiarumą taip pat paveikė tiekimo grandinių pokyčiai. Pandemija ir trumpesnių gamybos serijų tendencija lėmė lankstumo poreikį – LSR injekcija leidžia greitai perjungti produktus, nes nereikia medžiagos džiovinimo, o be atliekų formos padeda kontroliuoti sąnaudas. 2024 m. atsirado dozavimo moduliai su nuotinės diagnostikos funkcija, todėl Tederic servisas gali numatyti pompų sandariklių nusidėvėjimą ir suplanuoti jų keitimą prieš įvykstant prastovai.

LSR injekcijos tipai

LSR technologija apima keletą rūšių, priklausomai nuo formos konstrukcijos ir medžiagos tiekimo būdo:

• Standartinė LSR injekcija – dvi stūmokų pompos tiekia A ir B komponentus, statinis maišytuvas paruošia mišinį, o forma su šalta plokšte ir adatiniais vožtuvais užtikrina tolygų užpildymą.
• LSR su įdėklais (insert overmolding) – formoje išdėstomi metaliniai ar plastikiniai įdėklai, o LSR suformuoja sandariklį. Reikalingi robotai ir tikslus pozicionavimas.
• LSR 2K / hibridinė – vienoje mašinoje veikia dvi vienetai: viena LSR, kita termoplastui, leidžianti sukurti kietas-minkštas detales.
• Mikro LSR – miniatiūrinės dozavimo sistemos ir formos elementams, sveriantiems mažiau nei 0,1 g, gaminti.

Varianto pasirinkimas priklauso nuo panaudojimo, taip pat ir lūkesčių dėl ciklo greičio, paviršiaus kokybės ir integracijos su automatizavimo galimybėmis. Injekcinės mašinos Tederic buvo suprojektuotos taip, kad LSR modulius būtų galima montuoti tiek ant naujų, tiek ir ant esamų Neo E/Neo H mašinų, kas sutrumpina investicijos laiką.

Vis dažniau naudojamos „plug-and-produce“ konfigūracijos – paruošti dozavimo įrenginiai montuojami ant mašinos rėmo ir bendrauja su PLC per Euromap 82.2 . Toks sprendimas sutrumpina perkonfigūracijos laiką ir palengvina linijų perkeliamumą tarp gamyklų. Trumpas serijas gaminančiose pramonėse (pvz., personalizuota medicinos technologija) lankstumas yra esminis pelningumui.

LSR medtechui

Medtech sektoriuje LSR naudojamas kateterių, infuzinių pompų membranų, vienpusių vožtuvų ir implantų, kontaktuojančių su audiniais, gamybai. Reikalavimai apima sterilumą, biologinį suderinamumą ir atitiktį standartams ISO 10993 bei USP Class VI . Todėl gamybos linijos veikia švariose patalpose ISO 7/8, o visi komponentai turi būti lengvai dezinfekuojami.

Injekcinės mašinos Tederic Neo E su LSR rinkiniu naudoja elektrinius pavarų variklius ir hermetiškus gaubtus, pašalindamos tepalo nuotėkius. Formos projektuojamos su minimaliu atskyrimo linijų skaičiumi, siekiant sumažinti dalelių riziką. Integruojant su sistemomis eDHR , kiekvieno ciklo parametrai (slėgis, temperatūra, kietėjimo laikas) priskiriami konkrečiai partijai, supakuotai į sterilius maišelius.

Ypač reikliems projektams priskiriami komponentai ekstrakorporinei kraujotakai ir implantams, kontaktuojantiems su audiniais. Jiems reikalingas medicininės klasės LSR su gamma stabilumo sertifikatu ir analize dėl platinos pėdsakų. Tederic bendradarbiauja su medžiagų tiekėjais (pvz., Wacker, Momentive), kad paruoštų specifinius dozavimo įrenginių nustatymus ir valymo procedūras, kurios vėliau dokumentuojamos IQ/OQ/PQ patvirtinimo ataskaitose.

LSR kūdikių priežiūros ir FCM produktuose

Kūdikių priežiūros segmente LSR pasirenkamas dėl minkštumo, kvapo nebuvimo ir atsparumo aukštai temperatūrai. Iš jo gaminami čiulptukai, buteliukų žandikauliai, kramtukų elementai arba nepraliejami kubukų vožtuvai. Medžiaga turi atitikti maisto kontaktinių medžiagų (FCM) reikalavimus ir ES/FDA standartus dėl medžiagų migracijos. Todėl procesas turi būti kontroliuojamas ir laisvas nuo lakiųjų teršalų.

Gamintojai derina LSR su IML dekoracijomis ar spauda, o tai reikalauja tikslaus formos temperatūros palaikymo ir pakartojamo paviršiaus paruošimo. Automatizacija apima pick&place robotus, vaizdo sistemas, o kartais ir sterilius tunelius, kurie atvėsina produktą prieš supakuojant. Dėka Tederic Smart Monitoring, galima analizuoti skirtumus tarp lizdų ir greitai reaguoti į masės svyravimus.

FCM segmente taip pat populiaru vakuuminis pakavimas ir tiesioginė inspekcija. AOI kamera patikrina čiulptuko formą, o kontrolinės svarstyklės patikrina kiekvieno gaminio masę. Esant nukrypimui, sistema automatiškai atmeta detalę ir sugeneruoja ataskaitą kokybės skyriui. Šis sprendimas minimalizuoja atšaukimo riziką, kuri vaikų produktų rinkoje yra ypač brangi įvaizdžio prasme.

LSR automobilių pramonėje

Automobilių pramonėje LSR naudojamas jungčių sandarikliams, aukštos įtampos laidų apsaugoms, slėgio jutiklių membranoms ir LED lempų komponentams. Medžiaga atspari temperatūroms iki 200°C, UV spinduliavimui ir aliejams, todėl idealiai tinka variklio skyriui ir e-mobilumo sistemoms. Injekcijos procesas turi atitikti IATF 16949 bei PPAP standartus.

LSR cechai automobilių pramonėje dažnai integruoja insert molding – robotai įdeda metalinius kontaktus, o LSR suformuoja korpusą. Reikalingi 30–50 s ciklų laikai ir sandarumo patikra 100%. Dėka Euromap 77 ir OPC UA , mašinos parametrai patenka į SPC sistemas, o esant nukrypimams, gamyba automatiškai sustabdoma.

E-mobilumo projektuose taip pat naudojama LSR injekcija su šilumą laidžiomis medžiagomis. Tai leidžia kurti baterijų temperatūros valdymo modulius, kuriuose silikonas veikia kaip minkšta terminė sąsaja. Tam reikalingos specialios formos ir klampumo kontrolė, todėl operatoriai naudoja receptūras, įrašytas į HMI, ir sistemų blokavimus, kurie neleidžia paleisti ciklo nepatvirtinus naudojamo mišinio.

Konstrukcija ir pagrindiniai elementai

LSR injekcijos linija susideda iš kelių bendradarbiaujančių posistemių: injekcinės mašinos, komponentų dozavimo sistemos, formos su šalta plokšte, temperatūros valdymo sistemos, išėjimo automatikos ir kokybės kontrolės sistemų. Kiekvienas elementas turi būti suderinamas su darbu higieninėmis sąlygomis ir leisti lengvą plovimą.

Injekcinės mašinos Tederic siūlo kompaktiškus matmenis, kuriuos galima įrengti švarių patalpų kabinomis. Visa instaluojama pagal GMP principus – vamzdynai vedami kanalais, lengvais dezinfekuoti, o HMI panelės turi stiklines priekines dalis, atsparias valymo priemonėms.

LSR linija taip pat apima pagalbinę infrastruktūrą: ledinio vandens sistemas antgalio aušinimui, avarinį UPS maitinimą siurbliams ir dažų dozavimo stotis. Gamybos įmonėse verta numatyti aptarnavimo zonas, kuriose galima pakeisti medžiagos statines „greito keitimo“ režimu, nepertraukiant gamybos. Tam padeda transporto vežimėliai su greitųjų jungčių prijungimo funkcija ir lygio jutikliais.

Injekcijos vienetas

Injekcijos vienetas LSR turi trumpus sraigtus su lygiu paviršiumi, siekiant užkirsti kelią sūkuriams ir negyvoms zonoms. Varomas servo varikliu užtikrina aukštą tūrio pakartojamumą – paprastai 0,1 mm sraigtų judesio atitinka 0,01 cm³ mišinio. Antgalis aušinamas vandeniu, o cilindras palaikomas 20–25°C temperatūroje. Ši konfiguracija neleidžia priešlaikiniam kietėjimui plastifikavimo sistemoje.

Tederic vienetai aprūpinti slėgio ir temperatūros jutikliais antgalio, kas leidžia kontroliuoti mišinio klampumą ir koreguoti spaudimo parametrus realiu laiku. Esant poreikiui, galima įrengti papildomą termoplastinį vienetą ir gaminti 2K (LSR + PC/PA) elementus, o tai padidina dalių funkcionalumą.

Didelį vaidmenį taip pat atlieka formos išvėdinimo sistema. Tikslūs išvėdinimo vožtuvai apsaugo nuo oro spąstų, o mikro projektuose naudojamas vakuuminis palaikymas užpildymui. Mašinos valdiklis įrašo slėgio kreives antgalyje ir lizde, todėl lengva įvertinti, ar išvėdinimas yra veiksmingas.

System dozowania ir forma

LSR linijos širdis yra dviejų komponentų dozavimo sistema . Ji susideda iš stūmokinių arba dantytų siurblių, kurie siurbia komponentus iš 20–200 l talpų. Dozavimą kontroliuoja slėgio jutikliai ir srauto matuokliai. Sumaišius komponentus statiniame maišytuve, masė patenka į antgalį su adata. Negalima leisti kontakto su oru ar drėgme, todėl visos jungtys yra sandarios.

LSR forma turi šaltą plokštę su aušinimo kanalais, o lizdai kaitinami iki 150–200°C. Dėl to medžiaga kietėja tik lizde. Daugelyje projektų naudojamos be atliekų formos – kiekvienas kanalas aprūpintas adata, kas pašalina liejinius. Lizduose montuojami Pt100 temperatūros jutikliai ir slėgio jutikliai, kurie leidžia analizuoti kietėjimo eigą kiekvienai detalei.

Formų konstruktoriai taip pat planuoja automatizavimo kelius: robotų paėmimo taškus, vaizdo kamerų montavimo galimybes ir paviršiaus aktyvavimo plazma sistemas prieš spaudą. Tederic sprendimuose signaliniai laidai ir kaitinimo elementai yra integruoti viename jungtyje, kas pagreitina formos keitimą ir minimalizuoja neteisingo prijungimo riziką.

Pagrindiniai techniniai parametrai

LSR parametrų valdymas reikalauja tikslių matavimų ir automatinio receptūrų koregavimo. Svarbiausios kintamosios yra:

• Formos temperatūra: 120–200°C priklausomai nuo sienelių storio ir spalvų.
• Cilindrų/antgalio temperatūra: 15–25°C, kad mišinys liktų skystoje būsenoje.
• Kietėjimo laikas: 8–60 s – trumpėja esant aukštesnei temperatūrai ir naudojant katalizatorius.
• Injekcijos slėgis: 500–1500 bar su greičio profilio kontrole.
• Komponentų dozavimo tikslumas: ±0,5% tūrio.

Tederic sistemos leidžia vizualizuoti proceso eigą HMI ir archyvuoti duomenis debesyje. Įspėjimai nustatomi remiantis SPC tendencijomis – jei kietėjimo laikas pradeda ilgėti, sistema siūlo pakeisti filtrus arba kalibruoti temperatūros jutiklius.

Taip pat diegiami aplinkosaugos rodikliai: energija kilogramui produkcijos, vanduo, sunaudotas aušinimui, ir silikono atliekų kiekis. Šie duomenys reikalaujami daugelio klientų OEM pagal ESG ataskaitas ir dažnai nulemia naujų sutarčių skyrimą. Dėl tikslių matavimų įmonės gali vykdyti klimatui neutralius projektus ir tai įrodyti dokumentacija.

LSR injekcijos panaudojimas

Panaudojimo sritis apima:

• Medtech: kaniulų kamščiai, pompų membranos, kvėpavimo sistemos elementai, implantų dalys ausiai.
• Kūdikių priežiūra: čiulptukai, kandikliai, kubčių vožtuvai, kramtukai, laktatorių dalys.
• Maisto pramonė: kepimo formos, dozavimo įrenginių sandarikliai, sportinių butelių vožtuvai.
• Automobilių pramonė: aukštos įtampos jungčių sandarikliai, laidų apsaugos, jutiklių membranos.
• Vartotojiška elektronika: soft-touch mygtukai, garsiakalbių membranos, išmaniųjų laikrodžių dangteliai.

Papildomai LSR naudojama energetikos pramonėje (auštos įtampos izoliatoriai), aviacijoje (vibracijas slopinantys elementai) ir buitinės technikos gamyboje (orkaičių durų sandarikliai). Kiekvienu atveju vertinamos dielektrinės savybės, atsparumas chemikalams ir matmenų stabilumas, kurie pranoksta klasikinius elastomerus.

Pramonės gamintojai naudoja LSR lietimui jautriems elementams garso technikoje ir mados technologijų produktuose. Dėl skaidrumo ir dažymo galimybės silikonas mielai naudojamas gyvenimo stiliaus produktuose, derinant dekoratyvinę funkciją su elektronikos komponentų apsauga nuo drėgmės.

Kaip pasirinkti tinkamą LSR liniją?

Investicinis sprendimas turėtų prasidėti nuo medžiagų ir teisinių reikalavimų analizės. Reikėtų nustatyti švarios patalpos klasę, planuojamus apimtis ir numatomą ciklo laiką. Toliau seka šie žingsniai:

• Pasirinkti injekcinės mašinos modelį (Neo E, Neo H) ir uždarymo jėgą – paprastai 50–200 t LSR programoms.
• Pasirinkti dozavimo įrenginį (stūmoklines / dantytas siurbles) ir spalvų paruošimo būdą (pigmentai, masterbatch'ai).
• Formos projektavimas – lizdų skaičius, adataenčiai vožtuvai, Euromap sąsajos.
• Automatizavimas – robotai, vaizdo sistemos, aušinimo tuneliai, sterilus pakavimas.
• Integracija su kokybės sistemomis – eDHR, SPC, MES, ERP.

Tederic veda procesų seminarus, kuriuose simuluojami ROI scenarijai (pvz., ciklo sutrumpinimas 6 s sumažina vieneto kainą 8%). Kartu su medžiagų ir formų tiekėjais taip pat planuojami FAT/SAT testai, siekiant minimaliai sutrumpinti paleidimo laiką.

Negalima pamiršti BHP mokymų ir cheminių saugumo procedūrų. LSR komponentus reikėtų laikyti kontroliuojamoje temperatūroje, o personalas turi žinoti darbo su platinos katalizatoriais ar pigmentais taisykles. SDS dokumentacija įtraukiama į rizikos valdymo sistemas, o nuotėkių jutikliai stebi siurblių ir maišytuvų zonas.

Priežiūra ir eksploatacija

LSR procesas reikalauja kruopščios priežiūros, nes net nedidelis nešvarumų kiekis maišymo sistemoje gali sukelti medžiagos kristalizaciją. Pagrindiniai veiksmai yra šie:

• Kasdienis maišytuvo ir antgalio praplovimas valomuoju mišiniu arba specialiu techniniu silikonu.
• Savaitinis dozavimo siurblių patikrinimas – žiedų, tarpiklių, filtrų.
• Mėnesinė temperatūros jutiklių ir srautmatų kalibravimas.
• Drėgmės LSR statinių saugykloje stebėjimas ir dujų šalinimo sistemų naudojimas.

„Smart Maintenance“ sistema kaupia duomenis apie siurblių darbo laiką, aušinimo alyvos temperatūrą antgalyje ir pavarų vibracijas. Remiantis šiais duomenimis, sugeneruojamas patikrinimų grafikas ir atsarginių dalių sąrašai. Dėl integracijos su mobiliomis aplikacijomis technikai gali dokumentuoti atliktus veiksmus ir pridėti nuotraukas, o tai palengvina auditus.

Verta įdiegti avarinio reagavimo procedūras, pvz., avarinį planą pakeisti medžiagos statinę ar išvalyti formą po atsitiktinio mišinio sukietėjimo. Dėl kontrolinių sąrašų ir e. mokymų operatoriai žino, kaip saugiai sustabdyti procesą ir išvengti nuostolių. Tai ypač svarbu linijose, dirbančiose 24/7, kur kiekviena prastovos valanda sukelia didelių išlaidų.

Apibendrinimas

LSR injekcija sujungia higienos reikalavimus su masinės gamybos poreikiu. Dėl Tederic Neo E injekcinių mašinų ir Smart LSR modulių įmonės gali greitai pereiti nuo prototipavimo prie serijinės gamybos, išlaikydamos visišką proceso kontrolę. Tinkamas formų, automatizavimo ir kokybės sistemų parinkimas lemia mažesnę TCO ir greitesnę investicijų grąžą.

LSR diegimas nėra vienkartinis projektas, o transformacijos programa, apimanti žmones, technologijas ir duomenis. Nuolatinis parametrų stebėjimas, dozavimo sistemų priežiūra ir kompetencijų tobulinimas leidžia išlaikyti atitiktį normoms ir OEM klientų lūkesčiams. Toks požiūris leidžia skystą silikoną paversti strategine medžiaga medicinos, kūdikių priežiūros, maisto ir automobilių gamintojams, garantuojančiu tiek vartotojų saugumą, tiek gamybos prognozuojamumą.