Injecție cu inserții și electronică IME - componente inteligente 2025

Introducere în injecția cu insert

Insert molding și In-Mold Electronics (IME) sunt tehnologii care permit combinarea plasticelor cu metal, ceramică sau circuite imprimate în ciclul de injecție. Datorită lor, producătorii obțin componente mai compacte, mai ușoare și mai funcționale pentru automotive, medtech, AGD și electronice de consum. În loc să monteze elementele în mai multe etape, mașina de injecție cu robot poziționează precis inseratul și îl encasează în plastic, asigurând o legătură durabilă și trasabilitate completă.

Articolul descrie ecosistemul complet al injecției cu insert: de la proiectarea matrițelor și a cleștilor, prin integrarea roboților, până la controlul calității inline și sistemele MES. Arătăm cum mașinile de injecție Tederic Neo susțin proiectele IME/IMD datorită interfețelor Euromap, modulelor de trasabilitate și mentenanței predictive.

Cerințele în creștere ale clienților OEM și ciclurile de viață ale produselor tot mai scurte fac din injecția cu insert un instrument strategic. Permite construirea de module plug-and-play care pot fi utilizate imediat pe liniile de asamblare, reducând numărul de furnizori și transporturi. În perioada transformării energetice și a personalizării tot mai accentuate a produselor, posibilitatea de reprogamare flexibilă a cavității cu ajutorul roboților și a rețetelor digitale este la fel de importantă ca tehnologia de injecție în sine.

Implementând injecția cu insert, merită să vă gândiți la întregul ciclu de viață al produsului: de la prototipare până la service și reciclare. Astfel, încă din etapa de proiectare, se pot anticipa cerințele privind demontajul, recuperarea metalelor sau actualizarea electronicii, reducând amprenta de mediu și facilitând atingerea obiectivelor ESG.

Ce este injecția cu insert și IME?

Insert molding este procesul în care se introduce un inserat (metal, electronic, textil) în matrița de injecție, apoi se encasează în material termoplastic topit. Rezultă un component monolitic în care inseratul îndeplinește funcții mecanice, electrice sau decorative. IMD (In-Mold Decoration) adaugă un strat grafic, în timp ce IME (In-Mold Electronics) utilizează folii imprimate conductoare și componente SMD montate pe circuite flexibile. Prin proces rezultă panouri tactile inteligente, interfețe HMI și structuri senzoriale.

Importante sunt poziționarea precisă a inseratului și încasarea etanșă a acestuia în plastic. Mașinile de injecție Tederic colaborează cu roboți SCARA, antropomorfi sau cartezieni care furnizează inseratele din depozite cu viziune. Procesul este controlat prin secvențe PLC, iar datele despre numerele de lot ale inseratelor și parametrii de injecție se salvează în sistemele de trasabilitate.

În proiectele IME, o provocare suplimentară este protejarea elementelor electronice sensibile de temperatură și tensiuni. De aceea, se utilizează profiluri de injecție multistadiale, control al vidului în matriță și senzori de presiune direct pe folie. Mașina de injecție nu doar execută ciclul procesual, ci comunică și cu sistemul de testare care, după ciclu, verifică rezistența pistelor și funcția senzorilor.

Istoria dezvoltării tehnologiei

Injecția cu insert s-a născut în anii '50, când producătorii de electronice doreau să encaseze cabluri în carcase din ABS. Primele instalații foloseau inserare manuală și matrițe simple. În anii '80 au apărut roboții pick&place și sistemele de viziune, crescând repetabilitatea și permițând matrițe multi-cavitate. Dezvoltarea IMD/IML în anii '90 a permis adăugarea de decorațiuni și straturi funcționale fără vopsire suplimentară.

Un moment de referință a fost apariția circuitelor flexibile cu piste conductoare imprimate. Companiile au început să proiecteze panouri tactile și controllere într-o singură operație de injecție. În 2018, Tederic a lansat pachetul Smart Insert, care sincronizează robotul, mașina de injecție și sistemele de viziune, salvând parametrii în cloud. Astăzi, injecția cu insert este un pilon al fabricilor Industry 4.0 – datele de la senzorii matriței ajung în timp real în sistemele MES, susținând analize SPC și mentenanța predictivă.

În ultimii ani au apărut și gemeni digitali ai celulelor insert. Aceștia permit testarea diferitelor traiectorii ale roboților și simularea riscurilor de coliziune înainte de construcția celulei fizice. Astfel, timpul de pornire se reduce de la săptămâni la zile, iar operatorii se pregătesc mai bine prin training VR. Acest lucru scade semnificativ costurile investițiilor și numărul de ajustări ale sculelor.

Tipuri de injecție cu insert

În practică, întâlnim câteva variante ale tehnologiei:

• Injecție cu insert manuală – operatorul plasează inseratul în matriță, iar mașina injectează plasticul. Necesită unelte simple și se folosește la serii mici.
• Injecție cu insert robotizată – robotul preia inseratele din depozit, le verifică vizual și le plasează în cavități. Asigură repetabilitate ridicată și trasabilitate a loturilor.
• Injecție cu insert multi-material – combină injecția cu insert cu etape ulterioare, ex. injecție 2K, IMD sau encasare LSR.
• IME – variantă specială în care inseratul este o folie funcțională (cu straturi conductoare, senzori, LED-uri) modelată tridimensional.

Proiectarea corectă a cavității, sistemului de fixare a inseratelor și secvenței robotului este esențială pentru siguranța procesului. Mașinile de injecție Tederic oferă interfețe Euromap 67/77 care optimizează comunicarea cu roboții, iar modulele Smart Insert monitorizează poziția mesei rotative, temperatura inseratelor și stările senzorilor.

În celulele mai avansate se folosesc depozite multi-nivel pentru inserate, stații de activare plasmatică a suprafețelor sau curățare ultrasonică a inseratelor înainte de introducerea în matriță. Fiecare etapă poate fi controlată de pe HMI mașinii de injecție, iar datele se transmit în sistemele MES pentru a păstra evidența completă a procesului.

Injecția cu insert în automotive

În automotive, injecția cu insert se folosește pentru conectori, senzori, întrerupătoare și panouri HMI. Aceste elemente trebuie să respecte normele IATF 16949, PPAP și cerințele de mediu (temperatură, vibrații, chimicale). Inseratele sunt de obicei șine de cupru, contacte, piese de oțel sau folii decorative.

Liniile automotive funcționează 24/7, deci contează fiabilitatea. Roboții plasează inseratele, senzori de forță confirmă prezența lor. Apoi, sistemul de viziune verifică corectitudinea montajului. Datorită Euromap 77, datele ajung în sistemul SPC, iar la abatere se generează alertă. Injecția cu insert reduce numărul operațiilor de asamblare cu până la 40% și scurtează timpul de ciclu la 30–40 s pentru panouri HMI.

Un trend nou este integrarea injecției cu insert cu teste electrice la 100% de piese produse. După injecție, robotul transferă elementula stația ICT, unde se verifică semnalele electrice și comunicarea LIN/CAN. Rezultatele ajung direct în sistemul de trasabilitate, facilitând respectarea cerințelor OEM privind PPAP și rapoartele de calitate.

IME și electronica de consum

IME revoluționează proiectarea electronicii de consum și AGD premium. Foliile PET imprimate cu piste conductoare și senzori pot fi termoformate, apoi injectate cu plastic, creând interfețe tridimensionale. Asta permite proiectarea panourilor tactile cu butoane capacitive integrate, iluminare și decorațiune într-un singur pas.

Procesul necesită colaborarea mai multor tehnologii: serigrafie, tăiere laser, montaj SMD, termoformare și injecție. Mașina de injecție Tederic sincronizează acionarea mesei rotative cu robotul pentru a evita tensiunile în folie. În matriță se instalează senzori de presiune și temperatură care protejează pistele sensibile de deteriorare. Datele se arhivează în sistemul de trasabilitate, fiecare lot de panouri având propriul „pașaport digital”.

IME permite și integrarea antenelor NFC, senzorilor de lumină sau elementelor haptic. Astfel, producătorii de wearables pot crea panouri curbate care răspund la atingere, păstrând etanșeitatea IP67. Necesită însă proiectare riguroasă a matrițelor și colaborare cu furnizorii de folii care oferă profiluri de întindere și date despre conductivitate post-formare.

Injecția cu insert în medtech

În medicină, injecția cu insert permite crearea componentelor hibride: tije metalice legate de plastic biocompatibil, socluri pentru implanturi sau elemente de unică folosință cu funcții electronice. Procesul trebuie să respecte normele ISO 13485, ceea ce implică validare completă și mediu de producție curat.

Cel mai des se folosesc inserate din oțel chirurgical sau senzori de presiune, iar plasticul este PEEK, PPSU sau LSR. Este necesară identificarea UDI, așa că roboții și sistemele de viziune scanează codurile, iar datele ajung în eDHR. Întregul proces este monitorizat – senzorii de temperatură ai matriței, forța de menținere și poziționarea inseratelor se arhivează și analizează în sistemele SPC.

Medtech folosește injecția cu insert și în produse de unică folosință, precum ace de siguranță sau seturi de infuzie cu cipuri NFC. Permite trasabilitatea loturilor și asigură integritatea datelor clinice. În camere curate (ISO 7/8), roboții colaborează cu flux laminar pentru a evita contaminarea, iar toate părțile cleștilor sunt din materiale ușor sterilizabile.

Construcția și elementele principale ale celulei

Celula insert/IME cuprinde mașina de injecție, robotul, depozitele de inserate, sistemul de viziune, matrița echipată cu senzori și echipamente auxiliare (ex. stații de preparare plasmatică a suprafețelor). Mașinile de injecție Tederic Neo oferă mese rotative, plăci mobile indexabile sau sisteme laterale de introducere a inseratelor. Totul depinde de tipul componentului și numărul de cavități necesar.

Interfețele electronice Euromap permit comunicare sigură cu robotul: semnale handshake, confirmare poziție și transmitere erori. Astfel se pot programa secvențe complexe: deschidere matriță, intrare robot, control viziune, suflare aer, închidere matriță și start injecție.

Modulele suplimentare includ stații de preparare a suprafeței (plasmă, coroană) care îmbunătățesc aderența plasticului la folie sau metal. În unele celule se montează și echipamente pentru aplicarea pastei conductoare sau lacuri protectoare. Toate aceste dispozitive pot fi controlate din SCADA superior, iar parametrii lor se salvează împreună cu datele de injecție.

Sistemul robotic și poziționarea

Robotul este inima celulei de injecție cu insert. Trebuie să poziționeze precis inseratele, deseori în toleranțe ±0,05 mm. În funcție de aplicație, se folosesc roboți cartezieni, SCARA, Delta sau antropomorfi. Fiecare clește are senzori de prezență, sisteme cu vid sau electro-magneti. La elemente electronice, esențială este protecția ESD, așa că cleștele se execută din materiale conductoare.

Sistemele de viziune 2D/3D controlează orientarea inseratelor și suprafața foliei. La eroare, robotul returnează elementula stația de corecții sau rebuturi. Datorită integrării cu PLC Tederic, se pot crea rețete cu parametri de mișcare, puncte TCP și offset-uri. Secvențele se salvează în sistemul de trasabilitate, facilitând auditurile și reconfigurarea liniilor.

În aplicații avansate se folosesc senzori de forță/torsiune (force torque) care permit robotului să adapteze adaptiv presiunea asupra inseratului. Este cruciala componente fragile, ex. senzori ceramici de presiune. Robotul poate efectua și operații suplimentare – ex. sudură laser sau montaj etichete – reducând numărul de stații din fabrică.

Matrița, senzorii și controlul

Matrițele pentru insert molding au cavități speciale cu mecanisme de strângere care stabilizează insertul. În soluțiile simplificate se utilizează magneți sau expulzori cu arc, în timp ce în cele avansate – sisteme active de presare controlate hidraulic sau electric. În matriță se montează senzori de temperatură, presiune și poziționare, precum și sisteme de viziune pentru verificarea prezenței insertului.

În proiectele IME, matrița dispune de canale de vid care presează folia pe suprafața cavității. De asemenea, se folosesc senzori de rezistență care monitorizează dacă traseele conductoare nu au fost întrerupte. Datele de la senzori sunt transmise către controlerul mașinii și arhivate, ceea ce sprijină analizele cauză-efect (root cause analysis).

Proiectanții de matrițe planifică de asemenea sisteme de schimb rapid al inserturilor. Astfel, versiunea produsului sau varianta de culoare poate fi schimbată în câteva ore. Matrițele sunt echipate cu conectori multipli pentru alimentarea senzorilor, sistemelor de încălzire și celor de vid, ceea ce simplifică montajul și service-ul.

Parametri tehnici cheie

Insert molding-ul necesită controlul multor variabile: temperatura inserturilor, forța de presare, viteza de injecție, presiunea și timpul de răcire. Devierile mici pot provoca deplasări ale inserturilor, punți termice sau fisuri. Indicatori esențiali:

• Temperatura insertului: 40–120°C în funcție de material – influențează aderența și tensiunile.
• Presarea insertului: monitorizată cu senzori de forță; lipsa presării adecvate duce la scurgeri de material plastic.
• Viteza de injecție: profil adaptat pentru a nu deteriora electronica.
• Presiunea de menținere: 600–2000 bar; controlată secvențial, în speciala IME.
• Timp de răcire: optimizat pentru evacuarea uniformă a căldurii de la insert.

Sistemele Tederic Smart Insert analizează curbele de presiune în timp real și le compară cu modelele de referință. În cazul detectării unei deviații, declanșează automat alarma, opresc robotul sau marchează piesa injectată pentru control. Astfel, rata de rebuturi scade cu până la 30%.

Este important să monitorizați și temperatura ambientală și umiditatea depozitului de inserturi – în special pentru foliile IME și componentele electronice. Datele climatice pot fi corelate logic cu parametrii procesului, ceea ce ajută la explicarea eventualelor deviații. În sistemul HMI se creează dashboard-uri care integrează date de la mașini, roboți și stații de testare.

Aplicații ale insert molding-ului

Tehnologia se aplică în multe industrii:

• Automotive: conectori, panouri HMI, rame de radare, elemente ADAS.
• Medtech: cavități pentru implanturi, ace cu protecții, instrumente chirurgicale.
• Electronică: butoane soft-touch, panouri tactile, module wearable.
• AGD: panouri de comandă, butoane premium, elemente decorative.
• Industria aerospațială: conectori de înaltă rezistență și senzori structurali.

În toate cazurile, insert molding-ul scurtează lanțul de aprovizionare, deoarece componenta finală iese din cavitate complet asamblată. Acest lucru facilitează gestionarea stocurilor, reduce numărul de furnizori și accelerează implementarea modificărilor de design.

În sectorul energiei regenerabile, tehnologia este folosită pentru producerea senzorilor și conectorilor pentru parcuri eoliene sau sisteme de stocare a energiei. Datorită rezistenței la vibrații și etanșeității IP67, insert molding-ul asigură o durată lungă de viață a componentelor care funcționează în condiții ambientale dificile.

Cum alegeți o linie insert/IME?

Alegerea trebuie să se bazeze pe analiza produsului, volumelor și cerințelor de calitate. Pași cheie:

• Determinarea tipului de inserturi (metal, electronică, folii) și a toleranțelor de montaj.
• Selectarea mașinii de injecție (forță de închidere, număr de unități, mese rotative) și a roboților.
• Proiectarea matriței, a mânerelor de prindere și a depozitelor de inserturi.
• Integrarea sistemelor de viziune, senzorilor și a trasabilității (ex. UDI, DataMatrix, RFID).
• Validarea procesului și planul de monitorizare SPC.

Tederic organizează workshop-uri de Application Engineering, în cadrul cărora se creează un gemen digital al cavității. Se simulează traiectoriile roboților, se analizează timpul de ciclu și se identifică punctele de coliziune. Astfel, riscul de implementare scade, iar punerea în funcțiune efectivă durează mai puțin.

Este recomandabil să pregătiți un plan complet de validare, care să includă calificarea matriței (FOT), testele unitare ale inserturilor, controlul conexiunilor și testele de mediu. Toate rezultatele trebuie colectate în sistemele de calitate (ISO 9001, IATF, ISO 13485), pentru a asigura transparența în timpul auditurilor clienților.

Întreținere și mentenanță

Celulele insert necesită o strategie integrată de mentenanță. Trebuie asigurat curățenia mânerelor de prindere, calibrarea sistemelor de viziune și verificările periodice ale matrițelor. Senzorii de forță și temperatură trebuie validați pentru a furniza date corecte sistemelor de trasabilitate. În liniile de înaltă eficiență se utilizează indicatori MTBF/MTTR și se planifică reviziile pe baza datelor din platforma Smart Maintenance.

Roboții și depozitele de inserturi trebuie să aibă proceduri de lubrifiere și curățare adaptate clasei de curățenie. Fiecare componentă primește propria carte de service, în care se înregistrează schimburile de mânere, actualizările de software și calibrările. Astfel, auditurile IATF/ISO decurg fluent, iar echipele de mentenanță au istoric complet.

Sistemul Smart Maintenance generează remindere pentru calibrarea camerelor de viziune, schimbul amortizoarelor axelor robotului sau reviziile mesei rotative. Datorită analizei tendințelor de vibrații, se poate prevedea uzura ghidajelor și planifica service-ul în timpul scurtei opriri de weekend.

Concluzie

Insert molding-ul și IME sunt tehnologii care transferă valoarea asamblării electronice direct în procesul de injecție. Datorită roboților preciși, matrițelor inteligente și sistemelor de trasabilitate, companiile pot produce componente complexe mai rapid, mai ieftin și cu mai puține defecte. Mașinile de injecție Tederic Neo, echipate cu pachete Smart Insert, asigură control total al parametrilor, integrare ușoară cu MES și posibilitatea de scalare a cavităților.

Investiția în insert molding necesită o strategie bună, dar se amortizează prin reducerea operațiilor de asamblare, scurtarea timpului de livrare și îmbunătățirea calității. Construind un ecosistem digital în jurul cavității – de la roboți la analiza datelor – companiile obțin un avantaj competitiv și pot crea produse care răspund tendințelor IoT, electromobilității sau medtech-ului.

Cheia succesului este îmbunătățirea continuă: actualizarea programelor roboților, analiza datelor SPC și dezvoltarea competențelor echipei. Astfel, liniile insert rămân flexibile și pregătite pentru generațiile viitoare de produse, indiferent dacă sunt cockpity inteligente auto, implanturi personalizate sau dispozitive smart home.