Stampaggio a iniezione e convalida del processo Perché in Engel è il componente a dettare il ritmo

Engel illustra, prendendo come esempio la produzione di una piastra multi-pozzetto, come sia possibile pianificare in modo più mirato e ridurre i tempi della convalida di processo nello stampaggio a iniezione. Nel caso di applicazione descritto, l’impegno richiesto per la qualificazione e la validazione è diminuito, mentre il tempo di ciclo si è ridotto. È fondamentale adottare un approccio che parta dai requisiti funzionali del componente e utilizzi sistemi di assistenza digitale per valutare la stabilità del processo e garantire le impostazioni critiche.

Una piastra Multi Well viene utilizzata, tra l’altro, per la coltura cellulare. Il suo coperchio deve consentire un adeguato scambio gassoso e, al contempo, ridurre al minimo l’evaporazione. A prima vista potrebbe sembrare una questione legata all’applicazione, ma ha conseguenze dirette sulla produzione: le dimensioni, la planarità e la parallelismo delle superfici di appoggio devono essere corrette affinché la piastra e il coperchio interagiscano come previsto.

È qui che entra in gioco la validazione basata sul rischio. Anziché considerare in modo uniforme tutti i parametri disponibili della macchina, il percorso parte dai requisiti d’uso, passa attraverso le caratteristiche qualitative critiche del componente e arriva alle grandezze di processo che influenzano tali caratteristiche. Nel gergo tecnico ciò significa: dalla User Requirements Specification (URS) ai Critical Quality Attributes (CQA) fino ai Critical Process Parameters (CPP). Dietro queste sigle si nasconde una semplice domanda: cosa deve essere corretto alla fine – e quali sono gli elementi del processo che lo determinano?

Quando un requisito diventa una caratteristica di controllo

Per la piastra Multi Well, le tolleranze relative alle dimensioni nelle direzioni X e Y sono pari a ±0,25 mm ciascuna, mentre nella direzione Z sono pari a ±0,15 mm. Vengono controllate anche le superfici di appoggio. Per la precisione dimensionale sono rilevanti, tra l’altro, la pressione di mantenimento e la pressione interna dello stampo; una regolazione non uniforme della temperatura può causare deformazioni. In questo modo, i requisiti relativi all’interazione tra piastra e coperchio si traducono in un compito concreto di controllo e monitoraggio. Molti parametri sono misurabili, ma ciò che conta è ciò che influenza il funzionamento del pezzo stampato.

Qualificarsi con una domanda chiara

Dalla comprensione dei requisiti dei componenti è possibile ricavare una strategia di validazione mirata. Già nella fase di Design Qualification (DQ), le simulazioni aiutano a circoscrivere i rischi e le possibili finestre di processo. In questa fase iniziale, è ancora relativamente semplice pianificare le contromisure, sia a livello hardware che software. Ad esempio, è possibile prevedere l’impiego del sistema Engel iQ weight control per compensare le variazioni di materiale tra i lotti nel processo e favorire il rispetto di tolleranze strette nei pezzi stampati. In questo modo è possibile aumentare notevolmente la stabilità del processo in produzione. È tuttavia fondamentale che questo aspetto venga preso in considerazione fin dall’inizio.

La qualificazione dell’installazione (IQ) verifica che la cella di produzione sia installata come previsto e che i suoi componenti funzionino correttamente. Ciò comprende la documentazione relativa alla calibrazione dei sensori e alla funzionalità della cella, che costituisce la base per poter valutare in modo affidabile i dati di misurazione in un secondo momento. L’azienda può fornire supporto continuo per tali documentazioni tramite il servizio everQ. La qualificazione operativa (OQ) esamina entro quali limiti il processo soddisfa i requisiti; la qualificazione delle prestazioni (PQ) dimostra la riproducibilità nelle condizioni di produzione previste.

Le simulazioni aiutano a preparare le prove, ma non sostituiscono il collaudo sul componente reale. Soprattutto nel caso di serie di prove estese, l’analisi dei dati può far risparmiare tempo e ridurre gli scarti. Per la piastra Multi Well, durante la qualificazione operativa (OQ) sono state esaminate, nell’ambito di una pianificazione sperimentale (Design of Experiments, DoE) . Per effettuare il campionamento solo quando il processo ha raggiunto uno stato stazionario, dopo una modifica del processo si attende spesso in modo generico da 30 a 60 minuti, senza tenere conto del fatto che il processo abbia già raggiunto lo stato stazionario. Ciò comporta un tempo di attesa compreso tra 30 e 60 ore per ogni validazione, che spesso non è necessario. È qui che entra in gioco l’iQ process observer: esso presenta in modo chiaro i dati di misurazione e le impostazioni della cella e valuta la stabilità del processo. In questo modo, anziché attendere un periodo di tempo prestabilito, i campioni possono essere prelevati non appena il processo si è stabilizzato. Ciò consente di ridurre notevolmente la durata della qualificazione operativa (OQ).

In che modo i sistemi di assistenza mantengono il processo sulla giusta rotta

Dopo la qualificazione, il processo di produzione in serie deve rimanere entro i limiti approvati. Nell’esempio pratico, la piastra Multi Well viene prodotta su una Engel e-motion 280 combi M completamente elettrica. L’Engel validation assistant integra i requisiti del componente con funzioni di assistenza e monitoraggio.

La curva di respirazione dello stampo rilevata con iQ clamp control può evidenziare variazioni nel comportamento di iniezione e di mantenimento della pressione. Se necessario, i sensori dello stampo forniscono dati aggiuntivi sulla pressione interna e sull’andamento della temperatura, sebbene ciò comporti un certo dispendio di risorse.

Con i limiti dei parametri è possibile circoscrivere impostazioni critiche, come il profilo di post-pressione o il tempo di raffreddamento, a intervalli approvati e proteggere le modifiche in base ai ruoli. In questo modo il processo – sistematicamente protetto dal CC300 – rimane sempre all’interno della finestra di processo definita. L’iQ process observer aiuta a individuare anomalie nei dati di processo e a individuarne le cause. I sistemi supportano la gestione e il monitoraggio del processo; tuttavia, rimangono necessari il controllo, la valutazione e l’approvazione del prodotto.

Qui valgono questi numeri. Il metodo va oltre.

Nel caso d’uso descritto, è stato possibile ridurre il tempo necessario per la qualificazione e la convalida di circa il 30%. Il tempo di ciclo è sceso da un valore di riferimento standard del settore pari a 16 s a circa 11 s. L’entità del risparmio ottenibile con una geometria del prodotto diversa deve essere valutata nel dettaglio, a seconda della geometria, del materiale, dello stampo, del processo di partenza e dei requisiti.

Il metodo è in ogni caso applicabile. Chi comprende innanzitutto la funzione del prodotto è in grado di definire in modo mirato i criteri di qualità, analizzarne l’influenza sui processi e garantire l’ambito qualificato durante la produzione. Queste conoscenze aiutano anche a valutare sistematicamente eventuali modifiche successive o un trasferimento di processo. Concetti più avanzati, come l’approvazione basata sui parametri di processo, rimangono una prospettiva che richiede presupposti e prove specifiche.

All’inizio c’era una piastra Multi Well e la domanda su quali caratteristiche dovesse avere il componente finito. Alla fine ne è risultato un processo mirato proprio a questo: a volte ragionare a ritroso è la via più diretta verso la validazione. (sl)