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.
Convalidata, trasparente, sicura: la complessa piastra per coltura cellulare viene prodotta su un Engel e-motion 280 combi M. Il “validation assistant” garantisce la riproducibilità della gestione del processo e il suo monitoraggio tracciabile.
(Bild: Angeli)
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).
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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.
Precisione completamente elettrica per processi MedTech convalidati: Engel e-motion 280 combi M in azione con il validation assistant.
(Bild: Angeli)
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)