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　　總部位于加拿大安大略省喬治敦的 MHS 公司推出了第一款帶 8 個注塑腔的 M3 系列微注塑機(jī)。這個成功的注塑解決方案配備了倍福基于 PC 的控制技術(shù)和 EtherCAT 現(xiàn)場總線等產(chǎn)品。2020 年，MHS 公司決定將系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大到 32 腔，他們發(fā)現(xiàn)倍福平臺易于擴(kuò)展，無需升級組件，并能夠繼續(xù)保持能夠延長塑料熔體使用壽命的創(chuàng)新工藝。

　　基于 PC 的控制助力優(yōu)化微注塑機(jī)

　　無論注塑制品尺寸大小或采用的塑料材料類型如何，決定其品質(zhì)的因素主要有三點(diǎn)：壓力、溫度和時間。Mold Hotrunner Solutions（MHS）2016 年推出的 M3 微注塑機(jī)對這些參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。這種零廢棄交鑰匙注塑解決方案為醫(yī)療設(shè)備和電子制造商以及其他終端用戶提供了新的能力。M3-D08 系統(tǒng)配備公司自主研發(fā)的熱流道噴嘴和注射成型等技術(shù)，能夠高效、高精度地生產(chǎn)出重量輕至 1.3 mg 的直接澆口微型零件。

　　可靠的工藝是產(chǎn)品質(zhì)量的保證

　　MHS 公司設(shè)計(jì)的 M3 系列旨在消除注射成型工藝中長期存在的缺陷。傳統(tǒng)上，注塑成型過程的第一步是將粒狀塑料從注塑機(jī)的料斗送入料筒中。螺桿推動粒狀塑料螺旋式向前輸送，料筒外的加熱器對其進(jìn)行加熱熔化。通過合適的溫度控制程序，確保塑料在通過噴嘴注入模具之前達(dá)到所需的溫度和粘度。此外，M3 熱流道系統(tǒng)使用閥式澆口和內(nèi)部熱切澆口將材料直接注入模具中。這樣就能夠生產(chǎn)出表面平整光滑的精密零件，并減少澆口殘留量，這些殘留物通常會聚集在澆口處，必須在零件后道成型工序中清除，以進(jìn)行回收或丟棄。

　　若要打開和關(guān)閉模具，注塑機(jī)需要協(xié)調(diào)水平運(yùn)動和垂直運(yùn)動，在幾分之一秒內(nèi)以 10 μm 精度調(diào)整重量為 500 磅（約 900 克）的模具位置。

　　這一過程對注塑機(jī)設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)，需要根據(jù)精確的壓力、溫度和時間規(guī)范提高注塑過程重復(fù)精度，以確保零件的高品質(zhì)。

　　“倍福 2012 年就與 MHS 有過合作，當(dāng)時他們需要性能更強(qiáng)大的自動化、通信和遠(yuǎn)程訪問系統(tǒng)。”倍福加拿大區(qū)域銷售經(jīng)理 Paul Pierre 說道。2016 年，MHS 要為完成 M3 系列的初始建造尋找新的控制解決方案，再次找到了倍福。一臺搭載四核 Intel® CoreTM i7 處理器的高性能 C6920 控制柜式工業(yè) PC 被選為 M3 的控制平臺。一臺寬屏的 CP3921 控制面板用作 HMI 硬件。MHS 可以使用這臺 21.5 英寸的多點(diǎn)觸控顯示屏重新配置控制界面，以更好地適應(yīng)微成型工藝，并可概覽所有工藝變量。

　　M3 微注塑機(jī)是生產(chǎn)醫(yī)療設(shè)備和電子產(chǎn)品等微型零件的理想選擇。

　　通過 EtherCAT 實(shí)時通信是關(guān)鍵

　　EtherCAT 可為復(fù)雜的運(yùn)動結(jié)構(gòu)提供實(shí)時通信。由于微型零件使用的塑料非常少，很難實(shí)現(xiàn)在不影響熔體質(zhì)量的情況下保持加工溫度。MHS 采取的工藝是在塑料熔體到達(dá)閥口前才將其加熱到加工溫度，這樣可以延長材料塑化時間，大大減少浪費(fèi)。

　　4 通道 EtherCAT 熱電偶輸入端子模塊 EL3314 和 TwinCAT Temperature Controller（TF4110）使得該實(shí)施成為可能。MHS 使用了 14 個公差要求為 ± 0.1 °C 的加熱器。EL3314 和溫度控制軟件的表現(xiàn)非常出色。倍福 AX5000 伺服驅(qū)動器中還配備了 AX5721 編碼器選項(xiàng)卡，支持高分辨率的線性編碼器。TwinSAFE I/O 和驅(qū)動器功能用于控制安全鎖、急停按鈕和安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷（STO）功能選項(xiàng)。

　　倍福的 AX5000 伺服驅(qū)動器驅(qū)動用于實(shí)現(xiàn)水平運(yùn)動的 AL2815 直線伺服電機(jī)和用于實(shí)現(xiàn)垂直運(yùn)動的 AL2412 直線伺服電機(jī)，以控制開模和合模運(yùn)動。“如果沒有 EtherCAT 在 I/O 和驅(qū)動器中的實(shí)時功能，就不可能快速達(dá)到 10 μm 的精度。”MHS 的設(shè)計(jì)部經(jīng)理 Ryan Craig 說道。

　　MHS 選擇了倍福的 21.5 英寸 CP3921 多點(diǎn)觸控控制面板，為操作人員提供了更大的透明度和可用性。

　　兼顧高產(chǎn)能與高品質(zhì)

　　“倍福基于 PC 的自動化技術(shù)幫助我們實(shí)現(xiàn)了高動態(tài)線性運(yùn)動軌跡精度，通過電子郵件發(fā)送日志以防止出現(xiàn)故障，連接云端并與第三方設(shè)備（如相機(jī)和烘料機(jī)）通信。”MHS 公司高級自動化工程師 Amir Abbas Shoraka 解釋道。

　　倍福的 AX5000 系列伺服驅(qū)動器用于高動態(tài)地控制螺桿、線性模具運(yùn)動和側(cè)裝式機(jī)器人的運(yùn)動。

　　緊接著，MHS 想要進(jìn)一步提升產(chǎn)能，于是在 2020 年開始將 M3 從 8 x 1 個微型零件型腔模塊擴(kuò)展到 8 x 4 個模塊，對于由此誕生的速度更快的 32 腔版本，它們能夠使用相同的控制架構(gòu)。32 腔版本在側(cè)面還加裝了一個高速機(jī)器人，它以 0.4 毫秒移動 1000 毫米的速度進(jìn)入單元，再以 0.4 毫秒的速度出來。AX5000 驅(qū)動器與兩臺 AM8042 伺服電機(jī)以及一個外部制動電阻用于實(shí)現(xiàn)上述過程。

　　在新的 Alpha M3-D32 中，62 個加熱器控制器在同一個控制平臺上工作，以 5 毫秒的周期時間控制軸和設(shè)備的動作時序。“除了機(jī)器人技術(shù)之外，M3 設(shè)備上還添加了一些控制智能，以及用于零件檢測和模具安全的視覺系統(tǒng)，它們都通過 EtherCAT 通信。我們使用性能同樣強(qiáng)大的基于 PC 的設(shè)備控制器實(shí)現(xiàn)了這一切，未造成任何性能損失。”Amir Abbas Shoraka 說道。MHS 在 EtherCAT 方面取得了巨大成功，因此公司也決定加入 EtherCAT 技術(shù)協(xié)會。

　　最早的 M3 設(shè)備就已經(jīng)超越了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可在一個實(shí)際工作日內(nèi)零浪費(fèi)地平均生產(chǎn) 170,000 個微型零件。例如，如果零件的重量為 10 毫克，那么整個生產(chǎn)過程正好需要 1 公斤塑料顆粒。即使是聚醚醚酮（PEEK）及其它高熱材料，M3 也能達(dá)到相同的效率和品質(zhì)。“從 2016 年的第一臺 M3 微注塑機(jī)起，零件的原型參數(shù)與大批量生產(chǎn)的加工參數(shù)就一直保持一致。”MHS 公司創(chuàng)始人 Harald Schmidt 說道。

　　M3-D08 縮小了微成型的質(zhì)量差距，而 Alpha M3-D32 在不影響其在壓力、溫度和時間方面的可重復(fù)性的情況下具有更高的產(chǎn)能。M3 系列在設(shè)備運(yùn)動、注射、冷卻、頂出和機(jī)器人方面可以達(dá)到 4 秒或更短的周期時間。擴(kuò)大規(guī)模后的系統(tǒng)的平均日產(chǎn)量達(dá)到 69 萬個零件，是以前系統(tǒng)產(chǎn)量的四倍多。

　　關(guān)于德國倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術(shù)的驅(qū)動者，倍福定義了自動化領(lǐng)域的許多標(biāo)準(zhǔn)，是國際標(biāo)準(zhǔn)的制定者和推動者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動產(chǎn)品和 TwinCAT 自動化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領(lǐng)域提供開放式自動化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設(shè)立 30 多家分支機(jī)構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及 70 多個國家和地區(qū)。

　　倍福于 1997 年進(jìn)入中國市場，中國區(qū)總部落戶于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國內(nèi) 30 座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、半導(dǎo)體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機(jī)械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領(lǐng)域。

　　公司傾力推廣的 EtherCAT 實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)，并已入編工信部的《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽(yù)。倍福基于 PC 的控制技術(shù)具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動化技術(shù)完美融合在一起，為實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

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