三年一次的日本东京国际橡塑胶大展, 刚刚于日本东京海滨幕张国际展馆举办结束(2017.10.24——10.28), 这是全球第三大国际橡塑胶展览, 仅次于三年一次的德国橡塑胶(K show)大展以及中国举办的Chinaplas.
经过三天的详细观察, 东莞理工学院机械工程学院/长安先进制造学院副教授, ACMT 材料科学技术委员会主任委员/粉末注射成形委员会副主任委员, 中国粉末注射成形联盟(PIMA-CN)轮值主席邱耀弘博士 (Dr. Q)归结出有三个重要的看点:
1.橡塑胶业结合物联网(IoT, Internet of Thing)与工业4.0的进度
2.模具与装备的升级改进
3.汽车结构以塑代钢的趋势
本文将透过Dr. Q的眼睛深入观察, 并以浅出易懂的文字和图案配合呈现给各位看倌, 也让没有机会参观的一睹为快, 让已参加的则再次回味.
ACMT参访团的日本工厂深度体验 – 犹如进到家门里的参访
为了让团员有贴近的临场感受, 我们安排了会前访问, 深入两家日本最强的设备工厂 – 代表传统劲旅的住友(SUMITOMO)重机千业工厂, 以及年轻新秀的苏比克(SODICK)神奈川工厂. 以下为总结这两家工厂的特色陈述.
住友重机 – 注重细节的传统劲旅
住友重机的注射机事业起步较早, 最早可追溯到50年前的1966年, 制造技术则是由欧洲的瑞士Nestal品牌转移(目前Nestal已经被克劳斯马菲, KM所并购), 虽然住友比起日本注射机双雄: 日钢(JSW)与日精(NESSEI)起码慢了15年, 但是凭借住友重机在铜矿开采的三百年家业下传承的刻苦向上精神, 很快的成为日本名扬世界的注射机名牌.
果然, 细节出众的日本工厂立刻给予团员特别的感受, 参访团近50人就有至少20为接待人员, 从参观用的一次性鞋套和安全帽内的一次性纸帽防脏, 陈旧的工厂却井然有序, 所有能够上工的人员名单与技术专长的标示, 以及每个厂区用最经济的钢管和木板所组合的工具车, 我们都可以感受到细节的显现.
苏比克 – 勇于创造的年轻新秀
进到苏比克工厂, 接待人员依旧有20人以上之外, 能够说中文的中, 台两地分公司人员也都在场, 最令Dr. Q感受到震撼的是几句标语: '自己制造世上没有的东西 ', '支撑制造业进步的机械, '以新技术支撑制造业的未来 '. 广大明亮的展示厅, 摆设了各种创新的设备以及用这些设备加工完成的极限产品, SODICK最具代表性的莫过于注射成形采用V-Line方式, 这种注射与加教分离的方法, 改变传统注射成形, 也突破了当时注射机群雄杀戮中突围获胜的设计, 足以证明苏比克拥有令人惊艳的创造力. 如图(2), 分离功能使得加胶过程可以更顺利不造成太多的摩擦, 螺杆没有火箭头而仅少磨损提升寿命, 材料剪切时间缩短且不致造成过度摩擦, 注射活塞寿命长等种种的优势, 令人赞叹苏比克的创意和实践.
ACMT参访团的IPF现场参观 - 综合心得
基于服务我们广大的读者(ACMT会员有每日现场隔日补遗报告), 还有其他产业相似平台和学校, 特别再从会员补遗报告中挑出以较重要的项目来到这里跟大家分享.
1.橡塑胶业结合物联网(IoT)与工业4.0的进度
在去年的德国展就已经看到了模具上有二维条形码, 每个产品已经能够查学到生产信息;而在IPF的展摊, 万物互联的要求促使注射机旁纷纷架起了自动贴附条形码机, 而且条形码的序号是唯一的, 那么更小的零件要如何做到带有序号的条形码呢?
利用印刷喷滴的错位原理使每一张喷滴不可能相同, 利用喷墨方式记录喷墨的图像(墨滴点数, 颜色, 喷点区域等等), 经过特定扫描器甚至是使用智能手机相机扫描, 就能追踪到产品.
2.模具与装备的升级改进
说到模具的技术提升莫过于金属3D打印用来制造塑胶模具, 其中可以把随形水路系统作进去(Conformal cooling system)模块内部, 如图(4), 除了做到以往做不到的曲折迂回的水路外, 也把水路由圆形断面改成扁形断面而减少水流无效冷却面积, 并减少了水路占有空间和体积, 使模具结构更坚固.
众家打印技术又属OPM-SODICK的CNC加工复合3D打印技术最为领先, OPM研究所原本只是一间小小的实验室, 由森本社长领军把金属3D打印做到极致, 也就导致最后由SODICK出价把OPM实验室的技术买下, 修成正果. OPM的CNC加工复合3D打印机的特色在于:
n精修起跳由第五层开始(每层为0.2mm, 五层0.2mmⅹ5 = 1mm), 最多不要超过5层, 最少可以3层, 以避免高速的CNC铣刀切削量过大;
n精修刀的切削料建议小于0.1mm, 以延长刀具寿命;
n为了防止刀具跳动, OPM精修过程会吸除轮廓旁的粉末, 精修后再补粉做为支撑. 如图(5)所示, 这是OPM的专利特色;
n过程的烟尘都被保护气氛的气流快速带走, 防止污染粉末, 使用过的残余粉末必须经过筛分, 不可直接重复使用.
另外, 我们也看到了快速换料(注友射出机)系统和纤维前置炮筒加入系统(多家), 由于添加物(色粉, 纤维, 矿石等)加入采用前置于炮筒, 增加一个光学检测器反馈可以知道胶料是否够均匀, 可以在不降温的状态下切换添加物, 这是会场上注射技术的一个亮点, 利用这样的机构改变, 过去换色换料最令操作员头痛的作业, 获得了大幅度的改善, 只要基本原料不变, 添加物是可以任意改变的.
我们还看到了胶粒不经烘烤, 直接注射的改进设备, 日本油机公司的改良设计使得某些材料可以不需要经过烘烤就开始注射, 原理很简单, 就是设计一只组和两段加压的螺杆和改良的炮筒, 原料定量控制下落经第一段加压向前挤压, 然后经过一段松弛空间, 前一段受热的胶粒中水蒸气便得以释放而从炮筒中段泄气阀排出, 然后再经正常加压剂量而完成注射.
我们也发现现场有几个大汽车外壳, 日本复合材料研发中心(ICC, Innovation Composition Center)集结所有日本国内所有开发碳纤维材料的公司一起集思广益, 为了就是要把下一世代轻量化汽车制造出来, 占地大且吸引众人目光. 众所周知的碳纤维强化塑胶(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Polymer)以及碳纤维强化热可塑塑胶(Carbon Fiber Reinforced Thermo-Plastic), 从过去必须采用一层层贴附后真空灌注到可用喷涂, 可注射成形的方法不断提升其制造效率, 以因应产能和产量的需求.
结论
我们要省思, 为何日本可以创造?而我们不行?纸上谈兵恐怕是我国人最常看到的, 披挂上阵却少之又少, 投入资金, 动手开干, 相信这才是追上日本超赶世界一流的最大能耐.