Linia laboratoryjna wytłaczarkowa miniaturowa

Minilab – pełnowartościowe badania procesu przy ograniczonej ilości materiału

W pierwszych etapach rozwoju materiału ilość dostępnego surowca często ogranicza liczbę możliwych eksperymentów. Dotyczy to szczególnie nowych polimerów, kosztownych dodatków, materiałów funkcjonalnych, składników aktywnych oraz formulacji przygotowywanych początkowo tylko w niewielkich partiach.

Miniaturowa skala pozwala ograniczyć ilość materiału potrzebnego do pojedynczej próby. Sama miniaturyzacja nie jest jednak celem. Stanowisko powinno nadal zapewniać stabilne warunki wytłaczania, wiarygodne pomiary oraz możliwość zapisania i odtworzenia parametrów procesu.

Dlatego podstawową wartością Minilab jest połączenie ograniczonego zużycia materiału z możliwie dużą wartością informacji uzyskiwanej z każdej próby.

LE-1S 12 mm Mini – badanie uplastyczniania i formowania

Jednoślimakowa LE-1S 12 mm Mini jest przeznaczona przede wszystkim do badań materiałów o wcześniej przygotowanym składzie. Pozwala analizować wpływ warunków uplastyczniania i formowania na zachowanie stopu oraz właściwości otrzymywanego produktu.

Ślimak o średnicy 12 mm i długości L/D 25 umożliwia prowadzenie prób przy niewielkim strumieniu materiału. Układ pozwala kontrolować temperatury procesu oraz mierzyć moment obrotowy ślimaka, obciążenie napędu, ciśnienie i temperaturę materiału.

LE-1S 12 mm Mini jest właściwym rozwiązaniem wtedy, gdy badany jest przede wszystkim wpływ parametrów wytłaczania na gotowy polimer, wcześniej przygotowaną mieszaninę lub compound, bez potrzeby intensywnego przygotowywania formulacji wewnątrz samej wytłaczarki.

LE-2CC 2×12 mm Mini – rozwój formulacji i compoundowanie

Wytłaczarka dwuślimakowa LE-2CC 2×12 mm Mini rozszerza zakres badań o przygotowanie materiału bezpośrednio podczas procesu wytłaczania.

Segmentowa konstrukcja ślimaków umożliwia dobieranie elementów realizujących różne funkcje transportowe i mieszające. W zależności od konfiguracji możliwe jest prowadzenie procesu ze ślimakami współbieżnymi lub przeciwbieżnymi oraz dostosowanie układu do wymagań konkretnej formulacji.

LE-2CC 2×12 mm Mini może współpracować z systemami dozowania głównego i bocznego, dozowaniem cieczy oraz gazów, a także z rozwiązaniami do odgazowania. Dzięki temu może służyć do badań mieszanin wieloskładnikowych, compoundów, materiałów funkcjonalnych oraz formulacji zawierających dodatki lub napełniacze.

Wariant dwuślimakowy jest szczególnie przydatny wtedy, gdy przedmiotem eksperymentu jest nie tylko sposób formowania produktu, ale również sposób przygotowania samego materiału.

Proces mierzony, a nie tylko ustawiany

W badaniach laboratoryjnych wartości zadane na sterowniku nie opisują w pełni rzeczywistych warunków przetwarzania. Dwie formulacje prowadzone przy tej samej temperaturze i prędkości ślimaków mogą powodować zupełnie inne obciążenie układu i zachowanie stopu.

Dlatego w zależności od zastosowanej konfiguracji Minilab może rejestrować między innymi:

• temperatury poszczególnych stref procesu,
• moment obrotowy ślimaka lub ślimaków,
• obciążenie napędu,
• ciśnienie stopionego materiału,
• temperaturę stopu,
• parametry urządzeń współpracujących.

Dane pomiarowe oraz receptury procesu mogą być zapisywane i archiwizowane. Pozwala to porównywać kolejne eksperymenty, identyfikować wpływ zmian receptury i ustawień oraz odtwarzać wcześniej opracowane warunki pracy.

Dozowanie odpowiednie do skali eksperymentu

Przy małym strumieniu materiału dokładność i stabilność dozowania stają się szczególnie istotne. Niewielka zmiana ilości składnika może mieć znacznie większy wpływ na wynik próby niż w procesie prowadzonym w większej skali.

Stanowiska Minilab mogą współpracować z systemami dozowania wolumetrycznego i grawimetrycznego. W zależności od zastosowanej wytłaczarki oraz celu badań możliwe jest również dozowanie cieczy, gazów oraz wprowadzanie składników do dalszych stref procesu.

W konfiguracji dwuślimakowej mogą być stosowane również podajniki boczne i układy odgazowania. Miejsce oraz sposób wprowadzenia składnika dobiera się do jego właściwości i roli w badanej formulacji.

Filament 1,75 i 2,85 mm oraz inne miniaturowe profile

Po przygotowaniu stopu materiał trafia do głowicy formującej. Dla badań filamentów stanowisko może być wyposażone w narzędzia przeznaczone do otrzymywania produktów o średnicy nominalnej 1,75 lub 2,85 mm.

Końcowa średnica nie jest prostym odwzorowaniem wymiaru otworu głowicy. Zależy między innymi od właściwości reologicznych materiału, temperatury, przepływu stopu, pęcznienia wytłoczyny, warunków chłodzenia i prędkości odbioru.

Jeżeli celem badań jest produkt o innej geometrii, stanowisko może zostać wyposażone w odpowiednio dobraną lub zaprojektowaną głowicę i narzędzie formujące. Dzięki temu platforma Minilab może być wykorzystywana również do badań innych miniaturowych profili wytłaczanych.

Chłodzenie i kalibracja jako część eksperymentu

Gorąca wytłoczyna bezpośrednio po opuszczeniu głowicy jest nadal podatna na zmianę geometrii. Sposób jej prowadzenia i odbioru ciepła może mieć istotny wpływ na wymiar i jakość powierzchni otrzymywanego produktu.

Linia może być wyposażona w kompaktowy układ chłodzenia oraz kalibrator podciśnieniowy. Warunki chłodzenia, położenie elementów prowadzących oraz geometria kalibratora powinny być dobierane do materiału i celu badania.

Nie należy przypisywać samemu kalibratorowi jednej uniwersalnej dokładności produkcji. Ostateczna stabilność wymiarowa jest wynikiem współpracy całego układu – wytłaczarki, głowicy, chłodzenia, kalibracji oraz odciągu.

Odciąg – kontrolowany odbiór produktu

Odciąg rolkowy odpowiada za stabilny transport wytłaczanego profilu, a jego prędkość wpływa również na stopień rozciągnięcia produktu i jego końcowy wymiar.

W zależności od wymaganej prędkości i siły uciągu mogą być stosowane różne warianty odciągu Minilab. Cyfrowe sterowanie umożliwia precyzyjne ustawianie prędkości oraz integrację urządzenia z pozostałą częścią stanowiska.

Odciąg może współpracować z układem pomiarowym, dzięki czemu w odpowiednio skonfigurowanym stanowisku wynik pomiaru geometrii może być wykorzystywany do korekty parametrów odbioru.

Nawijanie małych partii badawczych

Do odbioru filamentów i innych elastycznych profili stanowisko może być wyposażone w kompaktową nawijarkę z cyfrowym układaczem.

Urządzenie pozwala ustawiać parametry związane z wymiarem produktu i szerokością szpuli oraz kontrolować sposób układania kolejnych zwojów. W zależności od konfiguracji może pracować jako element zintegrowanej linii lub jako urządzenie autonomiczne.

W badaniach laboratoryjnych istotna jest przede wszystkim możliwość stabilnego odbioru niewielkiej partii produktu bez wprowadzania zakłóceń do wcześniejszych etapów procesu.

Dwuosiowy pomiar geometrii produktu

Stanowisko może być wyposażone w bezkontaktowy system laserowego pomiaru produktu w dwóch osiach.

Rozdzielczość systemu pomiarowego wynosi 0,001 mm. Pomiar w dwóch kierunkach umożliwia obserwowanie średnicy oraz różnicy wymiarów przekroju, co pozwala analizować również owalność produktu.

Rozdzielczość systemu pomiarowego nie jest tożsama z tolerancją procesu. Rzeczywista stabilność wymiarowa zależy od materiału oraz współpracy wszystkich urządzeń stanowiska.

Urządzenia standardowe i rozwiązania projektowane pod badanie

Linia Minilab może być zestawiona z urządzeń znajdujących się w standardowej ofercie SiTech3D. Nie każde badanie można jednak prawidłowo przeprowadzić przy użyciu jednej stałej konfiguracji.

Jeżeli proces wymaga innego sposobu dozowania, nietypowej głowicy, określonej geometrii kalibratora, dodatkowego pomiaru lub specjalnego sposobu odbioru produktu, odpowiedni element stanowiska może zostać zaprojektowany i wykonany dla konkretnego zastosowania.

Punktem wyjścia pozostaje więc materiał, zakres eksperymentu i informacja, którą użytkownik chce uzyskać – a nie ograniczenia jednego wariantu katalogowego.

Minilab w badaniach farmaceutycznych i medycznych

Miniaturowa skala może być szczególnie korzystna w projektach, w których materiał zawiera kosztowne lub dostępne w ograniczonej ilości składniki aktywne i funkcjonalne.

Odpowiednio skonfigurowane stanowiska mogą być wykorzystywane do prac nad formulacjami farmaceutycznymi, procesami wykorzystującymi wytłaczanie na gorąco oraz materiałami do zastosowań medycznych. W takich projektach znaczenie mają między innymi dokładne dozowanie, profil temperaturowy, czas oddziaływania temperatury, obciążenie mechaniczne i możliwość dokumentowania przebiegu procesu.

Dobór materiałów konstrukcyjnych, wyposażenia, sposobu czyszczenia i pozostałych wymagań stanowiska powinien być każdorazowo przeprowadzony na podstawie konkretnego zastosowania oraz wymagań użytkownika.

Minilab czy większa linia laboratoryjna?

Dobór skali powinien wynikać przede wszystkim z ilości dostępnego materiału, celu badań i informacji, które mają zostać uzyskane.

Minilab jest szczególnie przydatny na wczesnych etapach R&D, przy drogich lub trudno dostępnych materiałach oraz wtedy, gdy trzeba przeprowadzić wiele porównawczych eksperymentów z ograniczonej ilości surowca.

Większa linia laboratoryjna staje się właściwsza, gdy potrzebny jest większy strumień materiału, większa ilość produktu do dalszych badań, bardziej rozbudowane urządzenia dalszej części procesu lub kolejny etap walidacji opracowanej technologii.

Obie skale nie konkurują ze sobą – mogą reprezentować kolejne etapy rozwoju tego samego materiału i procesu.

Dane do dalszego rozwoju i skalowania procesu

Nastaw opracowanych na miniaturowej wytłaczarce nie należy bezpośrednio kopiować na większą maszynę. Zmiana skali wpływa między innymi na transport materiału, wymianę ciepła, ścinanie, czas przebywania oraz warunki chłodzenia.

Największą wartością stanowiska Minilab jest możliwość wcześniejszego określenia zależności:

formulacja → konfiguracja urządzeń → parametry procesu → zachowanie stopu → formowanie → właściwości produktu.

Dzięki temu na kolejny etap prac można przenieść nie przypadkowy zestaw nastaw, lecz wiedzę o zachowaniu materiału, wrażliwości procesu i zakresie parametrów, w którym uzyskiwano powtarzalne wyniki.