Wytłaczarki laboratoryjne

Wytłaczarki laboratoryjne jedno- i dwuślimakowe.

Wytłaczarki laboratoryjne są narzędziami w badaniach nad materiałami polimerowymi, pozwalającymi na kontrolowaną i powtarzalną przetwórczość tworzyw sztucznych. Wytłaczarki laboratoryjne, w odróżnieniu od przemysłowych, służą przede wszystkim do badań nad nowymi materiałami oraz do optymalizacji procesów technologicznych na małą skalę. Dzięki nim możliwe jest prowadzenie eksperymentów, które pozwalają na lepsze zrozumienie zachowania materiałów w warunkach przetwórstwa oraz na rozwój nowych technologii.

Wytłaczarki jednoślimakowe.

Wytłaczarki jednoślimakowe to najprostszy typ urządzeń w tej grupie. Wytłaczarki jednoślimakowe są szeroko stosowane do przetwarzania termoplastów, szczególnie w przypadku materiałów, które nie wymagają intensywnego mieszania lub odgazowywania. Są idealne do badań nad podstawowymi właściwościami przetwarzania tworzyw, jak również do produkcji prostych wyrobów w skali laboratoryjnej.

Zalety wytłaczarek jednoślimakowych.

• Prosta konstrukcja, co przekłada się na niższy koszt zakupu i eksploatacji.
• Łatwość obsługi i konserwacji.
• Dobre właściwości do przetwarzania jednorodnych materiałów.

Ograniczenia wytłaczarek jednoślimakowych.

• Ograniczona zdolność do mieszania, co może być problematyczne w przypadku materiałów kompozytowych.
• Mniejsza elastyczność w stosunku do wytłaczarek dwuślimakowych w kontekście przetwarzania złożonych mieszanin.

Wytłaczarki dwuślimakowe.

Wytłaczarki dwuślimakowe są szczególnie użyteczne w przypadku przetwarzania materiałów kompozytowych, mieszanych z dodatkami lub wymagających odgazowania. Stosowane są w badaniach nad nanokompozytami, mieszaninami polimerowymi oraz w procesach wymagających precyzyjnej kontroli parametrów przetwórczych.

Zalety wytłaczarek dwuślimakowych.

• Lepsze możliwości mieszania, co jest istotne przy przetwarzaniu materiałów o złożonej kompozycji.
• Możliwość odgazowania materiału podczas procesu.
• Większa elastyczność w doborze parametrów przetwórstwa.

Ograniczenia wytłaczarek dwuślimakowych.

• Wyższy koszt zakupu i eksploatacji w porównaniu do wytłaczarek jednoślimakowych.
• Bardziej skomplikowana konstrukcja, co wymaga większych umiejętności obsługi.

Wybór między wytłaczarką jedno- a dwuślimakową zależy od specyfiki badań oraz typu przetwarzanych materiałów. Wytłaczarki jednoślimakowe są idealne do prostych procesów przetwórstwa, gdzie wymagania dotyczące mieszania i odgazowania są minimalne. Z kolei wytłaczarki dwuślimakowe oferują większe możliwości w zakresie intensywnego mieszania, co czyni je bardziej odpowiednimi do badań nad zaawansowanymi materiałami kompozytowymi. Oba typy wytłaczarek odgrywają ważną rolę w badaniach nad przetwarzaniem tworzyw sztucznych i mają istotne znaczenie w rozwoju nowych materiałów i technologii. Wybór odpowiedniego urządzenia zależy od specyficznych wymagań eksperymentalnych oraz dostępnego budżetu.

Integracja wytłaczarek laboratoryjnych z systemami uczelnianymi.

Systemy sterowania wytłaczarek o podwyższonej precyzji i szybkości działania.

Wytłaczarki o wysokiej precyzji pomiarów oraz przeznaczone do pracy z materiałami specjalnymi są wyposażone w analogiczny system sterowania. Podstawowe różnice polegają na zastosowaniu szybszych sterowników, większej ilości szybkich przetworników pomiarowych o podwyższonej rozdzielczości i precyzji. Te zmiany powodują że sytuacja ulega zmianie, ponieważ wzrasta wielokrotnie ilość czujników pomiarowych oraz wzrasta częstotliwość i precyzja pomiarów. Szybkie przetworniki mogą dokonywać 1000 a nawet więcej pomiarów na sekundę. Ilość danych może ulec zwiększeniu o dwa rzędy wielkości co wymaga zastosowania wydajnej komunikacji oraz szybkich baz danych. Jeżeli chodzi o system bezpieczeństwa to jest on wyposażony w większą ilość zdublowanych czujników oraz zdublowaną magistralę komunikacyjną pracującą w pętli. Wszystkie systemy działają w oparciu o cyfrową magistralę komunikacyjną, która pozwala na precyzyjne zdefiniowanie czasu, w którym pobierane są dane z czujników pomiarowych co pozwala mieć pewność że dane pomiarowe zostały zapisane i przetworzone w oczekiwanym czasie. Taki system pomiarów i transmisji danych pozwala też na niezawodne działanie systemów bezpieczeństwa, które musza zadziałać często w ścisłe określonym czasie. Wymiana danych funkcjonuje w oparciu o protokoły OPC UA oraz OPC UA FX.

Postępująca cyfryzacja laboratoriów badawczych oraz rosnące wymagania dotyczące jakości, powtarzalności i identyfikowalności danych eksperymentalnych powodują, że integracja urządzeń badawczych z uczelnianymi systemami informatycznymi staje się koniecznością. Dotyczy to również wytłaczarek laboratoryjnych, szeroko stosowanych w badaniach nad przetwórstwem polimerów i materiałów kompozytowych.

Wytłaczarki laboratoryjne stanowią wyposażenie laboratoriów zajmujących się badaniami procesów przetwórstwa tworzyw sztucznych. Umożliwiają one prowadzenie eksperymentów w skali laboratoryjnej, testowanie nowych receptur materiałowych oraz analizę wpływu parametrów procesu na właściwości wyrobu. Współczesne wytłaczarki są wyposażane w zaawansowane systemy sterowania oparte na programowalnych sterownikach logicznych (PLC), które umożliwiają precyzyjny pomiar i regulację parametrów technologicznych.
Jednocześnie uczelnie wyższe wdrażają centralne systemy informatyczne wspierające działalność badawczą, takie jak Laboratory Information Management Systems (LIMS), instytucjonalne repozytoria danych czy platformy analityczne. Brak integracji pomiędzy urządzeniami badawczymi a tymi systemami prowadzi do ręcznego przepisywania danych, zwiększonego ryzyka błędów oraz ograniczonej możliwości ponownego wykorzystania wyników badań. Z tego względu coraz większego znaczenia nabierają rozwiązania umożliwiające automatyczną akwizycję i archiwizację danych procesowych.

Wytłaczarki laboratoryjne jako źródło danych badawczych.

Nowoczesna wytłaczarka laboratoryjna generuje znaczną ilość danych procesowych, w tym:

• temperatury poszczególnych stref grzewczych cylindra,
• prędkość obrotową ślimaka,
• moment obrotowy napędu,
• ciśnienie stopu,
• identyfikator receptury lub programu technologicznego.
• Siły działające na ślimaki

Dane te mają istotną wartość naukową, ponieważ pozwalają na odtworzenie przebiegu eksperymentu, porównywanie wyników oraz analizę zależności proces–właściwości materiału. Warunkiem ich efektywnego wykorzystania jest jednak ich automatyczne i jednoznaczne powiązanie z próbką, projektem badawczym oraz autorem eksperymentu.

Sterowniki PLC w laboratoriach badawczych.

Sterowniki PLC są powszechnie stosowane zarówno w aplikacjach przemysłowych, jak i laboratoryjnych. Ich istotną zaletą jest wsparcie dla nowoczesnych standardów komunikacyjnych, w tym zastosowanie serwera OPC UA. OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) jest otwartym, niezależnym od producenta standardem wymiany danych, zaprojektowanym z myślą o bezpiecznej i skalowalnej integracji systemów automatyki z systemami IT. Dzięki temu sterowniki mogą pełnić rolę wiarygodnego źródła danych procesowych udostępnianych systemom nadrzędnym bez ingerencji w logikę sterowania maszyny.

Architektura integracji z systemami uczelnianymi.

Proponowana architektura integracji wytłaczarki laboratoryjnej z systemami uczelnianymi składa się z kilku warstw:

1. Warstwa urządzenia – wytłaczarka laboratoryjna sterowana przez PLC, w której dane procesowe są gromadzone w postaci zmiennych globalnych.
2. Warstwa komunikacyjna – serwer OPC UA uruchomiony na sterowniku PLC, udostępniający dane w trybie tylko do odczytu.
3. Warstwa pośrednia (middleware) – aplikacja uruchomiona na komputerze laboratoryjnym lub serwerze uczelni, odpowiedzialna za cykliczny odczyt danych, ich walidację oraz zapis do bazy danych.
4. Warstwa systemów uczelnianych – LIMS, repozytorium danych badawczych lub hurtownia danych, w których informacje są archiwizowane i udostępniane do dalszej analizy.

Takie podejście pozwala na zachowanie rozdzielenia odpowiedzialności: PLC odpowiada za sterowanie procesem, natomiast systemy IT za przechowywanie i analizę danych. Należy zwrócić uwagę, że wytłaczarka może posiadać wbudowany własny serwer z bazą danych

Bezpieczeństwo i zarządzanie dostępem.

Integracja urządzeń laboratoryjnych z siecią uczelnianą wymaga szczególnej uwagi w zakresie bezpieczeństwa. W przypadku OPC UA możliwe jest zastosowanie szyfrowanej komunikacji, uwierzytelniania użytkowników oraz certyfikatów. W praktyce zaleca się ograniczenie dostępu do danych wyłącznie do trybu odczytu oraz separację sieci laboratoryjnej. Takie rozwiązanie spełnia wymagania działów IT uczelni oraz minimalizuje ryzyko nieautoryzowanej ingerencji w proces technologiczny.

Korzyści z integracji.

Zastosowanie opisanej architektury przynosi szereg korzyści:

• automatyczna i bezbłędna akwizycja danych procesowych,
• jednoznaczne powiązanie danych z eksperymentem i próbką,
• możliwość ponownego wykorzystania danych w analizach i publikacjach,
• zwiększenie powtarzalności i transparentności badań.

Integracja wytłaczarek laboratoryjnych z systemami uczelnianymi wpisuje się również w koncepcję Laboratorium 4.0 oraz cyfrowej transformacji nauki. Wykorzystanie standardu OPC UA oraz warstwy pośredniej umożliwia bezpieczną i skalowalną integrację urządzeń badawczych z infrastrukturą IT uczelni. Rozwiązanie to nie tylko usprawnia codzienną pracę laboratoriów, lecz także znacząco podnosi jakość i użyteczność danych badawczych, stanowiąc solidną podstawę dla nowoczesnych, cyfrowych badań naukowych.

Zaawansowane technicznie wytłaczarki laboratoryjne.

W odpowiedzi na rosnące wymagania naukowców, wprowadzamy na rynek zaawansowane modele wytłaczarek laboratoryjnych. Aby sprostać rosnącym wymaganiom naukowców, pracujemy nad integracją zaawansowanych funkcji, takich jak precyzyjne sterowanie parametrami procesu oraz pomiarami parametrów z wykorzystaniem protokołu komunikacji OPC UA, modułowością, możliwością pracy z małymi próbkami oraz łatwością czyszczenia. Dostosowanie urządzeń do tych potrzeb przyczyni się do przyspieszenia postępów w badaniach nad nowymi materiałami i technologiami przetwórstwa tworzyw sztucznych. Poruszone zagadnienia mają znaczenie nie tylko w przypadku wytłaczarek, znajdują zastosowanie w przypadku innych urządzeń takich jak walcarki, wtryskarki, urządzenia do badań PVT.