Le plastique a de nombreux avantages. L'un d'entre eux est qu'il peut être coloré à volonté. Qu'il s'agisse d'une teinte coquille d'œuf pâle, d'un bleu royal noble ou d'un orange vif, il n'y a pas de limite à la diversité des couleurs des pièces en plastique. Le processus de coloration peut même avoir lieu au dernier moment, juste avant que la pièce proprement dite ne soit moulée par injection.
Le système de dosage colorDoS de la société HNP Mikrosysteme, à Schwerin (Allemagne), permet en outre de changer de couleur en un temps record. L'entraînement Faulhaber joue un rôle important dans le transport du colorant liquide, au microlitre près.
Combien de pièces en plastique moulé par injection ai-je vues ou touchées aujourd’hui ? Si vous vous posez cette question le soir et que vous vous mettez à compter, vous n’êtes pas près de dormir. Le plastique est omniprésent dans notre monde et le moulage par injection est le procédé de fabrication universel et peu coûteux qui permet de lui donner quasiment n'importe quelle forme : la matière première, des granulés de plastique, est chauffée jusqu'à ce qu'elle devienne fluide, puis injectée dans un moule pour y refroidir.
Une très vaste palette de couleurs
Même si nous renonçons à compter les pièces en plastique et que nous nous contentons de récapituler ce qui nous a sauté aux yeux, il est clair que la palette des couleurs que nous avons vues est énorme ; le monde du plastique est aussi coloré que celui des fleurs et des papillons.
Il existe différentes méthodes pour introduire cette diversité optique dans le matériau brut neutre. Lorsque des pièces de même couleur sont fabriquées en grande quantité, il est souvent préférable de laisser la coloration de la matière première au fournisseur de plastique de l'industrie chimique. Les granulés ont alors déjà la couleur du produit final. Mais dans de nombreux secteurs et pour bien des produits, la quantité est moins importante que la capacité à répondre de manière flexible et rapide aux souhaits des clients, y compris en termes de coloration.
Le dosage est décisif
Dans ce cas, la méthode de choix consiste à injecter le colorant liquide dans le flux de granulés directement à l'entrée du convoyeur à vis, lors de ce que l'on appelle le dosage de la presse à injection. Dans le cylindre, les granulés sont chauffés, bien mélangés et transportés vers le moule par la vis rotative, le tout simultanément. Un système de dosage se charge de répartir le colorant uniformément dans les granulés. La vis de la presse à injection, en combinaison avec la pression dynamique, assure ensuite un mélange minutieux. Un dosage précis est décisif pour la qualité de la couleur. Les quantités dosées peuvent être très petites.
Entre 0,02 et 100 grammes de colorant par injection
« Nous avons spécialement développé notre système de dosage compact colorDoS pour les processus qui nécessitent un changement de couleur rapide, explique Olaf Lang, du service des ventes techniques de HNP Mikrosysteme. Il peut doser entre 0,02 et 100 grammes de colorant par injection. »
La technique sophistiquée de HNPM assure non seulement un dosage extrêmement précis des différentes couleurs, mais empêche aussi la contamination entre les couleurs. Grâce au design particulier de la buse de dosage et des raccords de tuyaux, il est possible de passer d'une couleur à l'autre rapidement, proprement et sans temps de nettoyage.
Le dosage fin est assuré par une micropompe à couronnes dentées. Il s'agit d'une pompe gérotor miniaturisée avec un rotor externe et un rotor interne. Le rotor interne a une dent de moins que la couronne dentée externe. Les chambres ainsi créées ont un volume de refoulement fixe. Le dosage des fluides se fait de manière volumétrique. La quantité de colorant peut être ajustée en modifiant la vitesse tout en conservant le même temps de dosage.
La vitesse commande la couleur
« La quantité de colorant dépend de la vitesse de rotation et du temps de dosage, explique Olaf Lang. Plus les rotors tournent vite, plus la quantité de colorant injectée pendant une certaine période est importante, la vitesse de la pompe étant adaptée au temps de dosage de la presse à injection. Le temps de cycle comprend aussi le refroidissement et l'éjection de la pièce. La pompe s'arrête ensuite brièvement. Le dosage de colorant est donc un processus extrêmement dynamique. » La reproductibilité est un facteur particulièrement important. Pour que les produits aient toujours la même couleur, la quantité de colorant par injection doit également être toujours la même.
Le colorDoS utilise une pompe modulaire mzr-7245. La plus petite quantité de dosage est de 20 microlitres par injection. C'est moins qu'une goutte, mais grâce à la géométrie spéciale de la buse de dosage, cette toute petite quantité peut être fournie avec une grande précision et une grande reproductibilité. « C'est là que la qualité de l'entraînement de la pompe joue un rôle décisif, et, outre le moteur, les capteurs analogiques à effet Hall sont aussi particulièrement importants, souligne Lutz Nowotka, spécialiste des entraînements chez HNPM. Cela fait déjà de nombreuses années que nous utilisons des micromoteurs de Schönaich. Pour le colorDoS, nous avons opté pour un servomoteur C.C. sans balais de la série BX4 de Faulhaber. »
Un positionnement précis grâce aux capteurs à effet Hall
Parmi les points forts du moteur 3268...BX4 CS, on trouve, outre le couple élevé de 96 mNm, un faible encombrement, une durée de vie particulièrement longue et le contrôle de position intégré de haute précision. « Les capteurs analogiques à effet Hall permettent un positionnement exact de l'entraînement et donc aussi des rotors avec 3000 positions par tour. Notre pompe est donc apte à doser avec une grande précision, même dans l’ordre de grandeur du microlitre, explique Nowotka. Pour cela, il est également important d'avoir un bon synchronisme et un couple élevé, même à très faible vitesse. La moindre impulsion de mouvement doit être convertie sans secousses ni à-coups. »
Le contrôleur reçoit des informations détaillées sur le fonctionnement de l'entraînement via l'interface série. La consommation de courant, la vitesse de rotation, la position, des écarts et la température sont enregistrés minutieusement ; les données sont disponibles pour une analyse approfondie de l'état de l'appareil. Le besoin de maintenance peut ainsi être détecté dès qu'il se profile à l'horizon, bien avant qu'une panne ne menace. Cela garantit à la fois un dosage toujours exact du colorant pour chaque injection et un fonctionnement fiable.
Les utilisateurs profitent en outre d'autres avantages du système colorDoS. Sa commande avec écran communique directement avec la presse à injection et indique notamment le temps restant jusqu'au prochain changement de récipient. Le système de gestion des codes couleur permet d'enregistrer des recettes de couleurs récurrentes. Un gestionnaire d'alarmes avertit lorsque le niveau de colorant est bas et arrête le processus de moulage par injection en cas de panne. Mais d’après HNPM, le composant central du colorDoS - et d’autres systèmes de dosage - est la micropompe à couronnes dentées de sa propre construction, qui est entraînée par un moteur Faulhaber.
