LSR folyékony szilikon fröccsöntés – higiénikus gyártás 2025

Bevezetés az LSR-fröccsöntésbe

Folyékony szilikon (LSR) fröccsöntése olyan technológia, amely az anyag rugalmasságát ötvözi a folyamat precizitásával. Az orvosi, babaápolási és élelmiszeripari ágazatokban biokompatibilitása, hőállósága és méretstabilitása miatt értékelik. A Tederic Neo E fröccsöntő gépek LSR-készletekkel felszerelve lehetővé teszik higiénikus alkatrészek gyártását olajkontamináció kockázata nélkül. Szervo-hajtások és Industry 4.0 digitális csomagok révén a teljes folyamatot valós időben lehet monitorozni, az adatokat pedig beilleszteni a minőségügyi rendszerekbe, mint az ISO 13485 vagy BRC.

A cikkben bemutatjuk az LSR bevezetésének teljes térképét: a kétkomponensű A+B anyag specifikumának megértésétől a hideg lemezű szerszámok tervezésén át az IQ/OQ/PQ validálásig és a cleanroom ISO 8 fenntartásáig. Kiegészítjük gyakorlati ellenőrzőlistákkal, ROI-példákkal valamint a folyamatbiztonságra vonatkozó tanácsokkal.

Az LSR globális piaca kétszámjegyű tempóban növekszik, mivel a fogyasztók higiénikus, élelmiszer- és bőrkontaktusra alkalmas termékeket várnak el. Emellett szabályozási nyomás is érvényesül – a gyártóknak teljes nyomon követhetőséget kell igazolniuk, SVHC-anyagokat ellenőrizniük és minimalizálniuk a szénlábnyomot. A digitális monitorozás és távoli auditok révén a Tederic vállalatok bizonyítani tudják, hogy minden anyaggrammot ellenőrzött körülmények között dolgoztak fel.

Mi az LSR-fröccsöntés?

Az LSR platina katalizátoros kétkomponensű szilikon alacsony viszkozitással, amely 120–200°C hőmérsékleten vulkanizálódik. Az A komponens polimert és töltőanyagokat tartalmaz, a B komponens katalizátort. Fogaskerekes vagy dugattyús szivattyúkon keresztül 1:1 arányban adagolják, statikus keverőben keverik össze, majd magas hőmérsékletű szerszámba fröccsevők. Néhány másodperc után az anyag vulkanizálódik, rugalmas, higiénikus alkatrészt létrehozva. A folyamathoz hideg fúvóka és meleg szerszámlemez szükséges a korai vulkanizálódás megakadályozásához.

Az LSR-fröccsöntés a termoplasztikustól abban különbözik, hogy nincs hűtési fázis – ehelyett a szerszámhőmérséklet és a vulkanizálási idő (cure time) a kulcs. Az LSR-készlettel felszerelt fröccsöntő gépek sima felületű különleges csigákat, légtömör anyagadagoló tartályokat és légzáró rendszereket tartalmaznak. Az anyag magas folyékonysága lehetővé teszi vékony falú elemek (0,2–0,5 mm) gyártását magas ismétlődhetőséggel.

Az LSR-anyagokat pigmentekkel, vezető részecskékkel vagy barrier adalékokkalehet módosítani, ami funkcionális alkatrészek gyártását teszi lehetővé – pl. vezető gombok elektronikai alkalmazásokhoz vagy röntgenmutatóval ellátott orvosi vezetékek. A folyamatban gondoskodni kell az adalékok homogén keveréséről a vulkanizálás zavaródásának elkerülése érdekében. Ezért a statikus keverőket a keverék viszkozitásához és sűrűségéhez igazítják, a paramétereket pedig a HMI rendszerben tárolt receptúrákban adják meg.

Az LSR-folyamat fejlődésének története

A folyékony szilikon a 70-es években jelent meg a piacon, de csak a 90-es évek adagolópumpáinak és hideg lemezű szerszámainak fejlődése tette lehetővé a nagysorozatú gyártást. Az első alkalmazások autóipari tömítéseket és membrános kapcsolókhoz kapcsolódtak. A következő évtizedekben az LSR szabvánnyá vált az orvostechnikában és gyermektermékekben íztelensége és sterilizálhatósága miatt.

Az elmúlt évek digitális forradalmat hoztak: nyomás- és hőmérséklet-érzékelők integrálását a szerszámba, virtuális indításokat és automata pumpakalibrálást. 2023-ban a Tederic bemutatta a Smart LSR modulokat, amelyek a MES rendszerekkel együttműködve valós időben jelentik az anyagfogyasztást, ciklusok számát és egységnyi energiafogyasztást. Így a vállalatok teljes képet kapnak a folyamatról, és könnyebben veszik az OEM-ügyfelek auditjait.

A folyamat népszerűségét a kínálati láncok változásai is növelték. A pandémia és a rövidebb sorozatméretek rugalmasságot követeltek – az LSR-fröccsöntés gyorsan átállítható termékek között, mivel nem igényel anyagszárítást, a hulladékmentes szerszámok pedig segítik a költségkontrollt. 2024-ben megjelentek a távdiagnosztikával rendelkező adagoló modulok, így a Tederic szerviz előrejelezheti a pumpatömítések kopását és ütemezheti a cserét leállás előtt.

Az LSR-fröccsöntés típusai

Az LSR-technológia több változatot foglal magában a szerszámkonstrukciótól és az anyagadagolás módjától függően:

• Standard LSR-fröccsöntés – két dugattyús szivattyú adagolja az A és B komponenseket, statikus keverő készíti elő a keveréket, a hideg lemezű szerszám iglaszelepekkel egyenletes kitöltést biztosít.
• LSR betétes (insert overmolding) – a szerszámba fém- vagy műanyag betéteket helyeznek, az LSR pedig tömítést képez. Robotokat és precíz pozicionálást igényel.
• LSR 2K / hibrid – egyetlen gépen két egység működik: egyik LSR-hez, másik termoplasztikushoz, kemény-lágy elemek gyártásához.
• Mikro LSR – miniatűr adagolóegységek és szerszámok 0,1 g alatti tömegű elemekhez.

A változat kiválasztása az alkalmazástól, valamint a ciklusidő, felületi minőség és automatizálási integráció elvárásaitól függ. A Tederic fröccsöntő gépeket úgy tervezték, hogy az LSR-módulokat új és meglévő Neo E/Neo H gépeken is telepíthessék, ami lerövidíti a beruházási időt.

Egyre gyakrabban alkalmazzák a „plug-and-produce” konfigurációkat – kész adagoló skid-eket a gépvázra szerelnek, amelyek Euromap 82.2-n keresztül kommunikálnak a PLC-vel. Ez lerövidíti az átállási időt és megkönnyíti a gyártósorok telephelyek közötti áthelyezését. Azoknál az ágazatoknál, ahol rövid sorozatokat gyártanak (pl. személyre szabott orvostechnika), a rugalmasság kulcsfontosságú a rentabilitáshoz.

LSR az orvostechnikában

Az orvostechnika LSR-t használ katéterek, infúziós pumpamembránok, egyirányú szelepek és szövetekkel érintkező implantátumok gyártására. A követelmények közé tartozik a sterilitás, biokompatibilitás és az ISO 10993 valamint USP Class VI szabványok megfelelősége. Ezért a gyártósorok ISO 7/8 cleanroomokban működnek, minden alkatrész könnyen dezinficiálható.

A Tederic Neo E fröccsöntő gépek LSR-készlettel elektromos hajtásokat és légtömör burkolatokat használnak, kiküszöbölve az olajszivárgást. A szerszámokat minimális elválási vonalakkal tervezik a részecskeképződés kockázatának csökkentésére. Az eDHR rendszerekkel való integráció révén minden ciklus paramétere (nyomás, hőmérséklet, vulkanizálási idő) hozzárendelődik a steril tasakokban csomagolt tételhez.

Különösen igényes projektek a keringésen kívüli komponensek és szövetkontaktusú implantátumok. Ezekhez orvosi osztályú LSR-t igényelnek gamma-stabilitás tanúsítvánnyal és platina-nyomkövetési analízissel. A Tederic anyagbeszállítókkal (pl. Wacker, Momentive) együttműködve specifikus adagolóbeállításokat és tisztítási eljárásokat készít elő, amelyeket később IQ/OQ/PQ validációs jelentésekben dokumentálnak.

LSR babaápolásban és FCM-ben

A babaápolási szegmensben az LSR-t puhasága, íztelensége és magas hőmérséklet-állósága miatt választják. Belőle készülnek cumik, palackcsutkák, rágókák elemei és nemcsöpögő poharak szelepei. Az anyag meg kell feleljen az Élelmiszer Kontakt Anyagok (FCM) követelményeinek valamint az EU/FDA migrációs normáknak. Ezért a folyamatot szigorúan kontrollálni kell, illékony szennyeződések nélkül.

A gyártók LSR-t IML-dekorációval vagy nyomtatással kombinálják, ami precíz szerszámhőmérséklet-tartást és ismétlődő felület-előkészítést követel meg. Az automatizálás pick&place robotokat, látórendszereket, néha steril alagutakat foglal magában a csomagolás előtti hűtéshez. A Tederic Smart Monitoring révén elemezhetők az üregek közötti különbségek, és gyorsan reagálhatók a tömegingadozások.

Az FCM-szegmensben elterjedt a vákuumcsomagolás és inline inspekció. Az AOI kamera ellenőrzi a cumi formáját, a súlyellenőrök pedig minden darab tömegét. Eltérés esetén a rendszer automatikusan kilöki a darabot és jelentést generál a minőségi részlegnek. Ez minimalizálja a visszahívás kockázatát, ami a gyermektermékek iparágában különösen költséges a imázsveszteség miatt.

LSR az autóiparban

Az autóiparban LSR-t használnak csatlakozótömítésekre, HV-kábelszigetelésre, nyomásérzékelő membránokra és LED-lámpa komponensekre. Az anyag 200°C-ig hőálló, UV- és olajálló, így ideális motorházba és e-mobilitási rendszerekbe. A fröccsöntési folyamatnak meg kell felelnie az IATF 16949 és PPAP normáknak.

Az autóipari LSR-cellák gyakran integrálják a betétöntvényezést – robotok helyezik be a fémkontaktusokat, LSR pedig a burkolatot képezi. 30–50 s ciklusidők és 100% szivárgásmentesség-ellenőrzés szükséges. Az Euromap 77 és OPC UA révén a géparaméterek SPC-rendszerekbe kerülnek, eltéréskor a termelés automatikusan leáll.

Az e-mobilitási projektekben hővezető anyagokkal kombinált LSR-fröccsöntést alkalmaznak. Ez akkumulátortemperatúra-menedzsment modulok gyártását teszi lehetővé, ahol a szilikon lágy hőinterfészként működik. Speciális szerszámokat és viszkozitás-ellenőrzést igényel, ezért az üzemeltetők a HMI-ben tárolt receptúrákat és blokkoló rendszert használnak, amely keverékmegerősítés nélkül nem indítja el a ciklust.

Felépítés és fő elemek

Az LSR-fröccsöntő sor több együttműködő alrendszert tartalmaz: fröccsöntő gépet, komponens-adagoló egységet, hideg lemezű szerszámot, temperáló rendszert, kimeneti automatikát és minőségellenőrző rendszereket. Minden elemnek kompatibilisnek kellennie higiénikus körülményekkel és könnyen tisztíthatónak.

A Tederic fröccsöntő gépek kompakt talpnyomattal rendelkeznek, amelyeket cleanroom kabinokkalehet beépíteni. Az egész telepítést GMP-elvek szerint tervezik – a kábeleket könnyen dezinficiálható csatornákban vezetik, a HMI panelek üvegfrontjai ellenállnak a tisztítószereknek.

Az LSR-sor a segédinfrastruktúrát is magában foglalja: jégvízrendszereket a fúvóka hűtéséhez, UPS-t a pumpákhoz és festékadagoló állomásokat. A gyártóüzemekben érdemes kiszolgáló zónákat kialakítani a „gyorscserés” anyaghordó cseréhez termelésmegállás nélkül. Ebben segítenek a gyorscsatolós szállítókocsik szintérzékelőkkel.

Fröcceu egység

Az LSR fröcceu egysége rövid, sima felületű csigákat tartalmaz a örvénylés és holtzónák elkerülésére. Szervomotor hajtja, magas térfogat-ismétlődőséget biztosítva – tipikusan 0,1 mm csigaút 0,01 cm³ keveréket jelent. A fúvókát vízzel hűtik, a hengert 20–25°C hőmérsékleten tartják. Ez megakadályozza a korai vulkanizálódást a plastifikátorban.

A Tederic egységek fúvókanyomás- és hőmérséklet-érzékelőkkel rendelkeznek, lehetővé téve a keverék viszkozitásának ellenőrzését és az utónyomás paraméterek valós idejű állítását. Szükség esetén termoplasztikus egységet szerelhetnek hozzá 2K-elemek (LSR + PC/PA) gyártásához, növelve az alkatrészek funkcionalitását.

Fontos szerepet játszik a szerszám légzéstelenítési rendszere is. Precíz légzéstelenítő szelepek védik a légtasakoktól, mikroprojektekben vákuumtámasszal töltik ki. A gépszabályzó rögzíti a fúvóka- és üregnyomás-görbéket, így könnyen értékelhető a légzéstelenítés hatékonysága.

Adagoló rendszer és szerszám

Az LSR-sor szíve a kétkamrás adagoló egység. Dugattyús vagy fogaskerekes szivattyúkból áll, amelyek 20–200 l hordókból szívják a komponenseket. Az adagolást nyomás- és áramlásmérők kontrollálják. A statikus keverőben történt keverés után az anyag iglaszelepes fúvókába kerül. Levegő- és nedvességkontaktust nem szabad engedni, ezért minden csatlakozás légtömör.

Az LSR-szerszám hideg lemezzel hűtőkanalakkal, az üregek 150–200°C-ra hevítve vannak. Így az anyag csak az üregben keményedik ki. Sok projektben hulladékmentes szerszámokat használnak – minden csatornában iglaszelep van, kiküszöbölve a fröcshözeteket. Az üregekben Pt100 hőmérséklet-érzékelők és piezonyomásérzékelők vannak a vulkanizálás elemzéséhez darabonként.

A szerszámtervezők automatizálási útvonalakat is terveznek: robotfogó pontokat, látókamera-helyeket és plazmafelület-aktiválást nyomtatás előtt. A Tederic megoldásokban a jelszálak és fűtőelemek egyetlen csatlakozóban vannak, gyorsítva a szerszámcserét és minimalizálva a hibás csatlakoztatás kockázatát.

Főbb műszaki paraméterek

Az LSR paramétereinek kezelése pontos méréseket és automatikus receptúrakorrekciót igényel. A legfontosabb változók:

• Forma hőmérséklete: 120–200°C falvastagságtól és pigmentektől függően.
• Henger/düze hőmérséklete: 15–25°C, hogy a keveréket folyékony állapotban tartsa.
• Vulkanizációs idő: 8–60 s – magasabb hőmérsékleten és katalizátorok használatával rövidül.
• Fröccsnyomás: 500–1500 bar sebességprofil-szabályozással.
• Összetevők adagolási pontossága: ±0,5% térfogat.

A Tederic rendszerek lehetővé teszik a folyamat menetének vizualizálását a HMI felületen és az adatok archiválását a felhőben. A riasztásokat SPC-trendek alapján állítják be – ha a vulkanizációs idő megnyúlik, a rendszer szűrőcserét vagy hőmérséklet-érzékelők kalibrálását javasolja.

Bevezetésre kerülnek környezeti mutatók is: energia kilogrammonkénti termelésenként, hűtővíz-felhasználás és szilikonhulladék mennyisége. Ezek az adatok sok OEM-ügyfél számára kötelezőek az ESG-jelentések részeként, és gyakran döntenek új szerződések odaítéléséről. A pontos mérések révén a vállalatok képesek klímasemleges projekteket megvalósítani és ezt dokumentummal igazolni.

LSR fröccsöntés alkalmazásai

Az alkalmazási kör magában foglalja:

• Medtech: kanül dugók, pumpamembránok, respiratorikus elemek, fülimplantátum-alkatrészek.
• Babaápolás: cumik, szívócsutkák, pohár szelepek, rágókák, szoptatószelepek.
• Élelmiszeripar: sütőformák, adagoló tömítések, sportpalack szelepek.
• Autóipar: HV-csatlakozó tömítések, kábelvédők, szenzor membránok.
• Fogyasztói elektronika: soft-touch gombok, hangszóró membránok, okosórák burkolatai.

Emellett az LSR-t alkalmazzák az energetikai iparban (magasfeszültségű szigetelők), a repülőgépiparban (rezgéscsillapító elemek) valamint a háztartási gépek gyártásában (sütőajtó tömítések). Minden esetben kiemelkedő a dielektromos tulajdonság, a kémiai ellenállóság és a méretstabilitás, amelyek felülmúlják a hagyományos elastomereket.

A luxustermék-gyártók az LSR-t érintőfelületekhez használják audioelektronikában és fashion tech termékekben. Az átlátszóság és színezhetőség miatt a szilikont szívesen alkalmazzák lifestyle termékekben, dekoratív funkciót ötvözve az elektronikai alkatrészek nedvesség elleni védelmével.

Hogyan válasszuk ki a megfelelő LSR vonalat?

A befektetési döntés anyagvizsgálattal és jogi követelmények elemzésével kezdődjön. Határozzuk meg a tiszta szobai osztályt, a tervezett volumeneket és a várt ciklusidőt. Következő lépések:

• Fröccsöntőgép-modell (Neo E, Neo H) és záróerő kiválasztása – LSR-alkalmazásokhoz általában 50–200 t.
• Adagoló kiválasztása (dugattyús/fogaskerekes szivattyúk) valamint a színkészítés módja (pigmentek, masterbatch-ek).
• Szerszámtervezés – üregek száma, tűszelepek, Euromap interfészek.
• Automatizálás – robotok, képfeldolgozó rendszerek, hűtősínek, steril csomagolás.
• Minőségügyi rendszerekkel való integráció – eDHR, SPC, MES, ERP.

A Tederic folyamatワークショップokat tart, ahol ROI-szcenáriókat szimulálnak (pl. a ciklusidő 6 s-os rövidítése 8%-kal csökkenti az egységköltséget). Anyag- és szerszám-szállítókkal közösen tervezik a FAT/SAT teszteket is, hogy minimalizálják a ramp-up időt.

Ne feledkezzünk meg a BHP-képzésekről és a kémiai biztonsági eljárásokról. Az LSR-összetevőket szabályozott hőmérsékleten kell tárolni, a személyzetnek ismernie kell a platina katalizátorokkal és pigmentekkel való munkavégzés szabályait. Az SDS-dokumentációt beépítik a kockázatkezelési rendszerekbe, a szivárgásérzékelők pedig a szivattyú- és keverőzónákat monitorozzák.

Karbantartás és üzemeltetés

Az LSR-folyamat alapos karbantartást igényel, mivel akár kis mennyiségű szennyeződés a keverőrendszerben is anyagkristályosodást okozhat. Kulcsfontosságú teendők:

• Napi öblítés a keverőben és a düzeben tisztítókeverékkel vagy speciális technikai szilikonnal.
• Heti ellenőrzés az adagolószivattyúkon – hézagok, tömítések, szűrők.
• Havi kalibrálás hőmérséklet-érzékelőkön és áramlásmérőkön.
• LSR-hordó tároló nedvességtartalmának monitorozása és degázolórendszerek alkalmazása.

A Smart Maintenance rendszer összegyűjti a szivattyúk futásidejét, a düzehűtés olajhőmérsékletét és a szervomotorok vibrációit. Ezek alapján generálja a karbantartási ütemterveket és a pótalkatrész-listákat. A mobilalkalmazásokkal való integráció révén a technikusok dokumentálhatják a végzett műveleteket és fotókat csatolhatnak, ami megkönnyíti az auditokat.

Érdemes bevezetni hibakezelési eljárásokat, pl. vészhelyzeti hordócserét vagy szerszámtisztítást véletlen keverékkeményedés esetén. Ellenőrzőlisták és e-learning képzések révén az üzemeltetők tudják, hogyan állítsák le biztonságosan a folyamatot és kerüljék el a veszteségeket. Ez különösen fontos 24/7 üzemű vonalakon, ahol minden kiesett óra jelentős költséget okoz.

Összefoglalás

Az LSR-fröccsöntés ötvözi a higiéniai követelményeket a tömeggyártás szükségleteivel. A Tederic Neo E fröccsöntőgépek és a Smart LSR modulok révén a vállalatok gyorsan áttérhetnek a prototípusozástól a sorozatgyártásra, miközben teljes folyamatirányítást tartanak fenn. A megfelelő szerszám-, automatizálás- és minőségügyi rendszerválasztás alacsonyabb TCO-t és gyorsabb ROI-t eredményez.

Az LSR bevezetése nem egyszeri projekt, hanem átalakulási program, amely az embereket, technológiát és adatokat foglalja magában. A paraméterek folyamatos monitorozása, az adagoló rendszerek karbantartása és a csapat kompetenciáinak fejlesztése biztosítja a normáknak és az OEM-ügyfelek elvárásainak való megfelelést. Ez a megközelítés teszi a folyékony szilikont stratégiai anyaggá a medical, babaápolási, élelmiszeripari és autóipari gyártók számára, garantálva mind a felhasználók biztonságát, mind a gyártás kiszámíthatóságát.