Injecție silicon lichid LSR - producție igienică 2025

Introducere în injecția LSR

Injecția siliconului lichid (LSR) este o tehnologie care combină flexibilitatea materialului cu precizia procesului. În industriile medicală, baby care și alimentară, este apreciată pentru biocompatibilitate, rezistență termică și stabilitate dimensională. Mașinile de injecție Tederic Neo E echipate cu ansambluri LSR permit producerea de componente igienice fără risc de contaminare uleioasă. Datorită servomotorilor și pachetelor digitale Industry 4.0, întregul proces poate fi monitorizat în timp real, iar datele integrate în sistemele de calitate ISO 13485 sau BRC.

În acest articol prezentăm harta completă de implementare LSR: de la înțelegerea specificului materialului bicomponent A+B, prin proiectarea matrițelor cu placă rece, până la validarea IQ/OQ/PQ și mentenanța în cameră curată ISO 8. O completăm cu liste de verificare practice, exemple de ROI și sfaturi privind securitatea procesului.

Piața globală LSR crește în ritm cu două cifre, deoarece consumatorii așteaptă produse igienice, adaptate pentru contact cu alimentele și corpul uman. Observăm și presiuni regulatorii – producătorii trebuie să demonstreze trasabilitate completă, să controleze substanțele SVHC și să minimizeze amprenta de carbon. Datorită monitorizării digitale și auditurilor remote Tederic, companiile pot dovedi că fiecare gram de material a fost procesat în condiții controlate.

Ce este injecția siliconului lichid?

LSR este un silicon platinate bicomponent cu vâscozitate scăzută, care se vulcanizează la temperatura de 120–200°C. Componentul A conține polimerul și umpluturile, B – catalizatorul. Sunt dozate prin pompe cu dinți sau cu piston în raport 1:1, amestecate în mixer static și injectate în matriță menținută la temperatură ridicată. După câteva secunde, materialul se vulcanizează, formând o piesă elastică și igienică. Procesul necesită duză rece și placă matriță fierbinte, pentru a preveni vulcanizarea prematură.

Injecția LSR se diferențiază de termoplastice prin absența fazei de răcire – în schimb, esențială este menținerea temperaturii matriței și a timpului de vulcanizare (cure time). Mașinile de injecție echipate cu ansamblu LSR au șuruburi speciale (cu suprafață netedă), hoppere etanșe și sisteme de blocare la contactul cu aerul. Fluiditatea ridicată a materialului permite producerea de piese cu pereți subțiri (0,2–0,5 mm) cu repetabilitate înaltă.

Materialele LSR pot fi modificate cu pigmenți, particule conductoare sau aditivi de barieră, deschizând posibilitatea producerii de piese funcționale – de ex. butoane conductoare pentru electronică sau tuburi medicale cu markeri radiografici. În proces, însă, trebuie asigurat amestecul aditivilor fără a perturba vulcanizarea. De aceea, mixerele statice se selectează în funcție de vâscozitatea și densitatea amestecului, iar parametrii se introduc în rețetele stocate în sistemul HMI.

Istoria dezvoltării procesului LSR

Siliconulichid a apărut pe piață în anii '70, dar abia dezvoltarea pompelor de dozare și a matrițelor cu placă rece în anii '90 a permis producția în serie mare. Primele aplicații au vizat garnituri auto și comutatoare cu membrană. În deceniile următoare, LSR a devenit standard în medicină și produse pentru copii datorită lipsei de miros și posibilității de sterilizare.

Ultimii ani au adus revoluția digitală: integrarea senzorilor de presiune și temperatură în matriță, porniri virtuale și calibrare automată a pompelor. În 2023, Tederic a introdus modulele Smart LSR, care colaborează cu sistemele MES și raportează în timp real consumul de material, numărul de cicluri și energia pe piesă. Astfel, companiile obțin o imagine completă a procesului și trec mai ușor auditurile clienților OEM.

Popularitatea procesului a fost influențată și de schimbările în lanțurile de aprovizionare. Pandemia și scurtarea seriilor de producție au impus flexibilitate – injecția LSR permite comutări rapide între produse, deoarece nu necesită uscare a materialului, iar matrițele fără deșeuri facilitează controlul costurilor. În 2024 au apărut module de dozare cu funcție de diagnosticare remote, permițând serviciului Tederic să anticipeze uzura etanșărilor pompelor și să planifice înlocuirea înainte de oprire.

Tipuri de injecție LSR

Tehnologia LSR cuprinde mai multe variante în funcție de construcția matriței și modul de alimentare a materialului:

• Injecție LSR standard – două pompe cu piston dozază componentele A și B, mixerul static pregătește amestecul, iar matrița cu placă rece și valve ac iglă asigură umplere uniformă.
• LSR cu inserții (insert overmolding) – în matriță se plasează inserții metalice sau plastice, iar LSR formează etanșarea. Necesită roboți și poziționare precisă.
• LSR 2K / hibrid – într-o singură mașină lucrează două unități: una pentru LSR, alta pentru termoplast, permițând crearea de piese rigid-moale.
• LSR micro – sisteme miniaturale de dozare și matrițe pentru piese cu masa sub 0,1 g.

Alegerea variantei depinde de aplicație, precum și de așteptările privind ritmul ciclului, calitatea suprafeței și integrarea cu automatizarea. Mașinile de injecție Tederic sunt proiectate astfel încât modulele LSR să poată fi instalate atât pe mașini noi, cât și existente Neo E/Neo H, scurtând timpul de investiție.

Tot mai des se utilizează configurații „plug-and-produce” – skid-uri de dozare gata de montat pe cadrul mașinii și care comunică cu PLC prin Euromap 82.2. Această soluție scurtează timpul de reproiectare și facilitează mutarea liniilor între fabrici. În industriile cu serii scurte (ex. tehnologie medicală personalizată), flexibilitatea este esențială pentru rentabilitate.

LSR pentru medtech

Medtech utilizează LSR pentru producerea de catetere, membrane de pompe infuzionale, valve unidirecționale și implanturi în contact cu țesuturile. Cerințele includ sterilitate, biocompatibilitate și conformitate cu standardele ISO 10993 și USP Class VI. De aceea, liniile de producție funcționează în camere curate ISO 7/8, iar toate componentele trebuie să fie ușor de dezinfectat.

Mașinile de injecție Tederic Neo E cu ansamblu LSR folosesc acționări electrice și carcase etanșe, eliminând scurgerile de ulei. Matrițele se proiectează cu număr minim de linii de despărțire, pentru a limita riscul de particule. Datorită integrării cu sistemele eDHR, parametrii fiecărui ciclu (presiune, temperatură, timp de vulcanizare) sunt asociați cu lotul specific ambalat în pungi sterile.

Proiecte deosebit de exigente sunt componentele pentru circulație extracorporeală și implanturi în contact. Acestea necesită LSR de clasă medicală cu certificat de stabilitate gamma și analiză a urmei de platină. Tederic colaborează cu furnizorii de material (ex. Wacker, Momentive) pentru a pregăti setări specifice ale dozatoarelor și proceduri de curățare, care ulterior sunt documentate în rapoartele de validare IQ/OQ/PQ.

LSR în baby care și FCM

În segmentul baby care, LSR este ales datorită moliciunii, lipsei de miros și rezistenței la temperaturi înalte. Se produc suzete, guri de sticle, elemente de dințători sau valve anti-picături pentru pahare. Materialul trebuie să respecte cerințele Food Contact Materials (FCM) și normele UE/FDA privind migrația substanțelor. De aceea, procesul trebuie controlat și lipsit de contaminări volatile.

Producătorii combină LSR cu decorații IML sau serigrafie, ceea ce impune menținerea precisă a temperaturii matriței și pregătirea repetabilă a suprafeței. Automatizarea include roboți pick&place, sisteme vizuale și uneori tunele sterile care răcesc produsul înainte de ambalare. Datorită Tederic Smart Monitoring, se pot analiza diferențele între cavități și reacționa rapid la variațiile de masă.

În segmentul FCM este populară și ambalarea în vid și inspecția inline. Camera AOI verifică forma suzetei, iar cântarele de control validează masa fiecărei piese. În caz de abatere, sistemul respinge automat piesa și generează raport către departamentul de calitate. Această soluție minimizează riscul de recall, care în industria produselor pentru copii este deosebit de costisitor din punct de vedere al imaginii.

LSR în automotive

În automotive, LSR se folosește pentru etanșări de conectori, protecții de cabluri HV, membrane de senzori de presiune și componente LED. Materialul rezistă la temperaturi până la 200°C, radiații UV și uleiuri, fiind ideal pentru compartimentul motor și sistemele e-mobility. Procesul de injecție trebuie însă să respecte standardele IATF 16949 și PPAP.

Celulele LSR în automotive integrează frecvent insert molding – roboții introduc contacte metalice, iar LSR formează carcasa. Sunt cerute timpi de ciclu 30–50 s și control al etanșeității 100%. Datorită Euromap 77 și OPC UA, parametrii mașinii ajung în sistemele SPC, iar în caz de abateri producția se oprește automat.

În proiecte e-mobility se aplică și injecție LSR cu materiale conductoare termic. Aceasta permite construirea de module de management termic al bateriilor, unde siliconul acționează ca interfață termică moale. Necesită matrițe speciale și control al vâscozității, de aceea operatorii folosesc rețete salvate în HMI și sistem de blocare care împiedică pornirea ciclului fără confirmarea amestecului utilizat.

Construcție și elemente principale

Linia de injecție LSR este compusă din mai multe subsisteme colaborante: mașina de injecție, sistemul de dozare a componentelor, matrița cu placă rece, sistemul de temperare, automatizarea de ieșire și sistemele de control calitate. Fiecare element trebuie să fie compatibil cu condiții igienice și să permită curățare ușoară.

Mașinile de injecție Tederic oferă amprente compacte, care pot fi închise în cabine cleanroom. Întreaga instalație este proiectată conform principiilor GMP – cablurile sunt conduse în canale ușor de dezinfectat, iar panourile HMI au fronturi de sticlă rezistente la agenți de curățare.

Linia LSR include și infrastructură auxiliară: sisteme de apă glaciată pentru răcirea duzei, alimentare UPS de rezervă pentru pompe și stații de dozare pigmenți. În fabrici este bine să se prevadă zone de service, unde butoaiele de material pot fi schimbate în modul „schimb rapid” fără oprirea producției. Ajută la aceasta căruțe de transport cu funcție de cuplare rapidă și senzori de nivel.

Unitatea de injecție

Unitatea de injecție pentru LSR are șuruburi scurte cu suprafață netedă, pentru a preveni vârtejurile și zonele moarte. Acționată de servomotor, asigură repetabilitate volumică ridicată – tipic 0,1 mm mișcare șurub corespunde 0,01 cm³ amestec. Duza este răcită cu apă, iar cilindrul menținut la 20–25°C. Această configurație previne vulcanizarea prematură în plastificator.

Unitățile Tederic sunt echipate cu senzori de presiune și temperatură în duză, permițând controlul vâscozității amestecului și ajustarea parametrilor de presiune de menținere în timp real. Dacă este necesar, se poate instala o unitate suplimentară termoplastică pentru producerea de piese 2K (LSR + PC/PA), crescând funcționalitatea pieselor.

Rol important îl joacă și sistemul de degazare a matriței. Valve de degazare precise protejează împotriva capcanelor de aer, iar în proiecte micro se aplică asistare cu vid la umplere. Controlerul mașinii înregistrează curbele de presiune în duză și cavitate, permițând evaluarea ușoară a eficienței degazării.

Sistemul de dozare și matrița

Inima liniei LSR este sistemul de dozare bicompartimentat. Este format din pompe cu piston sau cu dinți, care aspiră componentele din butoaie de 20–200 l. Dozarea este controlată de senzori de presiune și debitmetre. După amestecarea componentelor în mixer static, masa ajunge la duza cu valvă ac iglă. Nu se admite contact cu aerul sau umiditatea, de aceea toate conexiunile au construcție etanșă.

Matrița pentru LSR are placă rece cu canale de răcire, iar cavitățile sunt încălzite la 150–200°C. Astfel, materialul se întărește abia în cavitate. În multe proiecte se folosesc matrițe fără deșeuri – fiecare canal are valvă iglă, eliminând turnurile. În cavități se montează senzori de temperatură Pt100 și senzori de presiune piezoelectrici, care permit analiza profilului de întărire pentru fiecare piesă.

Proiectanții de matrițe planifică și căile de automatizare: puncte de prindere pentru robot, posibilitatea montării camerelor vizuale și sisteme de activare plasmatică a suprafeței înainte de serigrafie. În soluțiile Tederic, cablurile de semnal și rezistențele sunt integrate într-o singură conexiune, accelerând schimbul matriței și minimizând riscul de conectare eronată.

Parametri tehnici cheie

Gestionarea parametrilor LSR necesită măsurători precise și corecție automată a rețetelor. Cele mai importante variabile sunt:

• Temperatura matriței: 120–200°C în funcție de grosimea pereților și coloranți.
• Temperatura cilindrilor/duzei: 15–25°C, pentru a menține amestecul în stare fluidă.
• Timp de reticulare: 8–60 s – se scurtează la temperaturi mai ridicate și utilizarea catalizatorilor.
• Presiune de injecție: 500–1500 bar cu controlul profilului de viteză.
• Precizia dozării componentelor: ±0,5% din volum.

Sistemele Tederic permit vizualizarea procesului în HMI și arhivarea datelor în cloud. Alertele sunt setate pe baza trendurilor SPC – dacă timpul de reticulare începe să se prelungească, sistemul sugerează înlocuirea filtrelor sau calibrarea senzorilor de temperatură.

Sunt implementați și indicatori de mediu: energie pe kilogram de producție, apă utilizată pentru răcire și cantitatea de deșeuri de silicon. Aceste date sunt cerute de mulți clienți OEM în rapoartele ESG și adesea decid acordarea de noi contracte. Datorită măsurătorilor precise, companiile pot realiza proiecte neutre climatic și să demonstreze acest lucru prin documentație.

Aplicații ale injecției LSR

Spectrul aplicațiilor include:

• Medtech: capace pentru ace, membrane de pompe, elemente respiratorii, piese pentru implanturi auditive.
• Baby care: suzete, muștiucuri, valve pentru pahare, dințișori, elemente pentru extragătoare de lapte.
• Alimentară: forme pentru coacere, garnituri pentru dozatoare, valve în sticle sportive.
• Automotive: etanșări pentru conectori HV, protecții pentru cabluri, membrane pentru senzori.
• Electronică de consum: butoane soft-touch, membrane pentru difuzoare, carcase pentru smartwatch-uri.

De asemenea, LSR este utilizat în industria energetică (izolatori de înaltă tensiune), aviație (elemente de amortizare a vibrațiilor) și producția de electrocasnice (garnituri pentru uși de cuptoare). În toate cazurile, sunt apreciate proprietățile dielectrice, rezistența chimică și stabilitatea dimensională, care depășesc elastomerii clasici.

Producătorii de bunuri de lux utilizează LSR pentru elemente tactile în electronice audio și în produse fashion tech. Datorită transparenței și posibilității de colorare, siliconul este folosit cu plăcere în produse lifestyle, combinând funcția decorativă cu protecția componentelor electronice împotriva umidității.

Cum alegi linia LSR potrivită?

Decizia de investiție ar trebui să înceapă cu analiza materialelor și cerințelor legale. Trebuie determinată clasa de sală curată, volumele planificate și timpul de ciclu așteptat. Pașii următori sunt:

• Alegerea modelului de mașină de injecție (Neo E, Neo H) și a forței de închidere – de obicei 50–200 t pentru aplicații LSR.
• Alegerea dozatorului (pompe cu piston/roți dințate) și a modului de preparare a culorilor (pigmenți, masterbatch-uri).
• Proiectarea matriței – numărul de cavități, valve ac, interfețe Euromap.
• Automatizare – roboți, sisteme de viziune, tunele de răcire, ambalare sterilă.
• Integrare cu sistemele de calitate – eDHR, SPC, MES, ERP.

Tederic organizează workshop-uri proces, în care sunt simulate scenarii ROI (ex. scurtarea ciclului cu 6 s scade costul unitar cu 8%). Împreună cu furnizorii de materiale și matrițe, se planifică teste FAT/SAT pentru a minimiza timpul de ramp-up.

Nu se pot uita training-urile de SSM și procedurile de securitate chimică. Componentele LSR trebuie stocate la temperatură controlată, iar personalul trebuie să cunoască regulile de lucru cu catalizatori platinici sau pigmenți. Documentația SDS este integrată în sistemele de management al riscurilor, iar senzorii de scurgeri monitorizează zonele pompelor și mixerelor.

Mentenanță și întreținere

Procesul LSR necesită mentenanță meticuloasă, deoarece chiar și o cantitate mică de contaminanți în sistemul de amestecare poate cauza cristalizarea materialului. Acțiunile cheie sunt:

• Clătirea zilnică a mixerului și duzei cu amestec de curățare sau silicon tehnic special.
• Verificarea săptămânală a pompelor dozatoare – jocuri, garnituri, filtre.
• Calibrarea lunară a senzorilor de temperatură și debitmetrelor.
• Monitorizarea umidității în depozitul de butoaie LSR și aplicarea sistemelor de degazare.

Sistemul Smart Maintenance colectează date despre timpul de funcționare al pompelor, temperatura uleiului în sistemul de răcire al duzei și vibrațiile servomotorilor. Pe această bază, generează programul de revizii și liste de piese de schimb. Datorită integrării cu aplicații mobile, tehnicienii pot documenta acțiunile efectuate și atașa poze, facilitând auditurile.

Merită implementate proceduri de reacție la defecțiuni, ex. plan de urgență pentru înlocuirea butoiului cu material sau curățarea matriței după întărirea accidentală a amestecului. Datorită checklist-elor și training-urilor e-learning, operatorii știu cum să oprească în siguranță procesul și să evite pierderile. Este deosebit de important în liniile care funcționează 24/7, unde fiecare oră de oprire generează costuri semnificative.

Concluzie

Injekția LSR combină cerințele igienice cu nevoia de producție în masă. Datorită mașinilor de injecție Tederic Neo E și modulelor Smart LSR, companiile pot trece rapid de la prototipare la serie, menținând control total asupra procesului. Alegerea corectă a matrițelor, automatizării și sistemelor de calitate se traduce prin TCO mai mic și ROI mai rapid.

Implementarea LSR nu este un proiect unic, ci un program de transformare care implică oameni, tehnologie și date. Monitorizarea continuă a parametrilor, mentenanța sistemelor de dozare și dezvoltarea competențelor echipei permit menținerea conformității cu normele și așteptările clienților OEM. Cu această abordare, siliconulichid devine un material strategic pentru producătorii din medical, baby care, alimentar și automotive, garantând atât siguranța utilizatorilor, cât și predictibilitatea producției.