Лиття рідкого силікону LSR - гігієнічне виробництво 2025

Вступ до лиття LSR

Лиття рідкого силікону (LSR) — це технологія, яка поєднує еластичність матеріалу з точністю процесу. У медичній, догляду за дітьми та харчовій галузях вона цінується за біосумісність, термостійкість і розмірну стабільність. Термопластавтомати Tederic Neo E з комплектами LSR дозволяють виробляти гігієнічні компоненти без ризику олійного забруднення. Завдяки сервоприводам і цифровим пакетам Industry 4.0 весь процес можна моніторити в реальному часі, а дані інтегрувати в системи якості ISO 13485 чи BRC.

У статті ми представляємо повну карту впровадження LSR: від розуміння специфіки двокомпонентного матеріалу A+B, через проектування прес-форм із холодною плитою, до валідації IQ/OQ/PQ та обслуговування в чистій кімнаті ISO 8. Ми доповнюємо її практичними чек-листами, прикладами ROI та рекомендаціями щодо процесуальної безпеки.

Глобальний ринок LSR зростає двозначними темпами, оскільки споживачі очікують гігієнічних продуктів, придатних для контакту з їжею та людським тілом. Ми також спостерігаємо регуляторний тиск — виробники зобов’язані забезпечити повну прослідковуваність, контролювати речовини SVHC та мінімізувати вуглецевий слід. Завдяки цифровому моніторингу та віддаленим аудитам Tederic компанії можуть довести, що кожен грам матеріалу оброблено в контрольованих умовах.

Що таке лиття рідкого силікону?

LSR — це двокомпонентний платиновий силікон низької в’язкості, який вулканізується при температурі 120–200°C. Компонент A містить полімер і наповнювачі, B — каталізатор. Вони дозуються поршневими або зубчастими насосами в співвідношенні 1:1, змішуються в статичному змішувачі та впорскуються в прес-форму, підтримуваний при високій температурі. Через кілька секунд матеріал вулканізується, утворюючи еластичну гігієнічну деталь. Процес вимагає холодної насадки та гарячої плити прес-форми, щоб запобігти передчасному твердінню.

Лиття LSR відрізняється від термопластів відсутністю фази охолодження — натомість ключовими є підтримка температури прес-форми та часу вулканізації (cure time). Термопластавтомати з комплектом LSR мають спеціальні шнеки (з гладкою поверхнею), герметичні завантажувальні лійки та системи блокування контакту з повітрям. Висока текучість матеріалу дозволяє виробляти тонкостінні деталі (0,2–0,5 mm) з високою повторюваністю.

Матеріали LSR можна модифікувати пігментами, провідними частинками чи бар’єрними добавками, що відкриває можливості для виробництва функціональних деталей — наприклад, провідних кнопок для електроніки чи медичних проводів з рентгеноконтрастними індикаторами. У процесі важливо забезпечити змішування добавок без порушення вулканізації. Тому статичні змішувачі підбирають під в’язкість і густину суміші, а параметри вводять у рецептури, збережені в системі HMI.

Історія розвитку процесу LSR

Рідкий силікон з’явився на ринку в 70-х роках, але лише розвиток дозувальних насосів і прес-форм із холодною плитою в 90-х дозволив серійне виробництво. Перші застосування стосувалися ущільнень для автомобілебудування та мембранних перемикачів. У наступні десятиліття LSR став стандартом у медицині та дитячих продуктах завдяки відсутності запаху та можливості стерилізації.

Останні роки принесли цифрову революцію: інтеграцію датчиків тиску й температури в прес-формі, віртуальні пуски та автоматичну калібровку насосів. У 2023 р. Tederic представив модулі Smart LSR, які інтегруються з системами MES і в реальному часі звітують про витрату матеріалу, кількість циклів та енергію на деталь. Завдяки цьому компанії отримують повну картину процесу та легше проходять аудити клієнтів OEM.

На популярність процесу вплинули й зміни в ланцюгах постачань. Пандемія та скорочення серій виробництва вимагали гнучкості — лиття LSR дозволяє швидко перемикатися між продуктами, бо не потребує сушки матеріалу, а безвідходні прес-форми полегшують контроль витрат. У 2024 р. з’явилися дозувальні модулі з функцією віддаленої діагностики, завдяки чому сервіс Tederic може передбачити знос ущільнень насосів і запланувати заміну до простою.

Види лиття LSR

Технологія LSR охоплює кілька варіантів залежно від конструкції прес-форми та способу подачі матеріалу:

• Стандартне лиття LSR — дві поршневі насоси подають компоненти A і B, статичний змішувач готує суміш, а прес-форма з холодною плитою та голковими клапанами забезпечує рівномірне заповнення.
• LSR з вкладишами (insert overmolding) — у прес-формі розміщують металеві чи пластикові вкладиші, а LSR формує ущільнення. Вимагає роботів і точного позиціонування.
• LSR 2K / гібридний — на одній машині працюють дві установки: одна для LSR, друга для термопласту, що дозволяє створювати твердо-м’які деталі.
• LSR мікро — мініатюрні дозувальні вузли та прес-форми для деталей масою менше 0,1 г.

Вибір варіанту залежить від застосування, а також очікувань щодо темпу циклу, якості поверхні та інтеграції з автоматизацією. Термопластавтомати Tederic спроектовані так, щоб модулі LSR можна було встановлювати як на нові, так і на наявні машини Neo E/Neo H, що скорочує час інвестицій.

Все частіше застосовують конфігурації "plug-and-produce" — готові дозувальні скіди монтуються на раму машини та комунікують з PLC через Euromap 82.2. Таке рішення скорочує час переналаштування та полегшує перенесення ліній між заводами. У галузях із короткими серіями (наприклад, персоналізована медична технологія) гнучкість є ключем до рентабельності.

LSR для медтеху

Медтех використовує LSR для виробництва катетерів, мембран інфузійних насосів, односторонніх клапанів та імплантатів, що контактують із тканиною. Вимоги включають стерильність, біосумісність і відповідність нормам ISO 10993 та USP Class VI. Тому виробничі лінії працюють у чистових кімнатах ISO 7/8, а всі компоненти мають бути легкими для дезінфекції.

Термопластавтомати Tederic Neo E з комплектом LSR використовують електричні приводи та герметичні кожухи, усуваючи витоки оливи. Прес-форми проектують із мінімальною кількістю роз’ємних ліній, щоб зменшити ризик частинок. Завдяки інтеграції з системами eDHR параметри кожного циклу (тиск, температура, час вулканізації) прив’язуються до конкретної партії, упакованої в стерильні пакети.

Особливо вимогливими є проекти для позатілесного кровообігу та імплантатів. Вони вимагають медичного LSR з сертифікатом gamma-stability та аналізом слідів платини. Tederic співпрацює з постачальниками матеріалів (наприклад, Wacker, Momentive), щоб підготувати специфічні налаштування дозаторів і процедури очищення, які фіксуються в звітах валідації IQ/OQ/PQ.

LSR у догляді за дітьми та FCM

У сегменті догляду за дітьми LSR обирають за м’якість, відсутність запаху та стійкість до високих температур. З нього виробляють соски, нагубники пляшечок, елементи прогризалок чи клапани антипротікаючих чашок. Матеріал мусить відповідати вимогам Food Contact Materials (FCM) та нормам ЄС/FDA щодо міграції речовин. Тому процес має бути контрольованим і вільним від летких забруднень.

Виробники комбінують LSR з декораціями IML чи друком, що вимагає точного утримання температури прес-форми та повторюваного приготування поверхні. Автоматизація включає роботи pick&place, системи машинного зору, а іноді стерильні тунелі, які охолоджують виріб перед пакуванням. Завдяки Tederic Smart Monitoring можна аналізувати відмінності між гніздами та швидко реагувати на коливання маси.

У сегменті FCM популярні також вакуумне пакування та inline-інспекція. Камера AOI перевіряє форму соски, а контрольні ваги верифікують масу кожної деталі. У разі відхилення система автоматично відкидає деталь і генерує звіт для відділу якості. Таке рішення мінімізує ризик відкликання, яке в галузі дитячих продуктів особливо коштовне для іміджу.

LSR в автомобілебудуванні

В автомобілебудуванні LSR застосовують для ущільнень конекторів, оболонок високовольтних проводів, мембран датчиків тиску та компонентів LED-фар. Матеріал стійкий до температур до 200°C, УФ-випромінювання та олій, що робить його ідеальним для моторного відсіку та систем e-mobility. Процес лиття мусить відповідати нормам IATF 16949 та PPAP.

Комірки LSR в автомобілебудуванні часто інтегрують insert molding — роботи вставляють металеві контакти, а LSR формує корпус. Потрібні цикли 30–50 s та контроль герметичності 100%. Завдяки Euromap 77 і OPC UA параметри машини надходять до систем SPC, а при відхиленнях виробництво автоматично зупиняється.

У проектах e-mobility також застосовують лиття LSR з термічно провідними матеріалами. Це дозволяє створювати модулі керування температурою акумуляторів, де силікон діє як м’який термічний інтерфейс. Вимагає спеціальних прес-форм і контролю в’язкості, тому оператори використовують рецептури, збережені в HMI, та систему блокувань, яка унеможливлює запуск циклу без підтвердження суміші.

Конструкція та основні елементи

Лінія для лиття LSR складається з кількох взаємодіючих підсистем: термопластавтомата, вузла дозування компонентів, прес-форми з холодною плитою, системи темперирування, вихідної автоматики та систем контролю якості. Кожен елемент мусить бути сумісним із гігієнічними умовами та легким для миття.

Термопластавтомати Tederic пропонують компактні габарити, які можна обшити кабінами чистових кімнат. Уся установка проектується за принципами GMP — кабелі прокладаються в каналах, легких для дезінфекції, а панелі HMI мають скляні фасади, стійкі до мийних засобів.

Лінія LSR включає також допоміжну інфраструктуру: системи охолодженої води для насадки, аварійне живлення UPS для насосів та станції дозування барвників. На заводах варто передбачити сервісні зони, де можна замінити бочки матеріалу в режимі «швидкої зміни» без зупинки виробництва. Допомагають у цьому транспортні візки з функцією швидкоз’єднань і датчиками рівня.

Вузол впорскування

Вузол впорскування для LSR має короткі шнеки з гладкою поверхнею, щоб уникнути завихрень і мертвих зон. Сервомоторний привід забезпечує високу повторюваність об’єму — типово 0,1 mm ходу шнека відповідає 0,01 cm³ суміші. Насадка охолоджується водою, а циліндр підтримується при 20–25°C. Така конфігурація запобігає передчасній вулканізації в пластифікаторі.

Вузли Tederic оснащені датчиками тиску й температури в насадці, що дозволяє контролювати в’язкість суміші та коригувати параметри витримки в реальному часі. За потреби можна встановити додатковий термопластичний вузол і виробляти 2K-деталі (LSR + PC/PA), що підвищує функціональність.

Велику роль відіграє також система продувки прес-форми. Точні продувні клапани захищають від пасток повітря, а в мікропроектах застосовують вакуумне сприяння заповненню. Контролер машини записує криві тиску в насадці та гнізді, завдяки чому легко оцінити ефективність продувки.

Система дозування та прес-форма

Серцем лінії LSR є двокамерний дозувальний вузол. Він складається з поршневих або зубчастих насосів, які відсмоктують компоненти з бочок 20–200 l. Дозування контролюється датчиками тиску та витратомірами. Після змішування компонентів у статичному змішувачі маса надходить до насадки з голковим клапаном. Не можна допускати контакту з повітрям чи вологою, тому всі з’єднання герметичні.

Прес-форма для LSR має холодну плиту з охолоджувальними каналами, а гнізда нагріваються до 150–200°C. Завдяки цьому матеріал твердне лише в гнізді. У багатьох проектах застосовують безвідходні прес-форми — кожен канал оснащений голковим клапаном, що усуває заливи. У гніздах монтують температурні датчики Pt100 та п’єзоелектричні датчики тиску, які дозволяють аналізувати хід вулканізації для кожної деталі.

Конструктори прес-форм планують також шляхи автоматизації: точки захвату роботом, можливість монтажу камер машинного зору та систем плазмової активації поверхні перед друком. У рішеннях Tederic сигнальні кабелі та нагрівачі інтегровані в одне з’єднання, що прискорює зміну прес-форми та мінімізує ризик помилкового підключення.

Ключові технічні параметри

Керування параметрами LSR вимагає точних вимірювань та автоматичної корекції рецептур. Найважливіші змінні:

• Температура форми: 120–200°C залежно від товщини стінок і барвників.
• Температура циліндрів/сопла: 15–25°C, щоб підтримувати суміш у рідкому стані.
• Час сіткування: 8–60 s – скорочується при вищій температурі та використанні каталізаторів.
• Тиск впорскування: 500–1500 bar з контролем профілю швидкості.
• Точність дозування компонентів: ±0,5% об’єму.

Системи Tederic забезпечують візуалізацію перебігу процесу в HMI та архівізацію даних у хмарі. Алерти налаштовуються на основі трендів SPC – якщо час сіткування починає збільшуватися, система пропонує заміну фільтрів або калібрування датчиків температури.

Впроваджуються також екологічні показники: енергія на кілограм продукції, вода, використана для охолодження, та обсяг силіконових відходів. Ці дані вимагаються багатьма клієнтами OEM у рамках звітів ESG і часто вирішують питання укладення нових контрактів. Завдяки точним вимірюванням компанії можуть реалізовувати кліматично нейтральні проекти та підтверджувати це документацією.

Застосування лиття LSR під тиском

Діапазон застосувань охоплює:

• Medtech: пробки для канюль, мембрани насосів, елементи респіраторів, частини імплантів для вуха.
• Baby care: соски, mouthpiece, клапани чашок, гризуночки, елементи молоковідсмоктувачів.
• Споживчі товари: форми для випічки, ущільнення дозаторів, клапани в спортивних пляшках.
• Автомобільна промисловість: ущільнення HV-конекторів, захисні кожухи кабелів, мембрани датчиків.
• Побутова електроніка: м’які кнопки soft-touch, мембрани динаміків, захисні кришки смарт-годинників.

Додатково LSR застосовується в енергетиці (ізолятори високої напруги), авіації (елементи амортизації вібрацій) та виробництві побутової техніки (ущільнення дверцят духовок). У кожному випадку цінуються діелектричні властивості, хімічна стійкість і розмірна стабільність, які перевершують класичні еластомери.

Виробники люксових товарів використовують LSR для тактильних елементів в аудіоелектроніці та fashion tech-виробах. Завдяки прозорості та можливості забарвлення силікон охоче застосовують у lifestyle-продуктах, поєднуючи декоративну функцію з захистом електронних компонентів від вологи.

Як обрати відповідну LSR-лінію?

Інвестиційне рішення слід починати з аналізу матеріалів і правових вимог. Необхідно визначити клас чистоти cleanroom, планові обсяги та очікуваний час циклу. Наступні кроки:

• Підбір моделі термопластавтомата (Neo E, Neo H) та зусилля змикання – зазвичай 50–200 т для LSR-застосувань.
• Вибір дозатора (поршневі/шестирнечні насоси) та способу приготування кольорів (пігменти, мастербатчі).
• Проектування прес-форми – кількість гнізд, голкові клапани, інтерфейси Euromap.
• Автоматизація – роботи, системи машинного зору, охолоджувальні тунелі, стерильне пакування.
• Інтеграція з системами якості – eDHR, SPC, MES, ERP.

Tederic проводить процесні воркшопи, де моделюються сценарії ROI (наприклад, скорочення циклу на 6 s знижує собівартість одиниці на 8%). Спільно з постачальниками матеріалів і інструментів плануються також тести FAT/SAT, щоб мінімізувати час розгону.

Не можна забувати про навчання з охорони праці та процедури хімічної безпеки. Компоненти LSR слід зберігати в контрольованій температурі, а персонал повинен знати правила роботи з платиновими каталізаторами чи пігментами. Документація SDS інтегрується в системи управління ризиками, а датчики витоку контролюють зони насосів і мішалок.

Консервація та обслуговування

Процес LSR вимагає ретельного обслуговування, оскільки навіть незначна кількість забруднень у мішальній системі може спричинити кристалізацію матеріалу. Ключові заходи:

• Щоденне промивання мішалки та сопла очищувальною сумішшю або спеціальним технічним силіконом.
• Тижневі перевірки дозувальних насосів – люфтів, ущільнень, фільтрів.
• Щомісячна калібровка датчиків температури та витратомірів.
• Контроль вологості в складі бочок LSR та застосування систем дегазації.

Система Smart Maintenance збирає дані про наробіток насосів, температуру оливи в системі охолодження сопла та вібрації сервоприводів. На цій основі формує графік оглядів та списки запасних частин. Завдяки інтеграції з мобільними додатками техніки можуть документувати виконані роботи та додавати фото, що спрощує аудити.

Корисно впровадити процедури реагування на аварії, наприклад, план екстренної заміни бочки з матеріалом або очищення прес-форми після випадкового затвердіння суміші. Завдяки чек-листам і тренінгам e-learning оператори знають, як безпечно зупинити процес і уникнути втрат. Це особливо важливо для ліній, що працюють 24/7, де кожна година простою генерує значні витрати.

Підсумок

Лиття LSR під тиском поєднує гігієнічні вимоги з потребою масового виробництва. Завдяки термопластавтоматам Tederic Neo E та модулям Smart LSR компанії можуть швидко перейти від прототипування до серійного виробництва, зберігаючи повний контроль над процесом. Правильний підбір прес-форм, автоматизації та систем якості забезпечує нижчий TCO та швидший ROI.

Впровадження LSR – це не разовий проект, а програма трансформації, що охоплює людей, технології та дані. Безперервний моніторинг параметрів, обслуговування дозувальних систем і розвиток компетенцій команди дозволяють дотримуватися норм і очікувань клієнтів OEM. З таким підходом рідкий силікон стає стратегічним матеріалом для виробників медичної продукції, baby care, харчової промисловості та автомобільної галузі, гарантуючи як безпеку користувачів, так і передбачуваність виробництва.