How it’s made?

Tijdens mijn minor “Polymer Product Engineer” aan de Hogeschool Windesheim te Zwolle, was één van de opdrachten om een eenvoudig bestaand spuitgiet-product te “reverse engineeren”. Het gaat dus niet om een optimalisatie maar een omgekeerd ontwerpproces. Het gekozen product is een monteerbare trechter-dop voor op een jerry-can. Dit product is geanalyseerd naar alle zichtbare kenmerken die bepalend zijn voor de geometrie van de gebruikte matrijs. Aan de hand daarvan en met behulp van gegenereerde CAD-files voor de passende basismatrijs, is een werkend concept gemodelleerd die een benadering is van de oorspronkelijk gebruikte matrijs. Ook zijn alle kosten voor de matrijs, de productie en het materiaal berekend.

De belangrijkste kenmerken van het product zijn de locatie van het aanspuitpunt, het vliesje aan de bovenkant en de ondersnijding van de binnendraad. Het aanspuitpunt verklaart het kromtrekken van het eindproduct, een ring gate zou kromtrekken kunnen voorkomen. Maar het geeft uiteraard aan waar het aanspuitpunt ontworpen was. Het vliesje geeft aan dat er een iets – door veelvuldig gebruik – versleten tussenplaat aanwezig was, die hoogstwaarschijnlijk de airtraps moest voorkomen omdat dit deel van het product zich tegenover het aanspuitpunt bevindt. Daarnaast zal die tussenplaat van een lagere kwaliteit staal geweest zijn omdat deze minder belast wordt en minder belangrijk is dan bijvoorbeeld een matrijsplaat. De binnendraad is waarschijnlijk gerealiseerd d.m.v. een beweegbare core die in dit geval gewoon over het gestolde materiaal heen geforceerd wordt. Dit is mogelijk omdat het productmateriaal PP is, dat een relatief lage E-modulus heeft. Daarnaast is goed te zien dat de schroefdraad mild is waardoor deze ondersnijding gemakkelijker over de core heen kan schuiven. Belangrijk is dan wel dat het materiaal van de cores slijtagebestendig is. Aan de binnenzijde van het product was klein het getal 1 zichtbaar, wat betekent dat dit exemplaar uit cavity 1 van een multi-cavity matrijs komt. Het geeft aan dat het een multi-cavity is, maar omdat het een 1 betreft zegt het helaas weinig over het totaal aantal cavities. Als uitgangspunt is uitgegaan van acht cavities, het is immers een massa-serieproduct. Daarnaast is gekozen om de cavities aan te spuiten m.b.v. een coldrunner die middels submarine-gates wordt losgeknipt van de producten. Een optimalisatie op het huidige ontwerp zoals in de afbeeldingen bovenaan, zou zijn om het product en de runner andersom in de mal te plaatsen, zodat de cores zich ook in de bewegende matrijshelft bevinden.

Voor de kostenberekening zijn onder andere de sluitkracht en de injectiedruk berekend om het geschikte machinetype te bepalen. Daarnaast was dit ook een controle of het aantal cavities van acht rendabel is omdat dit invloed heeft op deze parameters en dus het machinetype. Acht cavities bleek een goed gekozen aantal. Met behulp van vuistregels zijn de cyclustijden benaderd met de bijhorende kosten die vooral afhankelijk zijn van de complexiteit van het product en dus ook van de matrijs. Uiteindelijk hebben alle kosten van het materiaal en de productie van de matrijs en van het product inclusief de inkoopkosten van de masterbatch de kostprijs per product bepaald, die kwam uit op een bedrag van €0,1007. In de retail wordt voor een dergelijk product ongeveer €5,- tot €6,- gevraagd.

Dit was echt een opdracht voor mij. Met name het ontwerpen van de matrijs vind ik erg interessant. Achteraf zie ik steeds weer hoe het huidige ontwerp nóg beter gemaakt kan worden. Een optimalisatie op het huidige ontwerp zoals in de afbeeldingen bovenaan, zou zijn om het product en de runner andersom in de mal te plaatsen, zodat de cores zich ook in de bewegende matrijshelft bevinden, dit scheelt problemen met het ontwerpen van het bewegingsmechanisme en kan het mogelijk beperken tot één mechanisme zodat er zo weinig mogelijk errors kunnen ontstaan. Dit project heeft veel inzicht gegeven in de basiswerking van spuitgietmachines en matrijzen. Momenteel vind ik dit onderdeel binnen mijn vakgebied één van de meest interessante en denk ik dat ik in de toekomst op dit gebied werkzaam wil zijn. Ik vond ontwerpen in de kunststofindustrie al langer interessant, daarom heb ik gekozen om deze minor te volgen. Nu weet ik zeker dat dit een goede keuze is geweest, het ligt me en het is zo enorm veelzijdig. Het leukste ervan vind ik de ontwerpvrijheid die er is met kunststof tegelijkertijd met de complexe technische beperkingen die er spelen m.b.t. de productie. Een ontwerp kan mooi zijn maar is waardeloos als het niet geproduceerd kan worden!