Kunststofspuitgieten
Groep 5 Jorik Hepworth 1355252 Tomas Knipscheer 1536451 Xander Roosen 1506242 Stefan van Seggelen 1506331 Tobias van Doorn 1513893 Karin Smorenburg 1506366 Begeleider: Ir. H. Crone Proces: Kunststofspuitgieten Bedrijf: Gebrema, Nuenen Contactpersoon bedrijf: Ir. E. van Vught
Inhoudsopgave Ten geleide Gebrema Spuitgieten – Het proces Functie Kostenanalyse Kwaliteit Ondersteunende processen Het ontwerp Doelgroep Marketing Mix Materiaalkeuze Dimensies Matrijs Cyclustijd Kostenplaatje Ontwerpregels en richtlijnen Nawoord Gebruikte Bronnen Bijlage A Bijlage B
2
Ten geleide Dit document is een verslag van het specialisatieproject van Jorik Hepworth, Tobias van Doorn, Tomas Knipscheer, Stefan van Seggelen, Xander Roosen en Karin Smorenburg. We hebben ons tijdens dit project gericht op het proces kunststofspuitgieten. T ijdens dit project zijn we begeleid door Ir. Henk Crone, bedankt hiervoor. Het doel van dit project was het ontwerpen van een product waarin functie, kosten en kwaliteit goed samenvallen. Hiervoor hebben we eerst onderzoek gedaan naar het proces en gekeken naar sterke en zwakke kanten. Vervolgens hebben we een bedrijfsbezoek gepland, en wel bij het bedrijf Gebrema in Nuenen, Brabant. Hiermee wilden we extra informatie vergaren en ons nog meer verdiepen in het proces door het eens van dichtbij te bekijken. We willen dan ook Ir. Erik van Vught hartelijk danken voor zijn medewerking en zeer interessante rondleiding en verhalen tijdens ons bezoek. Met deze informatie zijn we verder gegaan met het ontwerpen van een product. Uiteindelijk zal het eindresultaat hiervan in dit verslag gepresenteerd worden.
Een gedeelte van de machinehal bij Gebrema BV te Nuenen.
3
Gebrema Gebrema is een kunststofspuitgietbedrijf in Nuenen, Brabant. Hier hebben we contact gehad met Ir. Erik van Vught, de directeur. Op dinsdag 15 december 2009 zijn we bij het bedrijf langs geweest voor extra informatie en hebben we een rondleiding gehad. De naam Gebrema is opgebouwd uit drie delen, Ge, bre en ma. Ge komt van gereedschap, bre is een verbindingswoordje en ma komt van Maasdijk. Gebrema is een uniek bedrijf in Nederland omdat het gehele spuitgietproces onder 1 dak plaatsvindt. Zowel het ontwerpen, als de matrijzenbouw, als de productie van de kunststof producten. Gebrema levert voornamelijk halffabricaten. Dit kan een onderdeel zijn, of eigenlijk al een eindproduct maar die dan nog ergens anders moet worden verpakt. Ook doet Gebrema in enkele gevallen een stukje assemblage. Dit gaat dan wel over eenvoudige producten, en kan niet machinaal gebeuren omdat de kosten dan te hoog oplopen. De matrijzenbouw van Gebrema heeft een redelijke capaciteit. Per jaar kunnen er ongeveer 40 tot 50 matrijzen worden gemaakt. De tijd die het kost om een matrijs te maken kan enorm verschillen. Eenvoudige matrijzen duren soms maar 2 dagen, ingewikkeldere matrijzen soms zelfs 3 maanden. Wanneer de vraag te hoog is, besteed Gebrema het maken van matrijzen uit aan een bedrijf in China of Taiwan. De matrijzen die worden geproduceerd bij Gebrema blijven van het bedrijf en worden geen eigendom van de klant. Daarom zijn de prijzen bij Gebrema lager voor het maken van matrijzen en hebben ze het voordeel dat het hun eigen bezit blijft. De grootste kostenpost voor matrijzen zijn de arbeidsuren, en niet de materiaalkosten. Doordat Gebrema haar eigen matrijzen maakt geeft
het bedrijf een onbeperkte shotgarantie. Dit betekend dat de matrijskosten 1 keer moeten worden betaald en er daarna een levenslange garantie is. Voor kleine producten gaan de matrijzen soms oneindig mee en kost dit Gebrema dus niets. Voor grotere producten gaan er ongeveer tussen de 100.000 en de 200.000 shots uit een matrijs. De matrijzen die jaarlijks terugkeren in het gebruik worden opgeslagen in een kluis. De matrijzen die niet meer worden gebruikt worden vernietigd. De ruimte waar de matrijzen worden gemaakt wordt de gereedschapskamer genoemd. Het voordeel van het produceren van de eigen matrijzen is dat wanneer er iets moet worden aangepast dit snel kan gebeuren. Alle matrijzenbouw bij Gebrema gaat computergestuurd. Tekeningen worden ingevoerd en de freesmachines kunnen die precies namaken. 10 jaar geleden was dit nog niet het geval en ging alles nog handmatig. Naast frezen gebruikt Gebrema ook de methodes van zinkvonken, schuren en polijsten. Ze maken geen gebruik van chemisch texturen, dit is een te ingewikkeld proces. Ze zouden het op zich wel graag willen omdat er mooie structuren mee te bereiken zijn. De platen waaruit de matrijzen worden gemaakt zijn van staal. Deze platen worden besteld met sommige gaten er al in voorgeboord. Daarna worden deze platen bewerkt tot matrijzen en worden ook de koelkanalen toegevoegd. De koelkanalen lopen door de matrijsplaten heen om een optimale werking te hebben. De ruimte waar het spuitgieten daadwerkelijk plaatsvindt wordt de productieruimte genoemd. Hier staan 22 machines met een sluitkracht die varieert tussen de 25 en de 600 ton. Hiermee kunnen producten worden geproduceerd die variëren in gewicht tussen de 1 gram en de 2,5 kg.
4
De opslag van het granulaat vindt plaats in een aparte ruimte waarvandaan dit via buizen naar de machines wordt geleid. Zo wordt de trechter automatisch bijgevuld en hoeft dit niet handmatig te gebeuren. In deze ruimte worden ook de producten opgeslagen zodat er altijd een voorraad is voor klant. Gebrema heeft de afgelopen jaren meerdere producten gerealiseerd en geproduceerd. Hier volgen wat voorbeelden die ook tijdens ons bezoek aan de orde zijn gekomen. ‐ Tankey De Tankey is een klein spuitgietproduct dat verkrijgbaar is in verschillende kleuren. Het doel van het product is om een tankpistool tijdens het tanken van benzine vast te kunnen zetten. Hierdoor tankt het pistool gewoon door en heb jezelf je handen vrij. Het product is door Gebrema zelf ontwikkeld en werd ook op de markt gebracht. Door een rechtszaak is het later weer van de markt afgehaald omdat het tegen de regels in zou zijn in Nederland. Nu ligt er bij Gebrema het plan om het product op een buitenlandse markt af te zetten. ‐ Biologisch afbreekbare frisbee Als proef met biologisch afbreekbare kunststoffen heeft Gebrema een biologisch afbreekbare frisbee geproduceerd. De frisbee zou als je hem veel buiten gebruikt ongeveer een half jaar meegaan. Daarna is deze afgebroken door zon, water en lucht. Met deze kunststoffen is in de toekomst nog veel meer mogelijk, een frisbee is misschien ook niet de meest handige toepassing. ‐ Drumplates Voor het op zijn plaats houden van een drumstel heeft Gebrema speciale drumplates ontwikkeld. Deze kunststof houders houden de onderdelen van een drumstel op hun plaats. Als je drumt hebben deze door de trillingen namelijk de neiging om te gaan verplaatsen.
Als toegevoegd product heeft Gebrema ook beker/flessen houders ontwikkeld voor op een podium. Hierin blijft een flesje of een beker altijd staan, ondanks de trillingen van het podium. Handig is hierbij ook nog dat er een gekleurde ring opzit waardoor je je eigen flessenhouder nog kan herkennen ook. De Tankey is ook eenvoudig aan je sleutelbos te bevestigen. Voorbeeld van een drumplate. Op de volgende pagina volgen wat foto’s van ons bedrijfsbezoek. Met deze foto’s proberen we een kort overzicht te laten zien van wat we bij Gebrema hebben ervaren.
5
De gereedschapskamer De productieruimte
Het frezen van een matrijs
Eindproducten
Een matrijs die klaar is voor gebruik
Opgeslagen granulaat
6
Spuitgieten – het proces
Het principe van het Spuitgietproces is gebaseerd op het smelten van kunststof. Deze vloeibare kunststof wordt vervolgens geïnjecteerd in een matrijs in de vorm van het gewenste product. Na het injecteren wordt de matrijs gekoeld, waardoor de kunststof in de matrijs uithard, oftewel stolt. Hierna wordt de matrijs geopend en kan het product worden uitgeworpen of verwijderd. Dit proces kan vervolgens miljoenen keren worden herhaald. De simpelste vorm van een spuitgietmachine bestaat uit een vultrechter, een verwarmde cilinder met spuitmond, een schroeftransporteur, een plunger en een deelbare matrijs. De betreffende onderdelen worden hieronder in de afbeelding vermeld. Nu wordt het Spuitgietproces beschreven en verduidelijkt met afbeeldingen. We hebben ons hierbij gericht op de eenvoudigste manier van spuitgieten, zonder extra handelingen of meerdere soorten kunststoffen. Dit is overigens ook de manier van spuitgieten die Gebrema het grootste deel van de tijd toepast.
Stap 1:
Stap 2:
De te verwerken gegranuleerde thermoplastische kunststof wordt in de vultrechter gestort. Deze kunststofkorreltjes worden bij Gebrema vanuit de stortplaats rechtstreeks richting de vultrechter vervoerd. Vanuit deze trechter komt de kunststof in een verwarmde cilinder waarin de kunststof smelt en door de schroeftransporteur, die zowel axiaal als radiaal kan bewegen, van achteren naar voren wordt getransporteerd. Hierbij beweegt de gesmolten massa naar voren terwijl de schroeftransporteur zelf door de gesmolten massa naar achteren wordt gedrukt.
Zodra er zich voldoende gesmolten massa vóór de punt van de transporteur bevindt, wordt deze massa met behulp van de hydraulisch of elektrisch, bij Gebrema gebruiken ze de eerste, aangedreven plunger onder hoge druk via de spuitmond in de matrijs gespoten.
7
Stap 3: Stap 4:
Als de matrijs geheel gevuld is stopt de toevoer en wordt de massa in de matrijs, terwijl er een bepaalde druk gehandhaafd blijft, gekoeld. Deze zogenaamde nadruk is nodig om de krimp van de ingespoten massa tijdens het afkoelen op te vangen.
Hierna wordt de matrijs geopend en kan het gespoten product worden uitgenomen. De overbodige onderdeeltjes zoals de aanspuiting worden opgevangen en in een bak gestort waarna deze kunnen worden hergebruikt. De schroef draait weer terug naar de beginstand om nieuw materiaal op te halen, voor een eventueel volgend product.
8
Functie De eerste pijler van de productiedriehoek is het onderdeel functie. Het principe van het proces is hiervoor al besproken, nu wordt dieper ingegaan op materiaal, seriegrootte en uiterlijke zaken zoals geometrie en textuur. Materiaal Het is duidelijk dat voor het proces kunststofspuitgieten kunststoffen worden gebruikt. De meeste thermoplasten, thermoharders en elastomeren kunnen worden spuitgegoten. Vooral kunststoffen met een laag smeltpunt zijn aantrekkelijk om te spuitgieten omdat de energiekosten laag zijn en het materiaal sneller afkoelt. Voor sommige kunststoffen met een té hoog smeltpunt (zoals PTFE), is spuitgieten niet geschikt. Aan bijna alle moderne kunststoffen worden addivitieven toegevoegd om de mechanische, thermische of elektrische eigenschappen van een kunststof te verbeteren. Fillers verbeteren de treksterkte, druksterkte, taaiheid en thermische stabiliteit. Plasticizers daarentegen kunnen de flexibiliteit verhogen en de hardheid en stijfheid verkleinen. Stabilizers vertragen de degradatie van kunststoffen, met name door de schadelijke UV straling te absorberen. Daarnaast kunnen colorants de kunststof een mooi kleurtje geven terwijl flame retardants kunststof producten brandveiliger maken. Ook kunnen metaaldeeltjes worden toegevoegd. Zo worden er bij Gebrema bijvoorbeeld zinkionen
toegevoegd aan een thermoplast, wat het spuitgegoten product bacteriedodend maakt. Andere voorbeelden zijn houtvezel‐ of glasvezelversterkte kunststoffen. Een opkomende trend is het gebruik van biologisch afbreekbare kunststoffen, vaak op basis van zetmeel. Deze kunststoffen verminderen zwerfafval maar kunnen met dezelfde snelheid en nauwkeurigheid worden geproduceerd als hun niet afbreekbare tegenhangers. Het is ook denkbaar meerdere materialen of kleuren tegelijkertijd tot één product te spuitgieten (2K‐ (of meer) spuitgieten). Bovendien kan er met (metalen) inserts worden gewerkt, die geheel worden ingespoten tijdens het spuitgietproces. Kortom, de materiaalkeuze voor het spuitgieten is bijna eindeloos. Let wel, de materiaalkeuze beïnvloedt de productiekosten direct door bijvoorbeeld de energiekosten, de noodzakelijke sluitkracht en de afkoeltijd. Geometrie De vormvrijheid van spuitgietproducten is zeer groot, maar wel tegen een prijs. Zo zijn spuitgietproducten bijna altijd dunwandig, want hoe dikker het product is, hoe langer de stoltijd en hoe hoger de kosten. Het product hoeft niet lossend te zijn, wat een belangrijk voordeel is ten opzichte van andere productieprocessen. Een niet‐lossend product kan toch geproduceerd worden met een matrijs waarin bijvoorbeeld schuiven, bakken of kernen zijn aangebracht. Deze kunnen bewegen ten opzichte van de lossingsrichting waardoor het product toch uitgeworpen kan worden. De complexiteit en prijs van de matrijs neemt dan wel sterk toe.
9
Variabele wanddiktes behoren ook tot de mogelijkheden maar door te grote verschillen in wanddikte kunnen interne spanningen optreden. Door ongelijke afkoeling ontstaat verschil in uitzetting, wat volgens de wet van Hooke (σ=E*ε) spanning oplevert. Bij asymmetrische producten kan die spanning zelfs leiden tot het kromtrekken of scheuren van het product! Nauwkeurig gecontroleerde koeling kan dit voorkomen. De grootte van de producten is bij spuitgieten zeer variabel. Het product kan afmetingen hebben van een paar millimeter tot een meter groot. Wanddiktes van 0.4mm tot 6.3mm zijn goed te realiseren. Bij grotere afmetingen neemt de afkoeltijd wel sterk toe. Daarnaast is de sluitkracht van de machine een beperking, deze is niet onbeperkt te verhogen. Seriegrootte De minimaal of maximaal te produceren hoeveelheid ligt bij spuitgieten niet concreet vast. De investeringskosten zijn wel hoog. Matrijzen en bijbehorende machines kunnen tienduizenden euro’s kosten. Kleine series zijn mogelijk maar dan zullen de kosten per product hoger zijn. Immers dan moeten de matrijskosten over een klein aantal producten worden verdeeld. Spuitgieten is dus voornamelijk bestemd voor grote series. De levensduur van goede matrijzen en de voudigheid (het aantal producten dat tegelijk te gieten is) benadrukken dat. Sommige matrijzen hebben een levensduur van een miljoen schots of meer, waarbij soms wel 64 producten in één keer kunnen worden spuitgegoten. Over het algemeen start een rendabele seriegrootte rond de 5000 en loopt door tot in de vele miljoenen.
10
Zoals eerder verteld levert Gebrema hierbij voor de klanten een speciaal aanbod, namelijk een onbeperkte shotgarantie op de matrijs. Het bedrijf verdient blijkbaar genoeg aan een klant om een gratis nieuwe matrijs te leveren wanneer de huidige matrijs versleten is. Gebrema levert onbeperkte shotgarantie op de matrijzen. Kleur & Grafiek Qua kleur is er van alles mogelijk met kunststof spuitgietproducten. Voor een product met een rode kleur, wordt er een rode colorant vermengd in het granulaat. Het aanbrengen van een kleur door middel van een nabewerking is ook denkbaar, maar dit verhoogd de cyclustijd en dus ook weer de kosten. Wanneer een precieze opdruk nodig is, kan in‐moulddecoratie een oplossing zijn. Hierbij wordt een folie of textiel in de matrijs geplaatst, en wordt de kunststof er “tegenaan” gegoten. Zo is er geen los etiket meer nodig. Textuur & Uitstraling Een matrijs kan voor gebruik worden getextureerd door bijvoorbeeld te zinkvonken. Hierbij wordt er door middel van zink en stroom een textuur aangebracht in het materiaal van de matrijs. Een andere
mogelijkheid is het aanbrengen van een textuur door middel van een chemische behandeling. Hierbij wordt met een fotocoating en een chemisch middel een bepaalde textuur aangebracht. Deze textuur is dan zichtbaar op het product. Ook teksten of afbeeldingen kunnen van te voren in de matrijs worden aangebracht. Op deze manier zal op alle producten dezelfde textuur verschijnen (door middel van reliëf). Deze textuur kan natuurlijk altijd achteraf worden aangebracht. De uitstraling van de geproduceerde producten hangt zowel van textuur als van het gekozen materiaal af. Verschillende materialen hebben een verschillende uitstraling. Tegenwoordig is het mogelijk om een product verkoelend of warm te laten aanvoelen, en te voorzien van een lekker geurtje door de juiste samenstelling van de kunststof. Door texturering kan het materiaaloppervlak ruw of glad aanvoelen en een glanzend of mat uiterlijk krijgen. Voorbeeld van een product waarop in‐moulding is toegepast
11
Kostenanalyse De tweede pijler van de productiedriehoek beslaat de kosten. Eerst worden noodzakelijke investeringen en de stuksprijs besproken, gevolgd door de doorlooptijd (ook wel cyclustijd), veiligheid en milieu. Om een product in grote aantallen te kunnen maken zijn verschillende middelen nodig, zoals materiaal, energie en machines maar ook niet tastbare middelen zoals diensten, kennis en energie. Omdat matrijzen, machines en informatie hier worden gezien als investeringen, worden deze als eerste besproken. Ze moeten echter ook terugverdiend worden en komen dus zeker terug in de stuksprijs!
Investeringen
Matrijzen Zonder matrijzen kan er niet gespuitgiet worden. Deze mallen vormen een van de belangrijkste investeringen bij dit productieproces. Omdat veel spuitgietbedrijven niet beschikken over de expertise en de middelen om deze productspecifieke gereedschappen te maken, worden matrijzen vaak besteld bij derden. Er is een groot verschil in de kosten voor een matrijs, afhankelijk van de complexiteit (koeling, schuiven, kernen, voudigheid e.d.) en de gewenste kwaliteit. Verder is het van belang waar de matrijs wordt gemaakt. De kosten lopen enorm uiteen en vooral in Azië worden matrijzen veel goedkoper aangeboden. Dit gaat echter wel ten koste van de kwaliteit en de levensduur. Gemiddeld kost een matrijs enkele tienduizenden euro’s. Machines Net zoals matrijzen zijn machines dure investeringen zijn waar op afgeschreven moet worden. Machines zijn nodig voor het aanleveren van granules, het vermalen en verhitten tot viscoze kunststoffen, het koelen, verwijderen van aanspuitingen etc. Deze machines zijn in tegenstelling tot matrijzen wel inzetbaar voor meerdere productieprocessen. Stuksprijs De kostprijs van een spuitgegoten product is opgebouwd uit de volgende onderdelen, te zien in de afbeelding hiernaast. Matrijzen en machines zijn al eerder behandeld onder het kopje investeringen. Materiaal De materiaalkosten hangen af van het gekozen materiaal, en de hoeveelheid die hiervan nodig is. Hoe dunner de wanden van het product, hoe minder materiaal er gebruikt hoeft te worden. Indirect
12
beïnvloed de materiaalkeuze ook de kosten, doordat het smeltpunt samen met de viscositeit de benodigde energie en de afkoeltijd bepaald. Indien het polymeer een thermoplast is, kunnen de aanspuitingen opnieuw gesmolten en gerecycled worden. Materiaalkosten variëren van 1 (PVC) tot 100 euro per kilo (PEEK). Nabewerking Vrijwel alle spuitgietproducten zijn niet klaar voor verkoop wanneer ze uit de matrijs gehaald worden. Er is assemblage nodig, de aanspuiting moet worden verwijderd of het materiaaloppervlak moet nog worden bewerkt om het een bepaalde textuur mee te geven. Personeel Het derde onderdeel van de kostprijs is personeel. In tijden van verregaande automatisering is dit een steeds kleiner onderdeel van de prijs geworden. Er is echter nog steeds personeel nodig om de machines te controleren, te onderhouden en vaak ook voor de assemblage. Meestal wordt er in twee ploegen gewerkt, om de hoge salariskosten van nachtwerk te voorkomen. Energie en huur Op energie en huur kan op het eerste gezicht misschien niet worden bespaard, maar door uit te wijken naar andere regio’s kunnen de kosten lager uitkomen. Door te verhuizen naar ontwikkelingslanden kan nog meer worden bespaard, maar dan gaan de transportkosten omhoog. Transportkosten Over het algemeen vindt de productie niet plaats in het gebied waar het product wordt afgezet. Daarom is transport noodzakelijk om de
producten op de afzetmarkt te krijgen. Logischerwijs nemen de kosten toe als de fabriek verder van de beoogde markt verwijderd is. De transportkosten hangen echter ook af van het transportmiddel. Deze verschillen in snelheid en daarmee ook in prijs. Samengevat is spuitgieten door hoge investeringskosten alleen rendabel voor grote productieaantallen, startend van ongeveer duizend stuks. Veel afwegingen moeten worden gemaakt over de mate van automatisering, soort matrijzen, locatie en materiaal. Een korte cyclustijd is gewenst, hier wordt verder op ingegaan onder het volgende kopje. Cyclustijd De cyclustijd (tijd die het kost om één product te maken) dient zo kort mogelijk te zijn. Wanneer een product een korte cyclustijd heeft, kunnen er in eenzelfde tijd meer producten gemaakt worden en kunnen investeringen sneller worden terugverdiend. Spuitgieten biedt een van de kortste cyclustijden van alle productiemethodes waardoor producten bijzonder snel achter elkaar kunnen worden gemaakt. Doorlooptijden van spuitgieten kunnen variëren van 1.2 s tot 1 minuut (zonder nabewerkingen). Het grootste deel van de cyclustijd wordt opgenomen door het injecteren van de kunststof en het afkoelen. Ook eventuele nabewerkingen nemen tijd in beslag.
13
Injecteren van de kunststof Nadat het kunststof granulaat in de trechter is geplaatst en wordt verhit in een cilinder, wordt de gesmolten thermoplast onder grote druk in de matrijs geperst. Waar de injectietijd van afhankelijk is, is weergegeven in de tabel hiernaast. De druk kan niet oneindig hoog worden opgevoerd, dus zijn meerdere aanspuitingen een goed alternatief. Dit leidt echter wel weer tot vloeinaden (waar twee stromen elkaar tegenkomen), wat er lelijk uitziet en slechtere mechanische eigenschappen heeft. Ook moeten al deze aanspuitingen verwijderd worden na productie, wat tijd kost. Hoe groter het product, hoe groter de volumestroom. Voor bijvoorbeeld een product van 250cm 3 is een volumestroom van 300cm 3 / s haalbaar, wat neerkomt op minder dan een seconde. Koeltijd Het koelen neemt aanzienlijk meer tijd in beslag: ongeveer 50%‐70% van de totale cyclustijd. Het product hoeft niet helemaal gestold te zijn bij het uitwerpen, maar dient wel voldoende afgekoeld te zijn om niet te vervormen na het verwijderen.
Veiligheid Het personeel dat werkt met en rondom de spuitgietmachines, kan te maken met krijgen met verschillende vormen van belasting en blootstelling. Het is belangrijk om de werkomgeving zo in te richten, dat risico’s voor werknemers tot een minimum wordt beperkt. Hulpmiddelen (bijvoorbeeld heftrucks), goede ergonomie en voldoende ruimte rondom de machines kunnen daarbij helpen. De volgende tabel geeft inzicht in mogelijke risico’s. Fysieke belasting statische werkhoudin gen
Lawaai
Klimaat
Omge‐ vings lawaai
gebrek aan frisse lucht hitte
ongunstige werkhoudin gen
machine lawaai
zware belastingen, tillen of duwen
hinder van stof, dampen , gassen en tocht
Toxische stoffen bloostelli ng via huidcont act oog, neus en oorklacht en
Veiligheid
Welzijn
brand en explosiegev aar
tijdsdruk
te weinig ruimte
werkdruk
machines met draaiende, bewegende en hete onderdelen
onverwac hte situaties
14
Milieu Kunststoffen zijn synthetische materialen die door de mens zijn geproduceerd en niet in de natuur worden gevonden. Veruit de meeste kunststoffen zijn niet biologisch afbreekbaar (behalve PHA, PHB, PLA en of stremsel gebaseerde polymeren) en vaak gedeeltelijk recyclebaar. Er zijn twee soorten afval: “ in‐house” afval en “outdoor” afval. “In‐ house” afval is restmateriaal wat tijdens productie in de fabriek ontstaat. Dit materiaal wordt bijna voor 100% hergebruikt. Zodra het in de buitenwereld terechtkomt, is het een stuk minder positief. Het materiaal is bedrukt, gelakt of beschilderd en komt vaak samen met andere materialen in een product voor. Daardoor is het niet zo eenvoudig om het materiaal te hergebruiken. Kunststoffen moeten verzameld, geïdentificeerd, gescheiden, schoongemaakt, gedroogd en vermalen worden voordat het geschikt is voor hergebruik. Dit kost veel tijd en geld en vaak heeft de gerecyclede kunststof inferieure eigenschappen aan nieuw geproduceerd materiaal. Vaak wordt het gebruikt voor producten met minder strikte producteigenschappen (“down‐cycling”). Wat dat betreft ligt het hergebruik van kunststoffen achter op het hergebruik van metalen. De matrijzen, meestal gemaakt van hogesterktestaal, kunnen niet gerecycled worden. Als een matrijs versleten is of niet meer gebruikt wordt, dient deze vernietigd te worden door een gespecialiseerd bedrijf die hiervan een bewijs afgeeft aan het bedrijf. Vernietiging neemt ook veel energie in beslag. Daar staat tegenover dat matrijzen een levensduur hebben van wel een miljoen shots. Al met al zijn kunststoffen een zware belasting voor ons milieu. Het scheiden van kunststoffen is voor de consument erg lastig (recent heeft de overheid een nieuwe bewustwordingscampagne opgezet) en
kunststoffen hopen zich op op vuilnisbelten. Een positieve ontwikkeling is de sterke afname in het gebruik van thermoharders. Deze kunststof is niet herbruikbaar omdat het niet smelt, maar verkoolt bij verhitting. Gelukkig wordt deze variant steeds minder toegepast. Tot slot lijkt er een nieuwe doorbraak te zijn bereikt met biologisch afbreekbare kunststoffen, welke langzaam worden afgebroken in aanwezigheid van water en zuurstof. De mogelijkheden van deze nieuwe categorie kunststoffen zullen onderzocht worden in het verloop van dit verslag.
15
Kwaliteit De derde pijler van de productiedriehoek beschrijft de kwaliteit. Deze is onderverdeeld in toleranties, ruwheid, homogeniteit, stabiliteit en afwerking, die punt voor punt worden besproken. Toleranties Maattoleranties Maattoleranties hangen voornamelijk af van de precisie waarmee de matrijs is vervaardigd en het gedrag van het materiaal. Matrijstolerantie Voor de productie van matrijzen is zeer specifieke kennis nodig. De vorm van het product moet precies negatief uit de matrijs worden gehaald. Een minuscule afwijking of onnauwkeurigheid is terug te zien op ieder product. De toleranties van deze matrijzen hangen af van de bewerkingsmethodes waarmee de matrijs is vervaardigd. Een nauwkeurige bewerkingsmethode is bijvoorbeeld slijpen. Frezen is een wat minder nauwkeurige methode, al kan dit computergestuurd in een korte tijd een zeer nauwe tolerantie bereiken. Veel bedrijven besteden hun matrijzen uit aan gespecialiseerde bedrijven. Over de hele wereld worden matrijzen gemaakt, met grote onderlinge verschillen in kwaliteit en dus ook tolerantie. Matrijzen kunnen minder tolerantie bereiken naarmate er meer slijtage optreedt, en de matrijs wordt vervormd door fouten bij de montage en temperatuurwisselingen.
Materiaal tolerantie Ook het gedrag van toegepaste kunststof is een belangrijke factor in het bepalen van de uiteindelijke tolerantie. T ijdens het afkoelen treedt krimp op, vooral bij kristallijnen kunststoffen. De lange koolstofketens komen tijdens het afkoelen dichter op elkaar te staan waardoor het materiaal een krimp krijgt van wel 2.5%. Ook lang nadat het product uit de matrijs is verwijderd gaat de kristallisatie en krimp door. Soms wel dagen! Voor amorfe plastics bedraagt de krimp van smelttemperatuur tot kamertemperatuur maar 0.5%. Oplossingen om krimp tegen te gaan zijn het verhogen van de afkoelsnelheid (materiaal heeft geen mogelijkheid om een kristalrooster te vormen) en nadruk. Door de krimp in te calculeren en een “groter” product te spuitgieten, kan het gewenste eindproduct toch de vooraf vastgestelde afmetingen hebben. Doordat kunststoffen slecht warmte geleiden, koelen dikkere delen langzamer af dan dunne delen. Dit temperatuurverschil leidt tot interne spanningen, met vervormingen tot gevolg. Grote verschillen in wanddikte moeten dus serieus overwogen worden. Het visco‐elastische gedrag van gesmolten kunststoffen zorgt ervoor dat de smelt terugveert tegen de aangebrachte krachten. Wat de krimp moeilijk te voorspellen maakt. Door vooraf nauwkeurig het gedrag van de smelt te analyseren, kan er rekening gehouden worden met krimp, mogelijke interne spanningen en het visco‐elastische gedrag, zodat er acceptabele toleranties gerealiseerd kunnen worden. Bij spuitgieten variëren deze toleranties over het algemeen van 0.07mm tot 1mm.
16
Ruwheid De ruwheid of oppervlaktekwaliteit van een spuitgegoten product is compleet zelf te bepalen. Door de matrijs te behandelen nadat deze is vervaardigd, bijvoorbeeld door het toepassen van vonkentextuur of chemische textuur, kunnen allerlei oppervlaktes worden vervaardigd. Deze oppervlaktetexturen worden dus gewoon in het product meegegoten. Het voordeel hiervan is dat nabewerking in de vorm van texturering niet meer noodzakelijk is. Wanneer het product wordt uitgestoten, laten uitstootpennen zichtbare indrukkingen achter op het oppervlak het product. Door slim te ontwerpen kunnen deze uit het zicht worden geplaatst. Spuitgegoten producten kunnen worden geproduceerd met bijzonder egaal oppervlak, tot een ruwheid zo klein als 0.2 tot 1.6 μm. Homogeniteit Een spuitgegoten product kan een zeer homogeen verdeeld product zijn. Dit heeft veel te maken met het afkoelen van het product. Wanneer dit niet goed verloopt zijn er hoge interne spanningen en wordt het product bros en breekt het gemakkelijk. Waar verschillende vloeistofstromen samen komen in een product kan een bros plekje (de vloeinaad) ontstaan. Door hiermee rekening te houden in je ontwerp kan je deze plek zo plaatsen dat dit weinig invloed heeft voor je uiteindelijke product. Belangrijk is ook dat het aanspuiten van kunststoffen onder een hoek gebeurd, om “jetting” te voorkomen. Bij Jetting wordt de smelt recht in de vorm gespoten, er ontstaat een lelijk product met slechte mechanische eigenschappen. Als de smelt van dikke naar dunne plaatsen in de vorm kan stromen, wordt de beste homogeniteit bereikt. De lucht ontsnapt uit de matrijs door ontluchting aan het einde van vloeiweg (bij het deelvlak), zodat er geen luchtbelletjes in het product achterblijven.
Stabiliteit Omdat kunststoffen een E‐modulus hebben zullen ze na het uitharden ook weer voor een deel inkrimpen. Het is belangrijk om hier van te voren rekening mee te houden omdat dit veel invloed kan hebben op je product. De hoeveelheid krimp is natuurlijk erg materiaal afhankelijk, maar je kunt toch wel rekenen op zo’n 0.5% tot 3% Afwerking Als het product is gespuitgiet zijn enkele vormen van nabewerking mogelijk. Ten eerste moeten de aanspuitingen worden verwijderd. Deze ontstaan tijdens het spuiten van het product in de spuitmond waar de smelt ook afkoelt. Bij zogenaamde hotrunners is dit niet het geval, hier wordt het materiaal wat in de spuitmond zit verhit en in het volgende product gespoten. De koeling speelt hierbij wel een heel belangrijke rol. Te weinig koeling levert druppels en draden aan het product, bij te veel koeling stolt de aanspuiting alsnog. Een naaldafsluiting sluit de spuitmond af tijdens het uitstoten en voorkomt draden. Deze toevoeging verkort ook de cyclustijd. Nadat het product is uitgeworpen kan ook nog oppervlaktebewerking plaatsvinden, zoals het aanbrengen van een beschermende laag of opdruk. In‐moulddecoratie is ook mogelijk. Daarnaast kunnen texturering en assemblage achteraf worden uitgevoerd. Deze processen vergroten natuurlijk wel de cyclustijd.
Ondersteunende processen
17
Bij het spuitgietproces kunnen zeer veel verschillende soorten ondersteunende processen voorkomen. Bij Gebrema komen wat minder voor‐ en nabewerkingen voor. Als nabewerking wordt een stukje assemblage verzorgd en als voorbewerkingen kunnen er verschillende additieven worden toegevoegd en worden natuurlijk de aanspuitingen verwijderd. Daarnaast wordt het ontwerpproces ondersteund met rapidprototyping en naderhand met een stukje marketingtechnische ondersteuning. Na deze bewerkingen te hebben besproken zullen we ook nog even een blik werpen op andere mogelijke ondersteunende processen van het spuitgietproces. Additieven Bij Gebrema worden regelmatig additieven toegevoegd aan de kunststof. Zo hebben ze bijvoorbeeld wel eens gewerkt met zilverionen. Als deze worden toegevoegd aan een kunststof dan heeft dit een antibacteriële werking. Dit is door Gebrema bijvoorbeeld toegepast in een soort afzuigsysteem van een kachel voor in huis. Zeer hygiënisch en ideaal omdat je het dan minder hoeft schoon te maken. Rapidprototyping Bij Gebrema gebruiken ze rapidprototyping in de vorm van 3D printen. Rapidprototyping kan op verschillende manieren en is bedoeld om in korte tijd en met weinig kosten een prototype te bouwen van een beoogd product. Bij Gebrema gebruiken ze hiervoor dus een 3D printer. Deze printer bouwt een product op door flinterdunne laagjes materiaal, een was of een polymeer, op elkaar te stapelen. Het is zelfs mogelijk om met dit apparaat holle ruimtes te maken. De input is een 3D model, met de computer gerealiseerd.
Het prototype dat hiermee wordt vervaardigd is ideaal om aan een opdrachtgever te laten zien wanneer schetsen tekort schieten. Het is toch altijd een andere ervaring wanneer je het product echt vast kan houden. Daarnaast kan het product ook direct in de juiste kleuren worden vervaardigd, wat ook weer tijd en werk en dus geld scheelt. Aanspuitingen verwijderen De kunststof waarvan een product wordt vervaardigd wordt altijd vloeibaar in de matrijs gespoten. Omdat dit via een aanspuitingkanaal gaat zullen er altijd aanspuitingen aan het product zitten die eraf moeten. Deze aanspuitingen worden voor het uitstoten verwijderd, dus wanneer het product nog in de matrijs zit. Bij Gebrema pakt een grote tang deze aanspuitingen vast en trekt ze los van het product. De verbindingsstukjes van de aanspuitingen en het product zijn minder gekoeld dan het product zelf en zullen dan dus nog rubberachtig zijn en Aanspuitingen hergebruikt als kunst. makkelijker los laten. Bij Gebrema worden deze aanspuitingen direct door de geautomatiseerde tang in een bak geworpen die direct weer leidt naar de unit die de kunststof verwarmd. Deze aanspuiting worden dus direct gerecycled. Jammerlijk is, dat bij spuitgieten bijna altijd de aanspuiting toch nog zichtbaar blijft op het product.
18
Assemblage Bij Gebrema hebben ze een klein gedeelte assemblage in het bedrijf. Alleen simpel te assembleren producten worden in elkaar gezet in de fabriekshal. Dit gebeurt gewoon met de hand. Ook het verpakken van de producten wordt voor een deel bij Gebrema gedaan. Dit gebeurt alleen meestal wel eenvoudig en slechts voor het vervoer naar een bedrijf toe. De daadwerkelijke verkoopverpakking wordt door de bedrijven zelf toegevoegd. Aangezien Gebrema voornamelijk onderdelen voor totale producten levert worden deze ook zelden geassembleerd of verpakt. Deze worden later pas geassembleerd in combinatie met andere geproduceerde onderdelen. Marketingtechnische ondersteuning Bij Gebrema eindigt het proces niet bij het produceren van het product. Vanaf begin af aan wordt er met de klant meegedacht over het te ontwikkelen product. Hierbij komt ook de marketingtechnische ondersteuning om de hoek kijken. Aan het eind van het productieproces zal het product natuurlijk wel op de markt moeten worden gezet. Ook hierin denkt Gebrema vanaf begin af aan mee zodat functie, vorm en kwaliteit goed geïntegreerd kunnen worden en zelfs de marketing hierin mee kan worden genomen. Dit zijn de voor‐ en nabewerkingen die bij Gebrema worden toegepast. Belangrijk hierin is, zoals al eerder vermeld, dat dit bedrijf het complete ontwerpproces met de klant doorloopt. Vanaf begin af aan is er een intensieve samenwerking en adviseert Gebrema de klant. Dit is ook logisch omdat zij uiteindelijk gaan produceren en daarbij de beste kwaliteit willen leveren. Het is dus een belangrijke wisselwerking tussen Gebrema en de klant.
19
Het Ontwerp Doelgroep Melk komt uit de fabriek en koop je in de supermarkt. Eieren komen per 6, 8 of 12 uit een doosje. Kaas? Die plakjes in dat plastic doosje, daar naast de yoghurt! Stadse kinderen worden steeds minder vaak betrokken bij wat ze nu precies eten. Ze komen niet of nauwelijks in aanraking met het boerenleven en hebben dus ook geen idee waar meer dan de helft van hun ontbijtje nu eigenlijk ontstaat. Alles is zo gewoon om in je winkelkarretje te leggen, maar waar komt het eigenlijk vandaan? Dat het tegenwoordig een trend is om gezond te eten is al lang bekend. Veel groente en fruit, dat is de boodschap. Maar wanneer je in de winkel staat zie je enkel gesneden boontjes, soepgroenten en spaghettipakketten... Het is kinderen niet kwalijk te nemen dat ze onwetend zijn over de afkomst van hun eten. Het is allemaal té gewoon geworden. Het is echter wel belangrijk dat ze weten wat ze eten.
Marketing mix Product Het product is het best te omschrijven als een setje om één soort groente of fruit mee te verbouwen. Voor een soort gewas, in dit geval een tomaat, kunnen kinderen van dichtbij ervaren hoe het plantje boven de grond uitkomt, groeit en uiteindelijk een gezonde en lekkere oogst oplevert. Een grote tuin is niet nodig, zelfs in een pot op de vensterbank kan de groente worden verbouwd.
Het product bestaat uit een stok, in dit geval een pijl, waartegen de plant kan opklimmen. In de punt is een uitsparing gemaakt, waar het zaadje ingeklemd zit. Met een touwtje is de onderkant van de pijl als het ware bij elkaar gebonden om de voorkomen dat het zaadje eruit valt. De consument hoeft geen groene vingers te hebben om met het product groente te verbouwen. Hiermee wordt ingespeeld op het feit dat jonge kinderen vaak niet weten wat er nodig is om een plantje succesvol te kweken en hier ook niet het geduld voor hebben. Ze zijn vooral geïnteresseerd in het eindresultaat, wat zo min mogelijk moeite moet zijn en weinig moet kosten.
20
Het product wordt door de gebruiker in de grond gestoken, en er wordt een scheutje water toegevoegd. Het zaadje kan ontkiemen een ontvangt zijn voeding uit de vruchtbare grond. Als het plantje boven de grond komt kan het opklimmen tegen de pijl. Naarmate de plant groter wordt hoeft er alleen periodiek water gegeven te worden, en kan het kind op speelse wijze ontdekken waar de groente vandaan komt. De felgekleurde pijlen geven het kind aan wat in de tuin te vinden is en nodigen uit om iedere dag even te gaan kijken. Het gebruik is te zien in de storyboard hiernaast. Omdat tomaten eenjarige planten zijn is het essentieel dat het stokje vergaat. Door de keuze voor het materiaal Mater‐Bi(dit wordt later toegelicht onder het kopje materiaalkeuze), zal de pijl afbreken binnen enkele weken. Het kleine stuk touw dat gebruikt wordt zal ook vergaan in de aarde. Zo is het product compleet biologisch afbreekbaar en levert het geen schade op voor het milieu. Dit verklaart de naam EasyGreen, het product is gemakkelijk te gebruiken en biologisch afbreekbaar. Prijs EasyGreen moet de plaats innemen tussen zaden en gekweekte planten. Een zakje met tientallen zaadjes van een willekeurig gewas kost maar enkele euro’s. Hier staat tegenover dat de gebruiker zelf tijd en arbeid moeite moet steken in het zaaien, bemesten, water geven en snoeien. Dit wordt de consument uit handen genomen bij gekweekte planten, de gewassen zijn al zo groot dat ze in de grote grond kunnen worden gezet. Hier wordt uiteraard wel voor betaald. Een gekweekte plant kost 1 tot 4 euro per stuk. Omdat EasyGreen minder moeite kost dan compleet zelfgekweekte planten en meer arbeid vergt dan een gekochte plant, is het logisch om ook qua prijs tussen beide alternatieven in te zitten. EasyGreen is een product met een enthousiasmerende en educatieve functie voor kinderen. Daarnaast is het volledig afbreekbaar en dus minder
21
belastend voor het milieu. Bewuste ouders zijn bereid om hier meer voor te betalen, zeker omdat het voor hun kinderen bestemd is. Door bundels aan te bieden van meerdere EasyGreen producten kunnen kinderen direct aan de slag. Een pakket van 7 producten kan voor 10 euro in de winkel liggen, wat per plant/zaad goedkoper is dan gekweekte planten maar duurder dan zaden. Plaats EasyGreen producten zullen te verkrijgen zijn bij tuincentra (Intratuin, Boerenbond en Groenrijk). Hier kunnen verschillende soorten pakketten aangeboden in een apart schap. Klanten komen hier met interesse voor tuinproducten en worden gewezen op een nieuw product. In warenhuizen (HEMA, Blokker) of gadgetwinkels (Expo, Xenos) zal het naast de kassa komen te liggen. EasyGreen is modern en trendy genoeg om in deze winkels te worden verkocht. Een verpakking zou de functie van het compleet afbreekbare product tenietdoen. Omdat consumenten het product in huis halen juist omdat het goed is voor het milieu, zou een verpakking die alsnog in de vuilnisbak terechtkomt geen logische keuze zijn. Het product is daarom tevens de verpakking. De pijl kan gewoon opgehangen worden in de winkel. Het zaadje zal niet ontkiemen omdat het niet in de aarde staat en is enkele maanden houdbaar. Promotie Bij promotie moet het accent gelegd worden op kinderen. Tuinieren is leuk! En als de kinderen zijn overtuigd, zijn de ouders dat ook. Hun invloed op de bestedingen van hun ouders moet niet worden onderschat. EasyGreen zorgt ervoor dat het beeld van boeren in vieze overalls, ploegend door de modder tot het verleden behoort. Kinderen kunnen hun eigen maaltijd kweken, alsof het een spel is.
Televisiespotjes en advertenties in reclamefolders nemen het kind mee in een soort Alice in Wonderland wereld met gigantische groenten, die ze zelf hebben gemaakt. In deze reclame wordt het gemak en het eindresultaat (de oogst) benadrukt. Volwassenen zien dat EasyGreen ook educatief en ecologisch verantwoord is. Tuinen gevuld met hippe EasyGreen producten mogen gezien worden.
22
Materiaalkeuze Aan de hand van het opgestelde programma van eisen is er gezocht naar geschikte materialen. De belangrijkste voorwaarden die specifiek betrekking hebben op de materiaalkeuze zijn hieronder te vinden. Daarna worden verschillende mogelijke materialen vergeleken op hun eigenschappen en is een definitieve keuze gemaakt. Eisen en wensen Het materiaal: - moet een thermoplastische kunststof zijn, - moet te spuitgieten zijn met de middelen waarover Gebrema beschikt, - mag niet oplosbaar zijn als het in aanraking komt met water, - moet afbreekbaar zijn binnen een acceptabele termijn (enkele weken) en onder normale omstandigheden in de tuin. Eventueel kan er warmte of een andere “katalysator” toegevoegd worden, - lengte (hoogte) van het product mag hoogstens 250mm zijn, - moet bestand zijn tegen de kracht die nodig is om het product in de grond te steken. Ook moet het product niet substantieel vervormen door de belasting van de plant die aan het stokje groeit. Het materiaal moet dus beschikken over goede mechanische eigenschappen.
Daarnaast zijn er ook nog wensen met betrekking tot de materiaalkeuze Het materiaal moet: - zo goedkoop mogelijk zijn, - een zo laag mogelijk smeltpunt hebben, - een zo laag mogelijke viscositeit hebben, - een zo laag mogelijke CO 2 afdruk hebben, - het productie proces moet zo min mogelijk energie kosten, - recyclebaar zijn, - niet brandbaar zijn, - niet doorzichtig zijn. Aan de hand van deze eisen en de analyse van beschikbare literatuur, internetbronnen en het materialendatabase CES zijn er drie mogelijke materialen gevonden, namelijk PHA, PLA en TPS.
23
PHA (polyhodroxyalkanoaat) PHA’s zijn compleet afbreekbare kunststoffen die ontstaan door bacteriële fermentatie van suiker en lipide (vetten en vetachtige stoffen) en kan gewonnen worden uit de olie van maïs, sojabonen en palmen. Veel verschillende combinaties van monomeren zijn mogelijk, zodat het materiaal zowel stijf als elastisch kan worden gemaakt. Deze thermoplast kan op het gebied van fysische eigenschappen concurreren met synthetische kunststoffen, maar kost wel meer. Het is goed te spuitgieten, te blazen en te extruderen. Voorbeelden van bestaande producten van PHA zijn verpakkingen, containers en flessen. PLA (polylactide) Deze kunststof ontstaat uit natuurlijke (lactide) zuren die voorkomen in onder andere melk en maïs. Het heeft vergelijkbare eigenschappen als PS en heeft een mooie glans. Vaak is het nodig plasticizers toe te voegen, omdat het materiaal anders te stijf en bros is. Van PLA wordt gezegd dat het compleet afbreekbaar is, maar dat geldt echter alleen onder “gecontroleerde” omstandigheden. Vooral een hogere temperatuur is hierbij noodzakelijk. De temperatuur op een normale composthoop is niet hoog genoeg om de degradatie in gang te zetten. PLA wordt vaak
toegepast in voedselverpakkingen. PLA wordt al toegepast in onder andere plantenpotten, luiers en tassen. TPS (op zetmeel gebaseerde thermoplasten) TPS wordt gemaakt van zetmeel, wat bestaat uit glucosemoleculen. Deze stof wordt aangemaakt door alle groene planten voor energieopslag. Onder normale omstandigheden is dit afbreekbaar tot CO 2 , water en compost. Binnen 50‐120 dagen is 90% van de kunststof vergaan. De compost die overblijft wordt gebruikt voor bodemverrijking in de agrarische sector en heeft een officieel certificaat voor biologische afbreekbare compost. Een vaak toegepaste variant van TPS is Mater‐Bi, wat veel gangbare plastics zou kunnen vervangen. Het is vergelijkbaar (qua eigenschappen) met niet afbreekbare plastics zoals PS, PE en Polyurethaan. Mater‐Bi is redelijk bestand tegen oliën, water, UV‐ straling en zuren. De volgende materialen worden vergeleken met elkaar en met een gangbare, niet afbreekbare variant. De weergegeven waarden zijn gemiddelden. De werkelijke getallen kunnen flink afwijken. De meest gunstige waarden zijn gemarkeerd in het groen. Voorbeelden van hedendaagse geproduceerd van TPS zijn speelgoed, bestek en huisdierspeeltjes.
24
PHA PLA TPS PP Prijs (€/kg) 2.5 2.1 2.5 1.5 Dichtheid (kg/m 3 ) 1.2 e 3 1.2 e 3 1.3 e 3 0.9 e 3 Elasticiteits‐ 2.4 e 9 3.7 e 9 8.7 e 8 1.2 e 9 modulus (Pa) Treksterkte (Pa) 3.8 e 7 5.4 e 7 1.9 e 7 3.5 e 7 Breukrek (%) 15.5 6 45 350 Smeltpunt (K) 418 441.5 431 435 Transparantie transparant transparant transparant translucent Brandbaar? ja ja ja ja Recyclebaar? ja ja ja ja CO 2 afdruk* (kg/kg) 2.5 2.4 2.5 2.7 Productie energie* 5.5 e 7 5.3 e 7 5.3 e 7 9.3 e 7 (J/kg) Spuitgietbaarheid** 4.5 4‐5 4‐5 4‐5 * deze waarden gelden voor primaire productie, dat wil zeggen voor de omzetting van grondstoffen naar het materiaal. ** deze schaal geeft aan of het materiaal goed te spuitgieten is. De schaal loopt van 1 (zeer slecht) tot 5 (zeer goed) Conclusie
De drie biologisch afbreekbare plastics ontlopen elkaar niet veel. PLA is het goedkoopste heeft de kleinste breukrek en de grootste E‐modulus, maar is niet afbreekbaar zonder speciale handelingen. Dit is een tegenvaller aangezien het product juist zonder ingrijpen van de gebruiker moet vergaan. PHA heeft het laagste smeltpunt en een betere breukrek en treksterkte dan TPS, dus geniet dit materiaal de voorkeur. Daarnaast zijn de eigenschappen van dit materiaal nauwkeurig te kiezen door de samenstelling te veranderen.
25
Mater‐Bi Mater‐Bi is een vorm van de kunststof TPS. Dit materiaal is biologisch afbreekbaar in normale omstandigheden, namelijk onder de grond. Het is zeer breed toepasbaar, zo kan het worden spuitgegoten maar is er ook een schuimvorm van. Daarnaast zijn extruderen en thermovormen ook gangbare productiemethoden voor dit materiaal. De grootste producent voor Mater‐Bi is het Italiaanse bedrijf NOVAMONT. In 2007 kreeg dit bedrijf de prijs ‘European inventor of the year 2007’ voor hun ontwikkelingen met Mater‐Bi. In november 2009 heeft het bedrijf zelfs de tweede generatie Mater‐Bi ontwikkeld. Deze generatie heeft nog meer kwaliteit en kan op allerlei manieren worden toegepast. Mater‐Bi spuitgieten Mater‐Bi kan alleen gegoten worden wanneer is spuitgietdruk is, of te wel alleen door middel van spuitgieten. De maximale injectietemperatuur ligt onder de 200 o C. Het hergebruiken van aanspuitingen kan op dezelfde manier worden gedaan als bij het spuitgieten van andere producten. Mater‐Bi kan worden gekleurd door biodegradeble Master Batches te gebruiken. Deze additieven zijn speciaal voor Mater‐Bi gemaakt en zijn onder andere verkrijgbaar bij CLARIANT. Daarnaast is het belangrijk dat er van Mater‐Bi verschillende grades zijn, sommige oplosbaar in water en andere niet. Bij de verschillende toepassingen is dit dan ook een belangrijke voorwaarde. Voorbeelden van toepassingen van Mater‐Bi bij spuitgieten zijn puntenslijpers, bekertjes, speelgoed voor dieren en plattenbakken. De meeste van de producten zullen niet oplosbaar zijn geweest in water maar het kan zijn dat de bekertjes bijvoorbeeld zo zijn ontwikkeld dat ze eerst een korte periode tegen water kunnen en later toch daardoor worden afgebroken.
Een ander doeltreffend voorbeeld van Mater‐Bi is dat het wordt toegepast in de landbouw. Omdat het materiaal afbreekt onder de grond, is het in deze sector ideaal om te gebruiken. Wanneer het materiaal op of in de aarde is gebruikt is het niet nodig het hier weer te verwijderen en dus scheelt dus tijd en geld. Om nu daadwerkelijk ons product te kunnen vervaardigen in Mater‐Bi moeten we ook nog een blik werpen op de materiaalspecifieke eigenschappen. Deze zijn anders dan die van TPS omdat Mater‐Bi een variant daarvan is. Vandaar hieronder het tabelletje. Eigenschap Eenheid Mater‐Bi Melt flow index g/10 min 6‐30 Treksterkste MPa 15‐35 Breukrek % 20‐150 Young’s modulus MPa 600‐5000 Krimp % 0.08‐1
26
Afbreekbaarheid Dan rest ons nog de vraag hoe snel Mater‐Bi afbreekt. We dachten eerst dat dit gerelateerd was aan de dikte van het product. Dit blijkt echter niet zo te zijn omdat alle afbreeksnelheden in procenten worden gegeven. In de grafiek hieronder is de oranje stippellijn de Mater‐Bi grade die wordt gebruikt voor spuitgieten. Hier wordt echter wel genoemd dat het onder gecontroleerde compost omstandigheden gebeurt. Helemaal te voorspellen is het nooit omdat ook de omstandigheden zeer variabel kunnen zijn. Maar wat gebeurt er nou precies tijdens het afbreken? Het materiaal wordt tijdens het afbreken omgezet in CO2, H2O en compost. Dit is voeding voor zowel de aarde en planten als voor micro‐organismen onder de grond. Onder invloed van water en aarde vinden er dus chemische reacties plaats met het Mater‐Bi waardoor het wordt omgezet in voeding. Milieu Naast het feit dat Mater‐Bi vrijwel geen afval achterlaat is het ook nog eens goed voor het milieu op een andere manier. Het draagt niet bij aan het vergroten van het broeikaseffect en de productie is zeer energiezuinig. Daarnaast wordt het materiaal gemaakt uit natuurlijk materiaal, vaak uit de agrarische sector. Omdat het na productie en gebruik weer terug gaat in de grond wordt er dus eigenlijk een cirkel gemaakt. Het product geeft het materiaal weer terug aan de aarde, zonder dat het waardeloos is geworden. Mater‐Bi kan dus echt een ‘groen’ materiaal worden genoemd.
27
Dimensies De maten van ons ontwerp worden bepaald door de gestelde eisen en mogelijkheden binnen het bedrijf Gebrema. In het PvE staat dat de maximale lengte voor het te spuitgieten product niet meer dan 250 mm mag zijn. Verder heeft Gebrema een voorkeur om met een dikte van 3mm te spuitgieten. Bovenop de technische eisen is het voor de verkoopcijfers natuurlijk ook van belang dat de maten dusdanig gevoerd worden dat het totaalplaatje in verhouding is; ‘Het product moet kloppen en er esthetisch aantrekkelijk uitzien’. De pijl heeft een lengte van 80 mm, zodat de zaadjes voldoende onder de grond geplant worden. De pijl geeft aan hoe en hoe diep de gebruiker het product in de grond plaatst. Het deel dat onder de grond staat komt meer in aanraking met bacteriën en vochtigheid, waardoor deze eerder afgebroken zal worden. Het is dus van belang dat de onderkant dikker is dan de rest van het product, zodat dit niet te snel afbreekt. Er is te zien dat er gekozen is voor een 5mm dikke onderkant, desondanks Gebrema de 3mm prefereert. De steel is echter wel van 3mm Mater-Bi. Aan de bovenkant is een 2mm dikke gespuitgiette 2D-tomaat te vinden, die nog eens visueel aangeeft welke vrucht er zal gaan groeien. Deze heeft een breedte van 48mm, deze maat is gekozen voor het oog.
Met het SolidWorks‐model is een dikte‐analyse gedaan. De conclusie die we hier uit trekken is dat je ziet waar het product het dikste is, en dus het traagste volledig afgebroken zal worden. (rood = 5mm, geel = 4mm, donker groen = 3mm, licht groen = 2mm.)
28
Matrijs Er zijn een aantal punten specifiek nodig voor de matrijs voor ons ontwerp. Hieronder valt het feit dat een deel van onze matrijs ook gebruikt kan worden voor andere producten, dit is een zogeheten moedermatrijs. Hieronder valt het deel wat niet productspecifiek is. In dit geval is dit het deel wat niet met tomaat te maken heeft, dus waarin het onderste deel van het product gespoten wordt. Qua matrijs zijn er een aantal dingen waarop gelet moet worden. De maximale dikte van het product wordt bepaald door het onderste gedeelte en de lengte en de breedte zijn natuurlijk ook van toepassing. De maximale breedte wordt bepaald door de breedte bovenaan de pijl, aangezien dit het functionele deel is van het product. Het is niet erg handig als de tomaat (de versiering bovenaan het product) breder is dan het functionele deel, omdat je dan puur voor de versiering een grotere mal/groter product moet maken. Het dikste deel wordt ook bepaald door de pijl onderaan. Dit stuk van het product breekt het snelst af, maar moet even lang blijven staan als de rest, dus dit is dikker. Doordat Gebrema maar machines met een maximale capaciteit tot 600 ton heeft, kunnen we maar twee producten tegelijk spuitgieten.
De matrijs gaat er dan zo uit zien:
Waarin het rode aangegeven deel de aanspuitkanalen zijn, die in een hoek van 45 graden op het product komen te staan. We hadden er ook voor kunnen kiezen om de vormen van de producten nog iets meer in elkaar te passen, maar dit zou tot een ingewikkeldere matrijs leiden, en het zou niet zoveel schelen qua druk. Doordat we bovenaan en onderaan een aanspuitpunt hebben, en doordat het onderste deel van het product dikker is, ontstaat er
29
ergens onder het midden een naad in het product. Dit zou voorkomen kunnen worden door een derde aanspuitpunt te plaatsen per product, maar dat leidt weer tot een complexere matrijs, terwijl het niet nodig is. Het groene deel is de moedermatrijs. Deze kan voor alle modellen van het product hetzelfde blijven, terwijl het bovenste deel aangepast kan worden aan het type zaadjes die er later in geplaatst worden. De zaadjes van alle planten die wij geselecteerd hebben zijn ongeveer van dezelfde grootte, dus dit zal geen probleem vormen. Na het spuiten moeten de producten uitgestoten worden, dit gebeurt met behulp van stootpennen. Aangezien het product een hoop verschillende vormen heeft, met name de letters, zijn er een hoop stootpennen nodig om het product er in zijn geheel uit te krijgen Hierna worden de aanspuitpunten verwijderd, en is het product klaar.
Een visualisatie van de hoeveelheid en plaatsing van uitstootpennen op het product.
Druk De minimale sluitkracht van de matrijzen wordt bepaald door het product van de maximale druk en de effectieve oppervlakte. ( ) Eerst moet de druk bepaald worden, hierbij nemen we aan dat een Newtonse stroming plaatsvindt (de viscositeit is hier een constante): Hierbij is de μ de viscositeit van het materiaal, deze was voor het materiaal niet te vinden, aangezien het normaliter afhankelijk is van de temperatuur en de afschuifsnelheid. Als constante hebben we, aangezien de viscositeit van gesmolten kunststof tussen de 10^3 en 10^13 ligt, een viscositeit van 1,6*10^3 gekozen, omdat wij aannemen dat de viscositeit van een biologische kunststof niet bijster groot is. Φ = de volumestroom (kan bepaald worden door middel van de formules ) ; Aanvankelijk wilden we 4 producten per afdruk plaatsen, maar hierbij kwamen we op een druk die voor Gebrema aanzienlijk te groot was (aangezien hun machines maximaal 600 ton kunnen hanteren). Daarom hebben we na enkele malen experimenteren met andere afmetingen 2 producten plaatsen. Hierbij liggen de EasyGreens naast elkaar, waardoor b = 2* 48 wordt, de oppervlakte zal ook ongeveer 2* zo groot zijn. b= de breedte van het product (48 mm* 2 = 0.096 m); d= de maximale wanddikte van het product (0.005 m);
30
l = de lengte van het product (0,25m); V gem = gemiddelde snelheid (1m/s) De volumestroom is dus 1* 0.096 * 0.005 = 0.00048 m^3/s. De druk is nu (12*1,6*10^3*0.25*(0,096*0,005))/(0.096*(0.005^3))= 1,92 *10^8 N/m^2 De effectieve oppervlakte van een enkel product waar druk op staat is: 0.01282655 m^2 De sluitkracht zal dus (1,92 *10^8) * (2*0.1282655)= 4,93*10^6 N Dit kan omgerekend worden in kilogram machines: 4,93*10^6 / 9,81 = 5,0 * 10^5 KG = 500 Ton.
31
Cyclustijd De cyclustijd van het produceren van het product wordt bepaald aan de hand van twee aspecten: de koeltijd (70%) en het geheel van afknippen van aanspuitstukken, matrijzen van elkaar af halen (30%). Koeltijd: De koeltijd wordt gegeven door de volgende formule: Met: a = warmtevereffeningscoefficient /*c; d = wanddikte van het product (5mm); Tp = De aanvankelijke temperatuur van de smelt (190 C); Tm = De temperatuur van de matrijswanden (30 C); Tu = De maximale uitstootstemperatuur (80 C); λ = Warmtegeleiding (0,18 W/mK); ρ = Dichtheid (1,27 E 3 kg/m^3); c = Soortelijke warmte ( 1,6 E 3 J/kgK). Dit is aan de hand van het dikste gedeelte van het product opgesteld, dit deel heeft namelijk de grootste koeltijd, de rest van het product zal hier dus op moeten ‘wachten’. Al deze waarden ingevuld komt er een koeltijd van 27,3 seconden uit. (d=5mm) Cyclustijd: De totale cyclustijd is de koeltijd /0,7= 27,3/0,7 = 39 seconden.
32
Kostenplaatje Om de kosten voor ons product te kunnen berekenen kijken we terug op de kostenanalyse die we eerder maakten. De verschillende aspecten hierbij belichten we eerst stuk voor stuk. We gaan uit van serie van in eerste instantie 200.000 producten. Materiaal De kosten van het kunststof materiaal zijn 3.88 tot 4.62 euro/kg. Een stuk heeft het volume van 14156,6 mm³. Dit is gelijk aan 1,4*10^‐4 m³. De dichtheid van het materiaal is 1270 kg/m³. Het gewicht van 1 product is dus 0,018 kg of te wel 18 gram. Per product is er dus ook 0,018 kg materiaal nodig, er zijn geen verliezen omdat afval bij Gebrema gerecycled wordt. Vermenigvuldigd met de maximale prijs levert dit € 0,083 aan materiaalkosten op. De kosten van de zaadjes zijn zeer laag. Voor ongeveer € 2,‐ heb je 200 zaden. Per product willen we ongeveer 5 zaden berekenen omdat we er meer per product willen doen omdat ze misschien niet allemaal uitkomen. 1 zaadje kost dan dus € 0,01 en per product zijn de zaadkosten dus € 0,05.
De kosten van het touw waarmee de producten bij elkaar worden gebonden vergelijken we met een bol touw uit de winkel. Touw kost in grote hoeveelheden ongeveer € 0,10 per meter. Per product zullen we ongeveer 10 cm touw nodig hebben. Dit betekent dat de kosten van het touw per product € 0,01. Al het materiaal samen is dus € 0,143. Matrijzen Een matrijs kan zeer variëren in prijs. Als we een beetje redelijke matrijs willen hebben, kost dit natuurlijk wel wat meer. Het is voor ons lastig om precies de kosten voor de matrijs te bepalen omdat we hiermee niet veel ervaring hebben. Omdat we meer producten in 1 matrijs tegelijk willen kunnen maken wordt de matrijs meervoudig. Wel gaan we 1K spuitgieten wat weer goedkoper is dan meer materialen tegelijk. Aan de hand van voorbeelden en een beetje schatten zijn we gekomen tot een matrijs van € 20.000. Gedeeld door de 200.000 producten die we in eerste instantie met deze matrijs willen vervaardigen is dit € 0,10 per product aan matrijskosten. Door de onbeperkte shotgarantie van Gebrema zijn na deze 200.000 de matrijskosten per product € 0,‐ omdat dan de complete matrijs al is terugverdiend. Nabewerkingen – verpakking In principe zou je verwachten dat een product ook nog verpakt moet worden. W ij hebben eerst een beetje gekeken naar de mogelijkheden hiervoor en de kosten die daaraan zijn verbonden. We zijn tot de conclusie gekomen dat de kosten hiervoor veel te hoog zouden zijn, hoger dan alle andere kostenposten samen. Daarnaast is verpakken bij een dergelijk milieuvriendelijk product natuurlijk totaal niet efficiënt. Vooral niet wanneer de verpakking ook niet van
33
biokunststof is gemaakt. We hebben daarom besloten om te kijken of het product misschien verkocht kan worden zonder verpakking. Hiervoor is het belangrijk te weten hoe lang de kunststof ‘goed’ blijft totdat het gaat afbreken. Nu hebben we eerder al de grafiek laten zien met de afbraak snelheid van dit product. Hierin was te zien dat het product bijna meteen begint met afbreken. Dit gaat alleen wel over de situatie waarin het materiaal zich onder de grond bevindt. Boven de grond gaat dit veel minder snel en zal het product gemakkelijk 10 dagen houdbaar zijn. Aan de hand hiervan hebben we besloten dat het product geen verpakking krijgt maar wordt behandeld als een soort versproduct. Een beetje vergelijkbaar met een bosje bloemen. Het product kan niet worden ingevroren of extreem worden gekoeld omdat tomatenzaadjes hier niet tegen kunnen. Op deze manier zullen er dus geen verpakkingskosten zijn en zal het product direct na de assemblage verkoopbaar zijn. Nabewerkingen – assemblage (personeel) Als nabewerking is het belangrijkste de assemblage. Een persoon moet constant de zaadjes in het product doen en het touwtje vastmaken. Dit kost voornamelijk personeelskosten. We hebben berekend dat per product er 7 sec nodig is om het zaadje erin te schuiven en het touwtje erom te draaien. De assemblage vindt gewoon bij het productiebedrijf plaats dus gebruiken we de Nederlandse personeelskosten. Uitgaande van een 2‐ploegendienst zijn de personeelskosten € 29,10 per uur. Aangezien het 7 sec. kost per product kan 1 persoon 514 producten per uur assembleren. De personeelskosten van de assemblage per product zijn dan: € 0,06.
Energie Als we het product bij Gebrema laten produceren zullen we het grootste bedrag kwijt zijn aan de matrijskosten. Verder gebruikt Gebrema vervolgens natuurlijk zijn machines en energie om het product te kunnen produceren. Door de cyclustijd van 39 seconden weten we hoeveel stuks er per uur geproduceert kunnen worden. In combinatie met het vermogen van de gebruikte machine weten we hoeveel energie dit per stuk gaat kosten. Om een realistische blik te krijgen in deze prijs hebben we ons bedrijf opnieuw gecontacteert. Wanneer we onze materiaalprijs aftrekken van deze aangevraagde productprijs komen we op de overige kosten, waarvan voornamelijk energie, uit op € 0,014 per product. Teruggerekend; Aantal stuks per uur Aantal stuks per jaar
(3600/39)*2) = 184 (3600/39)*2)*24*365 =403.000 € 0,014 € 0,014*403.000 = € 5660 € 0,07/kWh € 5660 / € 0.07 = 396MWh
Energieprijs per stuk Energieprijs per jaar Grootverbruikers energieprijs kWh verbruik per jaar Maximaal energieverbruik 900kWh/ton spuitgietmachine in kWh/ton. Aantal tons spuitgietmachine voor 500 ons product; kWh per jaar theoretisch 450MWh Conclusie; De schatting in het kostenplaatje komt dus erg goed overeen met de richtlijn.
34
Huur Het spuitgieten wordt op eigen grond met eigen machines gedaan, de huur van een plek en apparaten is dus niet van toepassing. Transportkosten Omdat we het product in Nederland produceren en willen verkopen zijn de transportkosten laag. Omdat het ook nog eens een klein product is en er dus veel tegelijk kunnen worden vervoerd zijn de transportkosten waarschijnlijk zo klein dat ze verwaarloosbaar zijn per product. Soort kosten
Kosten per product
Materiaal (kunststof, zaad en touw) Matrijzen Nabewerking‐verpakking Nabewerking‐personeel (assemblage) Energie Huur Transportkosten
€ 0,143
Totale stukprijs
€ 0,317
€ 0,10 € 0,00 € 0,06 € 0,014 € 0,00 € 0,00 +
35
Ontwerpregels Samengevat is er met spuitgieten een heleboel mogelijk. Er zijn echter wel een aantal beperkingen. De belangrijkste tips en tricks waarmee de ontwerper rekening moet houden zijn hieronder uiteengezet. - Pas op met grote variaties in wanddikte. Als een product een variabele wanddikte heeft ontstaat er een verschil in afkoeltijd tussen de verschillende delen. Er is dus ook een verschil in uitzetting, wat thermische spanning oplevert. Asymmetrische producten kunnen hierdoor kromtrekken. - De wanddikte mag niet te klein zijn. Hoe kleiner de wanddikte, hoe smaller de ruimte in de matrijs waar de gesmolten kunststof doorheen gespoten moet worden. Hiervoor is een zeer hoge druk nodig. Daarnaast kan het materiaal zo snel afkoelen dat het stolt voordat de matrijs helemaal gevuld is. Wanddiktes niet kleiner dan 0.4mm zijn over het algemeen goed te realiseren. - De wanddikte mag ook niet te groot zijn. Kunststoffen geleiden warmte slecht en bij grote wanddiktes neemt de afkoeltijd explosief toe. De wanddikte moet niet hoger zijn dan ongeveer 6 à 7 millimeter. - Het product moet lossend zijn. Sommige producten die op het eerste gezicht niet lossend zijn, kunnen nog worden geproduceerd met speciale matrijzen met kernen of uitschuifbare “bakken”. Het product moet echter altijd uit de matrijs gehaald kunnen worden. - Als het product een gat of uitholling bevat, zal de gesmolten kunststof eerst om het gat heen stromen, om vervolgens weer samen te komen. Dit levert een zogenaamde vloeinaad op.
-
-
-
-
Vloeinaden zien er niet mooi uit en hebben slechte mechanische eigenschappen. Vaak zijn er voor een product meerdere aanspuitingen nodig. Ook hier ontstaat bij het samenkomen van het materiaal vloeinaden. Deze dienen gekozen te worden op plaatsen waar geen grote belastingen verwacht worden. Het product moet uitgestoten worden, wat gebeurd met uitstootpennen. Deze laten een afdruk achter op het product. Door de uitstootpunten slim te kiezen kunnen ze uit het zicht geplaatst worden. Meervoudige matrijzen kunnen meerdere producten tegelijk spuitgieten. Vooral bij langwerpige producten is dit de moeite waard. Deze kunnen naast elkaar spuitgegoten worden in één matrijs. Hierdoor zijn de investeringskosten sneller terugverdiend en zijn er minder matrijzen nodig. Spuitgieten is niet erg geschikt voor kleine series. Matrijzen zijn grote investeringen, evenals de bijbehorende machines. Om deze terug te kunnen verdienen zijn grote productieaantallen gewenst. Matrijzen hebben een lange levensduur; kwalitatief goede matrijzen gaan miljoenen shots mee. Vanaf 5000 producten is spuitgieten ongeveer rendabel.
36
Nawoord Het doel van dit project was om ons te verdiepen in een productieproces en hiervoor een product te ontwerpen. Belangrijk onderdeel hiervan was dat dit in combinatie ging met een bedrijfsbezoek en het product ook bij dit bedrijf vervaardigd zou moeten kunnen worden. Het proces van ons project is lang niet altijd vlekkeloos verlopen. We hadden eerst al contact gelegd met een ander bedrijf nadat Gebrema een veel betere optie leek omdat hier het ontwerpproces van begin tot eind wordt doorlopen. We hebben het als zeer interessant ervaren om bij Gebrema op bezoek te gaan, mede dankzij onze contactpersoon Eric van Vught, hij was zeer enthousiast om ons over zijn werk en bedrijf te vertellen. We hebben hierdoor veel meer geleerd over hoe het spuitgieten nu precies in elkaar zit, maar ook over industrieel produceren op zichzelf. Een machinehal in het echt zien en de producten voelen die net zijn geproduceerd is toch iets heel anders dan het product ontwerpen en een model ervan bouwen. Na het bedrijfsbezoek, waren we geacht een product te ontwerpen dat voor dat bedrijf eventueel aantrekkelijk zou zijn. Aangezien wij tijdens het bezoek gemerkt hadden dat Eric van een uitdaging houdt, hebben wij voor de EasyGreen gekozen. Dit omdat het toch een uitdagend materiaal is en omdat het een leuk product is dat je best wel aan consumenten kan slijten.
We zijn heel blij met ons eindresultaat en het doel van de opdracht heeft haar vruchten afgeworpen, we hebben veel geleerd over het specifieke spuitgieten.
37
Gebruikte bronnen Belangrijkste bron: Gebrema BV Nuenen. Hier hebben we veel gehoord, geleerd en gevraagd over het spuitgietproces en het bedrijf. Het is dan ook voor dit project onze belangrijkste bron. Databank CES Edupack, Databank voor materialen en productietechnieken Boeken - Put van de, J, Moderne Industriële Productie. - Callister, W.D., Materials, Science and Engineering. - Scott, G 2002, Degradable Polymers Principles and Applications, 2 nd edn, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht/Boston/London. - Stevens, E.S. 2002, Green Plastics, 1 st edn, Princeton University Press, Princeton/Oxford - Chiellini, E & Solaro, R 2003, Biodegradable Polymers and Plastics, 1 st edn, Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York/Boston/Dordrecht/London/Moscow. Blackboard Collegesheets IO 2040 Industriele Productie Werkdocumenten IP
Internet De internetsites hebben we slechts voor nog meer informatie gebruikt, het zijn nooit de hoofdbronnen van de tekst. http://www.beroepsziekten.nl/content/machinesteller‐spuitgieten http://www.kunststofonline.nl/document_download.php?module=ts &database=archief&table=articles&field=pdf&id=391 http://www.nvpt.nl/files/94‐5‐149.pdf (artikel uit ‘Materialen’) http://www.nvpt.nl/files/89‐3‐064.pdf (artikel) www.materbi.com (bedrijf NOVAMONT) www.infomil.nl/publish/pages/68292/e05.pdf (kosten, De richtlijn voor het gebruik van spuitgietmachines) http://www.rendo.nl/foto/Nettarieven_elektriciteit_1_januari_2009_ GV_versie_1.0.pdf (Nettarieven elektriciteit voor grootverbruikers per 1 januari 2009)
38
Bijlage A – Probleemstelling Wij (groep 5) gaan uitzoeken hoe wij gebruik makend van het spuitgietproces dat Gebrema(Nuenen) doorloopt biologische plantenhouders kunnen maken. In ons product zullen functie, kwaliteit, duurzaamheid en kosten een goede samenhang moeten hebben. Hierbij zullen we bijvoorbeeld rekening moeten houden met de kosten, materialen, matrijzen, cyclustijd, het gebruik van het product, de mogelijkheden van het bedrijf en de vormgeving. Van te voren zullen we goed moeten kijken waaraan het product tijdens het gebruik allemaal blootgesteld en waartegen het moet zijn opgewassen. Deze punten zullen allemaal moeten worden meegenomen in het ontwerp en dus ook het productieplan. Voordeel is dat Gebrema open staat voor nieuwe producten en productrichtingen in de spuitgietwereld. Daarnaast is het ook een groot voordeel dat het complete proces bij Gebrema kan worden doorlopen, hierdoor kunnen indien nodig aanpassingen aan matrijzen of enkele instellingen gelijk worden doorgevoerd. Sterke kanten van het bedrijf Gebrema: Geleverde producten: kunststofspuitgietproducten en matrijzen. Het bedrijf doorloopt het hele proces zelf, van matrijsmakerij tot eindproduct. Dit heeft als voordeel dat wijzigingen en onderhoud snel kunnen worden uitgevoerd. Focus ligt op het bieden van een totaaloplossing. Hierin wil het bedrijf deskundig partner en adviseur zijn voor de klanten. Continu blijven verbeteren van machinepark, producten en diensten. Het bedrijf heeft zeker de capaciteit om massaproducten te vervaardigen, en het is erg handig dat de matrijzen ook daar worden gemaakt. Produceren van zowel kleine als grotere kunststofproducten Spuitgietmachines met een sluitkracht tot 600 ton.
Daarnaast is Gebrema Iso‐9002 gecertificeerd, dit betekent dat de kwaliteit gewaarborgd is in de manier van werken. Sterke kanten van spuitgieten: Grote vormvrijheid van het product. Hoge productiesnelheden zijn mogelijk. Kleine toleranties, er kan zeer nauwkeurig gewerkt worden. Uitgebreid aanbod aan kuststoffen kan worden gebruikt. Door de hoge mate van automatisering zijn de arbeidskosten relatief laag. Proces kan worden gebruikt voor zowel kleinere als hele grote series maar voor kleine series zijn de matrijskosten dan wel heel hoog per product. Product heeft over het algemeen weinig nabewerkingen nodig.
39
Bijlage B – Vragenlijst voor het bezoek aan Gebrema Hierbij moet worden aangetekend dat tijdens de rondleiding veel vragen al waren beantwoord en we dus nog maar weinig vragen naderhand hoefden te stellen. Het bedrijf - Hoe oud is het bedrijf? - Hoe groot is de capaciteit van het bedrijf? (seriegroottes, personeel, machines) - Welke stappen worden doorlopen in een compleet proces? - Hoe is het contact met de klanten gedurende het proces? - In hoeverre is een product echt af als het Gebrema verlaat? - Voorbeelden van klanten? - Voorbeelden van producten? - Waarom is het bedrijf in Nederland gevestigd? (kosten) - Welke voordelen heeft Gebrema ten opzichte van andere bedrijven? - Levert Gebrema alleen eindproducten of ook onderdelen aan andere bedrijven? Het proces - Welk type spuitgietproces(sen) past het bedrijf toe? - In hoeverre is het proces geautomatiseerd? - Wat zijn de maximale en minimale maten van de producten die Gebrema kan produceren? (ook diktes) - Hoe worden de cilinder verwarmd? (elektrisch, hete lucht, ..?) - Hoe wordt de schroef aangedreven? - Hoe werkt de plunger precies? (zuignap, ontstopper, domper) - Wat voor plunger wordt er gebruikt? (automatisch, hydraulisch, handmatig)
-
Hoe werkt de plunger in samenwerking met de schroef? In hoeverre krimpen de producten en hoe wordt hiermee rekening gehouden? Hoe probeert Gebrema om de cyclustijden minimaal te houden? Wat heeft hierop de grootste invloed?
Materiaal - Welke type kunststoffen gebruikt het bedrijf? - Waar komen deze kunststoffen vandaan? - Wordt overbodig materiaal allemaal weer teruggewonnen? - Voegt Gebrema zelf additieven toe of wordt dit door het materiaalbedrijf gedaan? Matrijzen - Met welke methoden worden jullie matrijzen vervaardigd? - Welke materialen gebruiken jullie hiervoor? - Hoe gebruiken jullie hierbij de koelelementen? (zelf toevoegen?) - Waarom maakt Gebrema zelf de matrijzen en besteedt het dit niet uit? - Welke druk komt er op de matrijs te staan tijdens het proces en het koelen? - Hoeveel krimpt de matrijs zelf tijdens het proces en in hoeverre kun je hiermee rekening houden van de te voren? - Welke maattoleranties wil Gebrema bereiken met zijn matrijzen en in hoeverre worden de matrijzen dan ook precies afgewerkt? Veiligheid - Wat maatregelen treft Gebrema op veiligheidsgebied?
40
Kwaliteit - Hoe waarborgen jullie je kwaliteit? - Hoe werkt Gebrema de producten af? (vaste nabewerkingen?) (aanspuitingen verwijderen?) - Worden alle producten eerst voorberekend en het gieten gesimuleerd om rekening te kunnen houden met zaken als krimp? - Hoe wordt bij Gebrema de gewenste textuur bereikt? - Hoe is de warmteverdeling in producten en in hoeverre kunnen deze interne spanningen de kwaliteit van het product beïnvloeden? - Hoe bepalend is de cyclustijd voor de kwaliteit van het product? Milieu - Komen er schadelijke stoffen vrij bij dit proces? - Wat is er aan afval van dit proces? - Welke maatregelen treft Gebrema hierin, om de milieubelasting zo laag mogelijk te houden? Ondersteunende processen - Wat doen jullie aan voor en na bewerkingen? - Kunnen jullie ook assembleren, automatisch?
41
