Spuitgietproduct circulair ontwerpen? Deze uitdagingen en oplossingen kwamen wij tegen
Een circulair spuitgietproduct ontwerpen brengt nieuwe uitdagingen met zich mee. Een puzzel waar ons team graag mee aan de slag gaat! In dit artikel duiken we in de CoolCover, een gezamenlijk project met Renewi, Coolrec en Fairphone. De CoolCover is een uniek circulair product, geproduceerd voor Renewi chauffeurs met circulaire kunststof van Coolrec. Directrice Cristel Rijnen deelt in dit artikel haar inzichten over het proces en de drie belangrijkste uitdagingen van dit spuitgietproduct: aanspuitpositie, lossen van de matrijs en functionaliteit vs. uitstraling.
Renewi chauffeurs aan de slag met Fairphone 4
Belgische chauffeurs van Renewi werken sinds begin 2023 met de Fairphone 4, een nieuwe duurzame stap voor Renewi die goed past bij haar duurzaamheidsvisie. Met de speciaal ontwikkelde CoolCover wil Renewi extra aandacht en bewustzijn creëren rond het gebruik van gerecyclede grondstoffen, zoals die van dochteronderneming Coolrec.
Spuitgietproduct ontwerpen: producttekening
Het startpunt van elk spuitgietproduct is een idee, vaak in combinatie met een 2D of 3D tekening, maar af en toe is er al een prototype. Voor de CoolCover was het startpunt het ontwerp van het bestaande hoesje voor de Fairphone 4. Er is echter een belangrijk verschil: het Fairphone hoesje wordt gemaakt van TPU, een zacht en flexibel materiaal. De grondstof van Coolrec is Polystyreen, een harder type kunststof.
“Dunwandige producten van Polystyreen zijn heel flexibel, maar een telefoonhoesje is relatief dikwandig en dan wordt Polystyreen een heel star materiaal. De eerste vraag was dus eigenlijk, hoe kunnen we met Polystyreen een telefoonhoesje spuitgieten dat voldoet aan de functionaliteit?” Vertelt Cristel Rijnen, Directrice van Injection Point.
Moldflow simulatie voor spuitgietproduct
We zijn aan de slag gegaan met de product tekening van Fairphone en hebben met moldflow simulatie beoordeeld of het mogelijk is om met dit materiaal dit product te spuitgieten. “Gelukkig bleek al snel dat we het Polystyreen konden gebruiken, maar er werd ook direct duidelijk dat we nog wel een aantal aanpassingen moesten maken in het productieproces om zowel het spuitgietproces te borgen als de functionaliteitseisen.” Cristel benoemt hierbij specifiek het aanspuitpunt, het lossen van de matrijs en het gebruik van de CoolCover in combinatie met designwensen van Renewi.
Aanspuitpunt van spuitgietproduct bepalen
In vrijwel elk spuitgietproduct ontstaat een samenvloeilijn. Dit is de plek waar twee stromen kunststof samenkomen. De samenvloeilijn brengt twee nadelen met zich mee: het is de zwakste plek van het product en het is esthetisch minder mooi. De plaats van de samenvloeilijn wordt bepaald door het aanspuitpunt en het productontwerp, daarom zoeken we voor elk spuitgiet product naar het beste aanspuitpunt.
“Puur technisch bekeken is midden achter het beste aanspuitpunt voor de CoolCover, maar dit geeft een aftekening op de zichtzijde van het product en dat is niet mooi. De moldflow simulatie liet tegelijkertijd zien dat van bovenaf aanspuiten over de lange zijde teveel zwakte aan de onderkant van het product creëert.” Dit zou resulteren in een minder kwalitatief product, met de zwakste plek in het hoesje rond de opening voor de laadkabel. We hebben daarom gekozen voor een filmaanspuiting in het cameragat. De simulatie gaf aan dat de vloeilijn vanuit deze positie minder snel afvriest dan van bovenaf, waardoor dit de sterkste optie gaf van de twee.
Tussentijdse moldflow analyse voor CoolCover
Spuitgietproduct lossen van de matrijs
De volgende vraag in het productieproces diende zich al snel aan: hoe lossen we het product van de matrijs zonder scheuren? Normaal gesproken werkt een matrijs als volgt: verwarmde kunststof wordt vanuit de machine via de voormatrijs naar de productholte gebracht. Na stolling van het product stoot de achtermatrijs het product van de matrijskern. Maar, een telefoonhoesje heeft rondom gebogen randen die om de telefoon klemmen. Hiermee wordt een tegenlossing gecreëerd in de matrijs. Bij een flexibel materiaal als TPU is dit niet erg, omdat dit materiaal kan meebewegen. “We vroegen ons af of dit bij het starre Polystyreen niet tot problemen in het productieproces zou leiden. Dus we zijn gaan testen.”
Uit de eerste proefspuiting bleek dat het lossen van de matrijs geen probleem was, maar het stugge telefoonhoesje was niet eenvoudig in gebruik. “We moesten echt veel kracht zetten om de telefoon uit het hoesje te krijgen en de knoppen aan de zijkant waren slecht te bedienen, dat is natuurlijk niet prettig in het gebruik dus daar moesten we een oplossing voor vinden.”
Samenstelling kunststof
Het streven van Renewi en Coolrec is een product dat zoveel mogelijk uit recyclaat bestaat, iets waar wij als Injection Point ook naar streven. Maar, soms is dat niet mogelijk omdat het product dan niet voldoet aan de eisen vanuit het productieproces of de functionaliteit. Bij Injection Point streven we zo duurzaam mogelijk spuitgieten na. Dat betekent soms juist een virgin additief gebruiken, om de inzetbaarheid van recyclaat te vergroten.
“100 procent polystyreen was voor de CoolCover te hard. We moesten op zoek naar additieven om het materiaal flexibeler te maken en zijn begonnen met een mix van 95 procent recyclaat Polystyreen en 5 procent high impact modifier.” Het effect van een modifier is tweeledig: meer flexibliteit, maar het betekende ook meer krimp. In deze testronde hebben we naast de modifier ook de temperatuur en de snelheid van het injecteren aangepast omdat we in een eerdere test vlekken kregen rondom de aanspuitpositie. “Deze testronde leverde nog niet het gewenste product. Het product was flexibeler, maar ook teveel gekrompen. Hierdoor werden de knoppen aan de zijkant continue bediend en is het hoesje gescheurd bij de kabelaansluiting.”
In de volgende testronde is 8 procent modifier gebruikt. “Hoewel dit in principe tot nog meer krimp leidt, hebben we dit met aanpassingen in temperatuur en snelheid kunnen beperken. Dit was een belangrijke stap in de goede richting.”
Kleurstelling kunststof
Er bleef nog één wens van Renewi op de lijst van esthetische en functionele eisen over waarvoor we opnieuw moesten testen met het materiaal, namelijk de kleur. De kleur van het recyclaat Polystyreen is wit met een grijze gloed. Renewi wil graag een (donker)blauwe CoolCover, omdat de chauffeurs veel onderweg zijn en een lichtgekleurd hoesje er sneller vies uitziet. “We hadden al getest met verschillende kleuren, maar een recept voor de donkerblauwe kleur was nog niet gelukt. Wit is een lastige kleur om heel donker te krijgen.”
Ook het toevoegen van pigment veroorzaakt krimp. Om de witte kleur donkerblauw te krijgen moet 4 procent pigment toegevoegd worden.
De Pilot
Ondanks het enthousiasme over het product vanuit de organisatie kwam er vanuit de pilot toch nog gebruikersfeedback. Het bedienen van de knoppen behoefde een gebruiksaanwijzing en dat bleek in de praktijk niet te werken. Ook het uitnemen uit het hoesje verliep te stroef, door de strakkere passing. Hiertoe hebben we besloten om de kunststof bedienknoppen te veranderen in een uitsparing, waardoor de knoppen altijd te bedienen zijn. Met deze matrijswijziging hoefde we geen rekening meer te houden met de flexibiliteit rondom de knoppen.
Productie van de CoolCover
Het eindresultaat
Uiteindelijk zijn we met de impact modifier terug gegaan naar de basis en hebben we een ander flexibel materiaal toegevoegd wat minder krimp realiseert. Hierdoor is de passing groter. Het kost nog steeds meer kracht om de telefoon uit het hoesje te verwijderen dan bij een flexibel TPU materiaal. Daarentegen kun je je telefoon gerust laten vallen, want het starre Polystyreen vangt de klap op, waardoor de telefoon heel blijft en dat is de duurzaamheid waar we naar op zoek zijn.
“Het productieproces van de CoolCover was uitdagend, maar uiteindelijk hebben we in slechts een half jaar tijd toch een mooi resultaat neergezet. We hebben echt elke factor in het proces moeten testen en aanpassen. Van het materiaal en de aanspuitpunten tot de temperatuur, snelheid, afkoeltijd en het pigment. Uiteindelijk is de lijn tussen een goed en foutief product heel dun. De oplossing van één probleem, is vaak de oorzaak van een volgend knelpunt. Maar dat is een uitdaging die we bij Injection Point graag aangaan, zeker wanneer we daarmee een mooi spuitgietproduct kunnen maken uit gerecyclede of circulaire grondstoffen.”
Wil je meer weten over duurzaam kunststof spuitgieten bij Injection Point? We gaan graag met je in gesprek over de mogelijkheden en kansen. Onze ervaring met talloze (circulaire) producten en componenten maakt dat we snel tot de kern komen en waarde leveren. Neem contact op via 013-5134593 of mailto:[email protected] voor een (online) kennismaking!
