”Hyvä Tietää Muovista” on MuoviPlast-lehdessä jo vuodesta 2012 lähtien ilmestynyt artikkeleiden sarja, joissa esitellään perustietoa tavallisimmista muoveista.
Teksti Ulf Bruder / Brucon Ab, käännös Erik Lähteenmäki / Polymerik Oy.
Yksi tärkeimmistä suunnittelijoiden ja projekti-insinöörien vastuualueista on oikean raaka-aineen valinta tuotteisiinsa. Kun kysymykseen tulee muoviraaka-aine, on tämä tehtävä erityisen vaikea. Valittavissa on sadoittain eri polymeerejä ja satojatuhansia eri muovilajikkeita. Oikean raaka-aineen löytäminen vaatii, tietoa, kokemusta (omaa tai muiden) ja joskus jopa hieman onnea.
Mikäli valitaan raaka-aine joka on ”jonkin verran liian hyvä”, on säännöstään tuloksena ”jonkin verran liian kallis tuote” ja silloin tuotteen kilpailukyky kärsii. Toisaalta, mikäli valitaan raaka-aine joka on laatuominaisuuksiltaan rajatapaus, on riski että saadaan liikaa reklamaatioita ja huono maine markkinoilla, mikä myöskin heikentää tuotteen kilpailukykyä.
Kuinka valita oikea raaka-aine tuotekehitysprojektiin
Otetaan tähän osaan esimerkiksi uusi silitysrauta. Ennen kuin suunnittelija alkaa miettimään silitysrautaan sopivia raaka-aineita on seuraavat asiat oltava selvillä:
- Miltä uuden silitysraudan pitää näyttää
- Mitä toimintoja siinä on
- Mitä sen valmistaminen saa maksaa
Kun yllämainitut asiat ovat selvillä, tehdään mahdollisimman yksityiskohtainen erittely silitysraudalle asetuista vaatimuksista.
Kehitysyhteistyö
Hyvä tapa lyhentää tuotteen kehittämiseen käytettävää aikaa kun kyseessä on muovikappale, on käyttää yhdistetyn projektiryhmän tietoja ja kokemusta. Ryhmään kuuluu oma tuotekehitysosasto, mahdollinen raaka-aineen toimittaja, potentiaalinen tuotteen valmistaja (ruiskuvalaja) sekä mahdollinen muotin tekijä.
Tuotespesifikaation luominen
Täydellisen tuotespesifikaation luominen alusta asti on erittäin vaikeata. Usein tuotekehitysprosessin aikana törmätään uusiin vaatimuksiin. Tuotteelle asetettavat vaatimukset voidaan jakaa eri kategorioihin:
1. Markkinavaatimukset
- Uudet toiminnot
- Viranomaisvaatimukset
- Kilpailutilanne
- Kustannuistavoite
2. Toimintovaatimukset
- Usean toiminnon integrointi samaan kappaleeseen
- Eri liittämismenetelmien vaatimukset
- Pintakäsittelyvaatimukset
3. Ympäristövaatimukset
- Kemikaalirajoitukset
- Kierrätys (helppo purkaa ja lajitella)
4. Valmistusvaatimukset
- Tuotantomenetelmä (esim. ruiskuvalu)
- Muotti
Avainvaatimukset
Kun alustava luettelo tuotteelle asetettavista vaatimuksista on valmis, tulee vaatimukset jakaa ”avainvaatimuksiin” ja vähemmän tärkeisiin muihin vaatimuksiin. Avainvaatimuksia kutsutaan sellaisia vaatimuksia jotka tuotteen täytyy täyttää ja muut vaatimukset ovat enemmänkin toivomuksia. Avainvaatimuksia voivat olla
1. Viranomaisvaatimukset
- Sähköinen eristys
- Palosuojaus
- Elintarvikehyväksyntä
2. Teollisuusstandardit ja normit
Kun kyseessä on esimerkkinä oleva silitysrauta, ovat joitakin muoviraaka-aineelle asetettavia avainvaatimuksia sekä sähköinen että lämmön eristävyys. Raaka-aine ei saa sisältää myrkyllisiä pigmenttejä tai stabilisaattoreita. Monet avainvaatimuksista määräytyvät aikaisemmasta kokemuksesta vastaavien tuotteiden kehittämisessä. Mikäli on tehtävässään uusi ja kokematon, on tärkeää että pystyy nopeasti rakentamaan yhteysverkon sekä yrityksen sisällä että ulkopuolella. Silloin saa vastauksen tämän tyyppisiin kysymyksiin paljon helpommin.
Toivevaatimukset
Muita vaatimuksia, jotka eivät ole ehdottoman välttämättömiä tuotteen toimintoa ajatellen, kutsutaan yleensä ”toivevaatimuksiksi” tai ”hyvä olla vaatimuksiksi”. Silitysraudalle voidaan nimetä seuraavia toivevaatimuksia muoviraaka-aineisiin liittyen:
- Vaaleat värit jotka eivät kellastu korkeissa lämpötiloissa
- Läpinäkyvä vesisäiliö (jotta veden määrä näkyy)
- Naarmunkestävä
- Siedettävä tavallisimmat kodinpuhdistuskemikaalit
- Raaka-aineen hinta alle 4 euroa/kg
Monet toivevaatimuksista perustuvat myös aikaisempaan kokemukseen vastaavien tuotteiden tuotekehitysprojekteista. Tässä on kuitenkin paljon tilaa käyttää mielikuvitusta vapaasti. Tässä muutamia toivevaatimuksia joita teknisen yliopiston oppilaat ehdottivat kun heidän kanssa keskusteltiin silitysraudan kehittämisestä:
- Tunnistaa automaattisesti silitettävän kankaan ja säätää lämpötilan automaattisesti
- Vastaa tekstiviestillä onko silitysrauta sammutettu vai ei
- Johdoton malli polttokennolla tai ladataan telineessään
Erittele ja lajittele raaka-ainevaihtoehtoja
Ensisijaisen tärkeää on että vaatimuksia voidaan määrittää numeerisilla arvoilla, kun tehdään luetteloa avainvaatimuksista ja toivevaatimuksista. Kun haetaan raaka-ainetietoja joita tarvitaan eri raaka-aineiden vertailuun, voidaan käyttää raaka-ainetoimittajien tuotekirjallisuutta tai tietolehtiä. Nämä löytyvät useassa tapauksessa suoraan Internetistä tai raaka-ainetietokannoista kuten Campus, Material Data Center tai Prospector Plastics Database. (Katso osa 14)
Monet raaka-ainetoimittajat kertovat eri sovelluksista tai julkaisevat verkkosivuillaan uutiskirjeitä siitä, miten heidän raaka-aineensa soveltuvat eri käyttökohteisiin. Näistä voi saada arvokkaita ohjeita ja hyviä ideoita.
Toinen tapa löytää sopiva raaka-aine tuotteeseen on samanlaisella toiminnolla olevan kilpailevan tuotteen tutkiminen. Jotkut raaka-ainetoimittajat auttavat joskus tekemällä raaka-aineen analysointia, jotta voivat sitten ehdottaa vastaavaa raaka-ainetta omasta valikoimastaan.
Kun potentiaalisia raaka-aineita on löytynyt, on aika seuloa esiin pari kolme vaihtoehtoa joiden kanssa voidaan jatkaa kehitystyötä. Katso seuraava esimerkkitaulukko!
Tee tarkka kustannuslaskelma
Kun on löydetty muutama varteenotettava raaka-ainevaihtoehto, voidaan tehdä tarkka kustannuslaskelma.
Yllä kuvatussa vuokaaviossa on esitetty miten raaka-aineen valintaprosessi toimii yrityksissä. Periaatteessa saadaan ajaa muutama kierros, ennen kuin saadaan valmis tuote, joka on esiteltävissä markkinoille. Yksinkertaisilla tuotteilla ideasta tuotteeksi aikaa voi kulua muutama kuukausi, kun taas monimutkaisella tuotteella kuten uusi automalli voi kestää monta vuotta.
Jotta päästään mahdollisimman alhaiseen valmistuskustannukseen on:
- Muovituotteen rakenne optimoitava
- Integroitava komponentteja ja toimintoja niin paljon kuin mahdollista
- Koitettava välttää yhteen liittämistä ja jälkityöstöä
- Optimoitava muotin pesäluku ja koneen koko
- Optimoitava valmistuskustannus ottaen huomioon raaka-aineen kilohinta, ominaispaino, jaksoaika ja prosessin tuottavuus
Taulukossa on esitetty kolme raaka-ainevaihtoehtoa, joita on ajateltu testattavan prototyyppimuotissa auton kaapelikiinnikkeeseen. Arvo joka on ominaisuuden kannalta paras, on kuvattu valkoisella tekstillä punaisella pohjalla.
Luo tarkoituksenmukainen testiohjelma
Yritä simuloida todellista käyttöympäristöä. Mikäli tuote joutuu mekaaniseen kuormitukseen erittäin pitkäksi ajaksi, voidaan käyriä interpoloida. Monet testit perustuvat OEM-vaatimuksiin (Original Equipment Manufacturer), teollisuusmäärityksiin tai normeihin. Muut testit voidaan luoda omassa yrityksessä. Kaikkien testien täytyy olla toistettavissa ja on ensisijaisen tärkeää, että testitulokset dokumentoidaan huolellisesti.
Monet yritykset aloittavat jo prototyyppivaiheessa tuotteiden testaamisen. Koska sekä tuotteiden mitat ja lujuus riippuvat valukanavan sijoittelusta ja jäähdytyksestä on tärkeää että ne otetaan huomioon prototyyppimuottia valmistettaessa, jotta vältytään epämiellyttäviltä yllätyksiltä tuotantomuotilla valmistettujen tuotteiden testaamisessa.
Testistä riippuen voidaan tarvita monen valmiin tuotteen testaamista, jotta voidaan määrittää oikea hyväksymistaso tuotteille. Hajonta eri muottipesien välillä ja jaksosta toiseen voi olla suuri. Iskutesteissä tarvitaan yleensä vähintään 50 kappaletta jotta hajonnasta saadaan luotettava.