Retrofit voor ‘onmogelijke’ terugkeer van de Polaroid

De beroemde instantfotocamera van Polaroid is terug van weggeweest. Het begon in 2008 met de doorstart van de fabriek voor filmcartridges in Enschede als ‘Impossible Project’. Want het zou toch onmogelijk zijn om de oude, razendsnelle productielijnen die lang hadden stilgelegen weer aan de praat te krijgen. Maar het is gelukt en inmiddels wordt gewerkt aan verdere verbetering van de betrouwbaarheid. Demcon Industrial Systems draagt bij met een retrofit procesmodule.

Ruud Hesselink is systeemengineer en Edwin Gerritsen businessdeveloper bij Demcon Industrial Systems in Enschede.

21 september

De werking van de Polaroid-instantcamera en de materiaalopbouw van de instantfilm zijn multidisciplinaire staaltjes van fysica, chemie en materiaalkunde. De productie van de films bij Polaroid in Enschede was en is navenant complex. Een belangrijke processtap is het snijden van folie tot zogeheten rails, smalle stroken die aan de zijkanten op het fotogevoelige materiaal worden gelamineerd (waarbij tegelijkertijd het negatief met het onderliggende positief wordt verbonden). Deze rails dienen als afstandhouders tijdens het ontwikkelproces in de camera, om te zorgen dat een roller de ontwikkelvloeistof in de juiste laagdikte over het negatief kan uitsmeren.

Bij de herstart van Polaroid (zie kader) bleek dat de evolutie van het filmmateriaal voor problemen zorgde. Het centrale gereedschap was een guillotinemes dat tevens dienst deed voor het lamineren (en daarom werd verwarmd) en het handlen van de afgesneden rail (met behulp van vacuüm). Het knippen van het vernieuwde materiaal werd bij foliediktes van 30-50 μm regelmatig een soort ‘omvouwen en afstropen’. Bovendien bleef het materiaal plakken aan het verwarmde mes en verstopten lijmrestanten de gaatjes in het mes voor de vacuümhandling. Kortom, er was behoefte aan een nieuwe, robuuste oplossing.

Demcon Polaroid
Polaroid produceert tegenwoordig naast films ook weer camera’s. Het nieuwe model kan via usb communiceren met een smartphone. Foto: Polaroid

Demcon Industrial Systems kreeg de vraag om een nieuwe module voor snijden en lamineren te ontwikkelen. Deze module moest passen in de oude lijn en tegelijk voorbereid zijn op nieuwe technologieën en voldoen aan de actuele veiligheidsrichtlijnen. Hij moest een lange levensduur hebben en meekunnen in het hoge productietempo van circa 180 films per minuut. Ook zou hij een grote bandbreedte aan materialen moeten kunnen verwerken, voor meerdere typen films en verschillende cameramodellen, wat betreft soort, dikte en breedte. Samen met de opdrachtgever hebben we een systeemanalyse gemaakt en zijn we concepten gaan evalueren voor de drie hoofdfuncties: snijden en lamineren van de folie, en geleiden van de folie en het fotomateriaal. Aspecten in de beoordeling van de verschillende opties waren bewezen technologie, testbaarheid, betrouwbaarheid en eventuele issues die een showstopper zouden kunnen opleveren.

Opties voor hoofdfuncties

Voor het snijden hebben we zeker tien concepten onderzocht, waaronder een cirkelmes, een lasersnijder, ultrasoon snijden, ‘scheuren’ en snijden met luchtdruk. Uiteindelijk bleven de eerste twee opties over. De lasersnijder viel ook af vanwege het strooilicht – de productie van het fotogevoelige materiaal moet immers in het donker plaatsvinden – en de snijresten die achterbleven. Het cirkelmes gaf de beste snijkwaliteit. Slijtage was het enige bezwaar. Reden waarom we uitgebreide duurproeven hebben gedaan om de standtijd van het mes te bepalen. Na een miljoen slagen maakte het mes nog steeds een ‘schone’ snede. Bovendien bleek uitwisseling van gereedschappen zoals het cirkelmes en het snijblok – de slijtdelen in de module – eenvoudig te realiseren.

Hier een opgeknapt (refurbished) model uit de jaren tachtig. Foto: Polaroid

Voor het lamineren viel de keuze op de al gebruikte technologie van hot blocks, voor het onder druk inbrengen van warmte. Wel selecteerden we daarvoor een ander materiaal – een speciale koperlegering in plaats van het voorheen gebruikte staal – onder meer voor een betere warmteoverdracht. Een alternatieve lamineertechniek, ultrasoon lassen, viel af vanwege de hoge kosten en het grote inbouwvolume. Polaroid heeft veel procesonderzoek gedaan naar het optimaliseren van het lamineerproces, waarbij ze aan drie knoppen konden draaien: tijd, druk en temperatuur.

Het geleiden van het materiaal bleek mogelijk met de bestaande techniek, waarbij het web (de folie) op spanning door de module wordt getrokken en tijdens bewerking wordt vastgeklemd. Kritiek hierbij is de timing van de verschillende processtappen. Daarom hebben we de mechanische besturing van de productielijn met nokkenassen voor onze module vervangen door een softwarematig regelbare elektrische besturing. Met behulp van een encoder op de hoofdas konden we een exacte timing realiseren: electronic camming heet dit. Zo hebben we de verschillende stappen in de module op minder dan een milliseconde op elkaar kunnen afstemmen voor een optimale procesafloop. Daartoe worden de verschillende actieve elementen, zoals de snij-, sleuf- en laminatorblokken, onafhankelijk van elkaar door servomotoren aangestuurd. Tijdens de testfase is de timing getuned.

Concept voor de snij- en lamineermodule in zijaanzicht, met rechts de procesgang. De folie wordt via toevoerrollen en sleufblokken aangevoerd (1). Van de folie worden in de dwarsrichting zogeheten rails afgesneden, die worden gelamineerd op het web (met negatief en positief filmmateriaal). Het bewerkte web wordt vervolgens uit de module getrokken (2). Folieklem en snijblok (3) zorgen voor inklemming van de folie bij het snijden met het cirkelmes (4). De eerste laminator (5) verzorgt alvast gedeeltelijke laminatie, zodat de afgesneden rail met het web wordt meegevoerd, waarna bij de tweede laminator (6) de definitieve laminatie plaatsvindt. Door het lamineren wordt tevens het negatief verbonden met het positief eronder, dat iets uitsteekt.

Onderhoudsarm

De vraag van Polaroid was de module zo onderhoudsarm mogelijk te maken. De eis was een interval voor groot onderhoud van minimaal duizend uur, en bij voorkeur tweeduizend uur, oftewel circa 22 miljoen slagen. Dit hebben we kunnen realiseren door voornamelijk bladveren en roterende technieken (lagers) toe te passen. De bladveren worden gebruikt voor de wrijvingsloze ophanging van de actieve elementen. De lagers zijn allemaal berekend op een minimale levensduur van twintigduizend uur. De snijbeweging van het mes wordt aangedreven door een lineaire motor die binnen 100 ms zijn taak moet vervullen. Dat betekent hoge versnellingen. Daarom hebben we bij het fysiek testen van de module een hogesnelheidscamera gebruikt.

Nadat Demcon eind 2019 de conceptstudie had afgerond, hebben we een jaar later een werkende module opgeleverd die de klant met succes heeft afgenomen. Polaroid heeft deze stand-alone gebruikt om de medewerkers alvast vertrouwd te maken met de nieuwe technieken. Op dit moment draait de productie volop, om te voldoen aan de stijgende vraag. Tijdens het eerstvolgende geplande onderhoudsvenster zal Polaroid de module inbouwen, om de betrouwbaarheid van de lijn verder te verhogen.

De retrofitmodule die Demcon heeft gerealiseerd voor de filmproductielijn van Polaroid in Enschede.