Appunti Optimization and innovation of production processes (parte 5)

Alcuni esempi di prodotti realizzati per so6iatura. Per migliorare il riempimento può essere

applicata anche una leggera azione meccanica data da un pistone mobile. Le di6erenze tra

estrusione ed iniezione per la so6iatura sono:

- L’attrezzatura è circa il 50% più economica

- Produce più scarti

- Più veloce il processo

- Più materiali utilizzabili

- Pareti più uniformi

- Processo più stabile

- Caratteristiche meccaniche più scadenti

Con questo metodo è possibile realizzare delle forme che poi vengono separate.

Termoformatura

La termoformatura rappresenta una famiglia di processi impiegati per formare fogli o film di

materiale termoplastico su uno stampo mediante l’applicazione di calore e pressione o

vuoto.

La termoformatura è utilizzata principalmente con materiali termoplastici. Consiste nel

deformare una lamiera di resina fino a fargli assumere la forma di uno stampo. Il processo

può essere a vuoto o a pressione.

Con la tecnica a vuoto si utilizzano delle pressioni per deformare il materiale molto basse (al

massimo 1 atm) questo garantisce una migliore uniformità del processo rispetto ad altre

tecniche ma velocità di produzione sicuramente minori. Prima di essere estratto il pezzo deve

ra6reddare e prendere la forma. Si hanno degli assottigliamenti nelle pareti verticali vicine agli

a6erraggi.

Il processo può essere e6ettuato anche grazie all’utilizzo di aria compressa (fino a 20 atm). In

questo caso si hanno velocità di produzione molto più alte e costi ridotti. Maggiore il rischio di

rottura del film se sottile. A volte può essere utilizzato anche un punzone meccanico a

supporto dei processi sottovuoto, in modo da limitare il rischio di rottura della lamiera di

plastica.

Un foglio (realizzato per estrusione) viene riscaldato in un forno (non sempre) fino alla

temperatura di rammollimento, ma al di sotto di quella di fusione. Viene poi estratto dal forno,

posizionato sopra uno stampo e forzato ad aderirvi mediante l’applicazione di vuoto spinto.

Dal momento che lo stampo si trova a temperatura ambiente, la forma viene bloccata non

appena entra in contatto con la superficie dello stampo. A causa della bassa resistenza dei

materiali formati, la di6erenza di pressione provocata dall’azione del vuoto è di solito

su6iciente per eseguire la formatura, sebbene possano essere impiegati aria compressa e

altri mezzi meccanici.

I componenti che si ottengono sono imballi, cartelli pubblicitari, involucri per

elettrodomestici.

Il reverse draw forming è utilizzato quando si vogliono realizzare prodotti molto profondi. Il

materiale è inizialmente so6iato lontano dalla matrice in modo da assottigliarsi nella zona

centrale ed è poi spinto verso la matrice sia per e6etto del vuoto che di un punzone

meccanico.

La termoformatura senza matrice è utilizzata per ottenere dei componenti con caratteristiche

ottiche molto spinte. La complessità che si può raggiungere è però molto limitata a causa

della mancanza di stampo. È possibile solo variare la geometria del contorno di a6erraggio.

Si utilizza anche la formatura con maschio che permette anche di stirare il materiale durante

il processo e di e6ettuare delle formature più profonde. Si ha un minore costo

dell’attrezzatura. Un processo che consente una ottima costanza dello spessore del pezzo

formato è lo snap back forming. Se è necessaria una tolleranza dimensionale esatta su

entrambe le facce o si ha un prodotto molto grande si utilizza la formatura a due stampi. Uno

degli aspetti fondamentali della termoformatura è costituito dai fori di uscita dell’aria nelle

camere a vuoto. Nel caso di sottosquadri è necessario utilizzare dei tasselli rimuovibili. In

caso di tasselli molto grandi è necessario fare il vuoto anche sotto di essi. Il processo può

essere anche automatizzato utilizzando delle macchine a giostra.

Vantaggi:

- Basso costo delle macchine

- Basse temperature

- Possibili grandi componenti

- Velocità elevata

Svantaggi:

- Costo elevato del materiale (lamiere)

- Molti scarti

- Solo un lato è dimensionalmente preciso

- Variazioni di spessore significative

Formatura rotativa

È un processo mirato a creare oggetti con pareti sottili; cerca di superare i limiti della

termoformatura, cioè le dimensioni del pezzo: si possono creare oggetti estremamente

grandi, ed è possibile realizzare geometrie chiuse, infatti, essenzialmente si riescono a creare

solo forme chiuse.

Si mette nello stampo il materiale termoplastico allo stato solido (granuli), si riscalda lo

stampo fino al materiale da solidificare all’interno dello stampo mentre questo è messo in

rotazione. Grazie alla rotazione il materiale solidifica sulle pareti interne dello stampo

andando a creare la struttura. Chiaramente le superfici interne del pezzo non avranno uno

spessore regolare, viceversa quelle esterne a contatto con le pareti interne dello stampo sono

molto definite. Con questo processo si ha un grande accumulo di materiae negli spigoli,

perché possono accogliere più materiale e perché ra6reddano più velocemente. Questo è un

grosso vantaggio, perché proprio sugli spigoli i prodotti presentano maggiore criticità.

Nella formatura rotativa si impone e del materiale fuso di solidificare all’interno di uno

stampo che è messo in rotazione. In questo modo il materiale si solidifica sulle pareti interne

dello stampo soltanto. Le macchine utilizzate sono abbastanza semplici e possono fare più

pezzi contemporaneamente. Alcuni pezzi possono essere poi tagliati. È uno dei pochi

processi che permette di realizzare dei componenti con doppia parete. È uno dei pochi

processi che permette di realizzare dei componenti con doppia parete.

Vantaggi:

- Bassa pressione e temperatura di processo

- Angoli più spessi rispetto allo spessore medio

- Possibili grandi componenti

- Basso costo

Svantaggi:

- Solo forme semplici

- Controllo dimensionale scadente

- Processo lento

- Caratteristiche meccaniche scadenti

Fusione

La fusione è un processo poco utilizzato per le materie plastiche in quanto, a causa dei

materiali che devono evaporare per la solidificazione, questo processo diviene abbastanza

lento. Il materiale fuso viene colato nello stampo metallico. Questo processo è molto più

utilizzato per ricoprire o incapsulare oggetti metallici (solitamente componenti elettrici) in

modo da renderli impermeabili.

Foaming (schiumatura)

Il processo di foaming è utilizzato per la produzione di schiume del materiale, necessarie per

la produzione di materiali leggeri e molto flessibili. La produzione di schiuma si attiva tramite

azioni meccaniche (sbattimento) o azioni chimiche (reagenti). La seconda strategia è quella

più utilizzata. Di solito si immettono delle resine premiscelate all’agente chimico di una forma

stabilità. La miscelazione dell’agente della resina deve avvenire più in prossimità possibile

della camera di espansione.

Attualmente si utilizzano anche delle bombolette che hanno già premiscelati i due

componenti sotto pressione. Quando la pressione si abbassa viene creata la schiuma che

reagisce molto bene con i materiali solidi, creando una buona adesione.

Vantaggi:

- Basso costo

- Bassa conduttività termica

- Eccellente protezione ad impatto

Svantaggi:

- Processo formatura lento

- Sviluppo di gas in alcuni processi

- Densità variabile

- Caratteristiche meccaniche scadenti

Processi di lavorazione di polimeri termoindurenti

Per plastiche termoindurenti i processi visti finora non vanno bene perché presuppongono la

fusione del materiale. I termoindurenti non possono essere lavorati in temperatura: una volta

creato l’oggetto non si può modificare la sua forma scaldandolo. Infatti, aumentando la

temperatura oltre la zona di rammollimento, questo tende a diventare ancora più viscoso e

resistente. Una volta che si realizza il pezzo con materiale termoindurente non può più essere

modificato (se non lavorazioni meccaniche piccole). Nei termoindurenti, quindi non esiste un

processo termico per rilavorarli e non esistono processi di riciclaggio e6icienti, l’unico

riciclaggio che si può fare è il recupero energetico per pirolisi. Questo è un motivo per cui si

preferiscono i termoplastici, in quanto più facilmente rilavorabili e di più facile riciclaggio.

I termoindurenti hanno comunque delle caratteristiche che li rendono insostituibili in molte

applicazioni:

- Resistono in temperatura e mantengono la loro forma in temperatura (quindi utilizzati

per materiali elettrici)

- Estremamente resistenti (hanno resistenze maggior dei termoplastici, infatti il

materiale base dei compositi è una resina epossidica)

- Sono estremamente incollanti.

Hanno però il grosso svantaggio di avere un processo estremamente costoso, nei

termoindurenti la polimerizzazione può avvenire solo nelle fasi finali.

Compression Molding

Nel compression molding (stampaggio a compressione), una carica preformata di materiale,

un volume predefinito di polvere o una miscela viscosa di resina liquida e materiale di carica,

viene premuta fra due stampi che stirando la carica la fanno arrivare entro tutta la cavità. A

stampo chiuso la carica viene quindi riscaldata ed il materiale indurisce. Gli stampi sono di

tipo con bava, positivi e semipositivi.

I primi funzionano bene per pezzi poco profondi e con accuratezza richiesta bassa. Negli

stampi positivi non c’è invece bava, deve quindi essere controllata molto bene la quantità di

materiale. Nei semipositivi si ha la possibilità di far uscire una piccola quantità di bava.

Transfer molding

Nel transfer molding si ha un processo simile alla pressofusione, dove il materiale viene

scaldato in una camera di transfer fino allo stato liquido, viene quindi iniettato ed

ulteriormente scaldato. Il materiale in eccesso deve rimanere nella camera.

Con questa tecnologia è possibile fare anche delle inclusioni. Con il transfer si possono

realizzare componenti molto più complicati che con il compression, il costo è comunque

maggiore anche per la maggiore complessità dello stampo. I canali di adduzione del

materiale devono poi essere asportati.

Giunzione

Nei processi di giunzione delle materie plastiche molto utilizzata è l’elasticità del materiale, si

utilizzano giunti elastici e no. Molto utilizzati sono anche gli adesivi, che riescono a reagire

chimicamente con le due superfici da unire, creando una sorta di “saldatura a freddo”.

L’adesivo lavora