Materiali e Tecnologie per il Design, prof. Andena

STRUCTURAL FOAM

Principio ( - ) (CO INJECTION CUno schiumogeno gassoso (azoto) o granulare è introdotto nel materiale plastico (termoplasticicome: PE, HIPS, PP, PC, PPO, PBT) a monte (o a valle) della vite. La miscela è dosata in volumeinferiore a quello dell’impronta, accumulata sotto pressione e iniettata nello stampo. Il gassviluppato all’interno della massa fusa si espande nello stampo, comprimendo la plastica controAssisted injection mouldingle pareti.Lo stampato ottenuto ha un cuore cellulare e una pelle esterna dura.

STRUCTURAL FOAM STRUCTURAL FOAM( - )CO INJECTION

CaratteristicheGli stampati risultanti sono molto rigidi in rapporto al loro peso, isolano termicamente,acusticamente, sono resistenti agli urti, presentano minori difetti (minori risucchi e tensioniinterne), la pressione all’interno dello stampo è bassa ( < 4MPa) (il ché permette l’utilizzo di pressea bassa potenza quindi con

Stampi più economici e di conseguenza meno limitazioni sulle dimensioni degli stampati. Il tempo ciclo è tuttavia più lungo e sono più probabili dei difetti superficiali.

Applicazioni: Questo processo è utilizzato per componenti strutturali di grandi dimensioni come contenitori, carcasse e telai, o per componenti con volumi di produzione ridotti (10 000 - 20 000 pz circa).

Coiniezione di gas:

Principio: Un gas inerte (azoto) viene iniettato insieme al materiale termoplastico fuso. Il gas sposta il materiale più fluido, creando una cavità all'interno dello stampato e favorendo il riempimento dello stampo.

STRUCTURAL FOAMding GAS ASSISTED:

Caratteristiche: Processo ciclico di stampaggio di materiali termoplastici che consiste nell'introduzione di un gas inerte (azoto) all'interno della massa fusa che riempie parzialmente la cavità dello stampo. Il gas spinge il materiale plastico contro le pareti dello stampo completando il.

riempimento della cavità e creando delle zone cave all’interno del pezzo. Lo stampato finale ha una pelle sottile (2 - 3 mm) e un nucleo cavo. Rispetto agli espansi strutturali non vi è nessun mescolamento tra plastica e schiuma (quindi assenza di imperfezioni superficiali dovute a bolle di schiuma) e il gas ha un’azione raffreddante sul polimero (tempo ciclo più breve). Applicazioni Questa variante viene utilizzata per la produzione di componenti di forma tubolare, pannelli o coperchi con irrigidimenti, cavi e componenti con forti differenze di spessore. - Iniezione reattiva (Reaction Injection Molding) Principio Un materiale plastico è ottenuto da due reagenti liquidi (es. PUR da isocianato e poliolo: PUR = EP + UP per i termoindurenti oppure PA per i termoplastici). I reagenti sono riscaldati, mescolati e iniettati nello stampo, dove avviene la reazione di polimerizzazione. Caratteristiche Rispetto agli espansi strutturali la finitura superficialeè di qualità elevata (l’espansione del materiale riproduce ogni dettaglio della superficie dello stampo), sono necessarie pressioni molto basse (< 0,4 MPa) e gli stampi sono molto economici (anche siliconici o epossidici per quantità limitate). Il PUR ha il vantaggio di avere una maggiore resistenza meccanica, chimica e termica, una disponibilità in una varietà di formulazioni (rigide, flessibili), è possibile rinforzarlo con fibre (Reinforced RIM - RRIM). Questa tecnica richiede investimenti di produzione relativamente bassi anche se il tempo ciclo è di 1-5 min (per consentire la reazione degli elementi). Applicazioni I pezzi che vengono stampati con questa tecnica risultano essere leggeri ma meccanicamente funzionali, potendo quindi utilizzare il processo per la produzione anche di componenti di grandi dimensioni (scafi delle barche) e di forma complessa. - Stampaggio a compressione e a trasferimento Principio Una quantità

La resina termoindurente predosata è compressa in uno stampo riscaldato mediante una pressa verticale. Il materiale è fornito in compound (polimero + cariche + fibre), le pressioni si aggirano tra i 5 e i 30 MPa, le temperature tra i 140 e i 200°C ed il tempo ciclo sui 15 s - 3 min.

Materiali:

• Termoindurenti (PF, UP, MF, EP...)
• Termoindurenti rinforzati
• Elastomeri reticolati

La forma del compound può essere granulare o pastosa, si può avere una preforma massiva (Bulk Moulding Compound o BMC) oppure una preforma laminata (Sheet Moulding Compound SMC).

Caratteristiche:

• I pezzi stampati possono avere un'ampia gamma di dimensioni, con spessori che vanno dall'1,5mm ai 50 mm (questo ovviamente influisce sul tempo ciclo), e forme moderatamente complesse (ci sono limitazioni su aperture e sottosquadra) con possibilità di inserti.
• La precisione e la finitura sono buone (il dosaggio nello stampo è poco preciso ma le distorsioni sono ridotte).

Tuttavia vi è la necessità di rimuovere le bave). La scelta di materiali termoindurenti erinforzati è molto ampia. I volumi di produzione sono simili allo stampaggio ad iniezione (> 10 000pz) tuttavia in casi particolari si usa lo stampaggio a compressione per quantità limitate.

Applicazioni: Stampati a compressione e a trasferimento da BMC o materiale sfuso, stampati a compressione da SMC (vetroresina = UP + fibra di vetro), stampaggio a trasferimento di packaging per componenti elettronici.

Stampaggio a contropressione (-)

Principio: Un'altra tecnica è quella di applicare della pressione opposta a quella della direzione dell'iniezione in modo da potere controllare efficacemente il flusso dell'iniezione del materiale. Questa soluzione è molto utile in quanto si riescono ad evitare parti con resistenza minore.

Stampaggio a iniezione

compressione Principio Nel momento in cui il materiale viene iniettato lo stampo è lasciato un poco aperto. Quindi una volta iniettato il materiale necessario lo stampo si comprime ed il materiale è compressato all'interno dello stampo. Questa tecnica risulta in un componente meglio solidificato (compattato). Aumenta decisamente la vita di componenti, soprattutto se strutturali. Termoformatura Principio Un foglio di materiale termoplastico è riscaldato a temperatura di rammollimento e posto in uno stampo. Nello stampo è fatto il vuoto e la pressione atmosferica deforma il materiale, adattandolo alla forma dello stampo. Vengono eseguite eventuali azioni aggiuntive: aria compressa, gravità, forza applicata attraverso lo stampo. Il foglio deformato è raffreddato, estratto dallo stampo e scontornato (sagomato). I volumi di produzione variano da piccoli lotti e prototipi (si usano stampi in legno, gesso o resina) a grandi serie (con stampi in metallo).

alluminio).

Single sheet

Continuous sheet

Caratteristiche

La temperatura a cui viene portato il materiale è leggermente sopra Tg per gli amorfi e leggermente sotto Tm per i semicristallini. Il materiale si deve distendere bene senza però fluidificare.

Le macchine ed il setup sono a basso costo. I prototipi sono veloci e gli investimenti bassi. Si ha tuttavia una scelta limitata di forme ed un basso controllo della superficie. Oltretutto occorrono quasi sempre delle lavorazioni successive (rimozione delle bave, foratura, ecc).

Il tempo ciclo varia in base alla dimensione dei pezzi: pezzi piccoli 10-20s; pezzi grandi 20-45s; applicazioni speciali (vasche da bagno, barche) 3-10 min.

Gli spessori dei pezzi possono essere: 0,2-1,5mm per gli usa e getta; 3-4mm per gli strutturali; fino anche a 20-30mm per i pezzi più pesanti.

Materiali HDPE, PA, PVC, PMMA, CA (i quali sono termoformabili con facilità) e PC, PP, EPS.

Applicazioni Da fogli sottili contenitori e vasi, da fogli

spessi scocche di oggetti.

Stampi

Gli stampi possono essere positivi, negativi o combinati (termoformatura più tranciatura)

Varianti

La termoformatura può essere fatta a forma libera (free-form), assistita dal sotto vuoto (vacuumforming) o dal conformatore (plug-assist).

Vacuum forming

Pressure forming

Similar to vacuum forming but pressure is added to improve styling and aesthetic qualities. È simile al vacuum forming (che è quello standard) ma è aggiunta della pressione che appunto preme la lastra contro lo stampo. Questo aumenta la qualità estetica del pezzo. La pressione crea maggiori dettagli, consentendo la realizzazione di texture, sottosquadra ed angoli netti.

Twin-sheet forming

Two sheets are formed simultaneously, with separate top and bottom mould platens. Pressure creates greater detail allowing for textured surfaces, undercuts and sharp corners. Vengono formate contemporaneamente due fogli, con le relative impronte.

riesce ad ottenere uno spessore del pezzo più uniforme.
Free forming: Viene applicato del vuoto, o anche della pressione, che è usato per formare il materiale senza usare lo stampo. In questo caso il foglio non viene a contatto con lo stampo, non essendoci quindi markoff (che credo voglia dire segno).
Design guidelines:
- Per quanto riguarda gli spessori bisogna considerare che solo una superficie può essere controllata in fase di progettazione. Gli stampi maschi e gli stampi femmina causano il restringimento dello spessore in maniera diversa.
- Le nervature devono essere 2 o 3 volte più alte dello spessore.
- Gli angoli di sformo devono essere 3 - 5° per gli stampi maschi e 1 - 3° per gli stampi femmina.
- I raggi int