Applicazione di reti neurali per la definizione della temperatura nel processo di termoformatura di polimeri

La Termoformatura

II.1. Introduzione

La termoformatura è uno dei processi produttivi più antichi per la deformazione del materiale plastico; infatti, già gli Egizi riscaldavano con olio bollente un componente del guscio delle tartarughe per poi dargli la forma di un contenitore. Tale processo oggi consiste nel riscaldare opportunatamente un foglio di materiale termoplastico e successivamente farlo aderire ad uno stampo per fargli prendere la forma desiderata. Apparentemente sembrerebbe un procedimento molto semplice ma in realtà per ottenere risultati eccellenti risulta essere molto sofisticato. La prima fase, come detto precedentemente, consiste nel riscaldare il foglio e tale riscaldamento avviene per irraggiamento attraverso dei piani di riscaldo costituiti da più irradiatori. Inoltre, il foglio utilizzato, essendo molto sottile, può essere considerato a due dimensioni e successivamente si andrà ad ottenere una struttura tridimensionale. Questo

1. Termoformatura sottovuoto: Dopo aver scaldato il foglio, quest'ultimo viene forzato contro lo stampo per mezzo dell'aspirazione dell'aria. Tale processo risulta essere economico e rapido ma allo stesso tempo non molto preciso ed accurato.
2. Termoformatura sotto pressione: In questo caso il foglio viene fatto aderire allo stampo tramite uno strumento di pressatura, il quale applica pressione sul foglio e inoltre favorisce il raffreddamento del film. Viene utilizzato tale metodo per realizzare prodotti uniformi e con elevata durabilità.
3. Termoformatura meccanica: Viene utilizzata quando è necessario produrre pezzi con elevata precisione ed un elevato livello di dettaglio.

tassello spinge il foglio verso il basso e lo costringe ad aderire allo stampo per mezzo di una forza meccanica applicata.

Figura II.2: Schema termoformatura meccanica 17

La termoformatura, a differenza di altre tecnologie, non fa utilizzo della fusione ma il materiale viene deformato per deformazione plastica dopo averlo portato allo stato gommoso tramite riscaldamento.

Il prodotto termoformato, dopo aver preso la forma dello stampo, richiede un ulteriore lavorazione meccanica che consiste nel rimuovere lo sfrido del materiale.

II.2. Materiali plastici utilizzati

Il processo di termoformatura viene utilizzato per produrre diversi tipi di prodotti, tra cui ad esempio imballaggi per alimenti o contenitori, per tale motivo infatti si fa uso di una vasta gamma di materiali plastici con differenti proprietà a seconda di ciò che si vuole ottenere.

In particolare, i più utilizzati risultano essere:

• Polietilene Tereftalato (PET): Tale materiale fa parte della famiglia

Il PET è un poliestere e si ottiene dalla lavorazione di petrolio, gas naturale o materie prime vegetali. Ne esiste anche una variante chiamata BIO PET in parte derivante da fonti rinnovabili. Il PET è uno dei materiali più utilizzati nel processo di termoformatura e risulta avere una buona resistenza agli urti e alla trazione. Generalmente viene utilizzato per produrre bottiglie d'acqua.

Figura II.3: Struttura chimica del PET

Tale materiale presenta un'elevata resistenza agli agenti chimici, al calore, alla fatica ed è inoltre abbastanza economico. Esso viene utilizzato per prodotti destinati al contatto con alimenti in quanto non si deforma e non cede sostanze all'alimento.

Figura II.4: Struttura chimica del PP

Il polipropilene (PP) è un polimero che presenta resistenza agli agenti chimici, al calore, alla fatica ed è abbastanza economico. Viene utilizzato per prodotti destinati al contatto con alimenti in quanto non si deforma e non cede sostanze all'alimento.

Figura II.5: Struttura chimica del PS

Il polistirene (PS) è un polimero ricavato dal petrolio ed è un materiale trasparente e duro. Viene utilizzato principalmente come imballaggio per via della sua resistenza all'acqua e all'aria.

II.5: Struttura chimica del PS

Polietilene a bassa densità (LDPE): Materiale termoplastico resistente agli agenti chimici e ai raggi UV, inoltre è flessibile e ha un'elevata resistenza alla trazione. Generalmente utilizzato per pellicole da imballaggio, contenitori, isolamenti per cavi ecc...

Polietilene ad alta densità (HDPE): Materiale simile per caratteristiche all'LDPE e resistente all'acqua, generalmente utilizzato per tubi e sacchetti di plastica.

Figura II.6: Struttura chimica del polietilene

Polivinilcloruro (PVC): Tale materiale risulta essere denso, resistente all'acqua e durevole. Inoltre, a seconda del suo utilizzo può essere rigido o flessibile. Viene utilizzato principalmente per interni d'automobili, telai di finestre, imballaggi e calzature.

Figura II.7: Struttura chimica del PVC

Policarbonato (PC): Tale materiale è in grado di subire grandi deformazioni plastiche senza arrivare a rottura,

Quindi risulta essere forte e tenace. Le sue proprietà principali sono la resistenza al calore e essere un buon isolante. Viene utilizzato principalmente per le lenti degli occhiali e fari delle automobili.

Figura II.8: Struttura chimica del PC

Acetato di cellulosa: Questo termoplastico viene realizzato con risorse rinnovabili, infatti, può essere prodotto dalla fibra del legno e dalle fibre di cotone. È ottenuto dalla reazione dell'acido acetico con la cellulosa. Viene utilizzato per rivestimenti per le pillole o pellicole di imballaggio e inoltre risulta essere trasparente.

Figura II.9: Struttura chimica dell'acetato di cellulosa

Polimetilmetacrilato (PMMA): Viene chiamato anche Plexiglas ed è un materiale termoplastico con caratteristiche simili al vetro, risulta essere rigido, trasparente, con buona resistenza agli agenti chimici e atmosferici. Viene utilizzato negli acquari, trapianti medicali e in chirurgia estetica.

Figura II.10:

II.3.1. Le macchine monostazione

Come detto precedentemente, tale macchina viene utilizzata per velocità diproduzione non troppo elevate in quanto il processo non è completamenteautomatizzato e infatti le operazioni di carico/scarico del materiale vengono svolteda un operatore. tutte le operazioni vengono eseguite in un'unica zona, a differenza delle macchine in linea dove vengono utilizzate più stazioni di lavoro.

Le fasi del processo di termoformatura in una macchina monostazione vengonorappresentate schematicamente nella figura seguente:

Di seguito viene riportata la descrizione delle varie fasi:

1. Posizionamento manuale del foglio: Tale fase viene eseguita da un operatore,

Il quale posiziona il foglio di plastica su un piano dotato di un foro della stessa forma del profilo dello stampo e leggermente più grande di esso. L'operatore in questa fase:

1. Avviamento del processo automatico: fa partire il processo automatico premendo semplicemente il pulsante start. Il foglio viene mantenuto in posizione attraverso una cornice avente lo stesso profilo dello stampo. Tale cornice viene chiamata premilastra.
2. Riscaldamento del foglio: In questa fase vengono fatti avanzare i vari piani di riscaldamento e vengono posizionati sopra il foglio. È possibile regolare i livelli di riscaldamento di ciascuna lampada da un terminale presente in ogni macchina termoformatrice. Nella fase di riscaldo vera e propria le lampade si trovano ad una potenza stabilita dall'operatore tramite il terminale; invece, una potenza inferiore viene utilizzata durante le fasi di carico/scarico e durante la formatura del pezzo.
3. Pre-stiramento del materiale: In tale fase i piani