Miglioramento dei processi a stampo aperto a beneficio della produzione manifatturiera europea
Il processo a stampo aperto è un metodo di fabbricazione utilizzato per creare componenti concavi in polimeri fibrorinforzati, quali vasche da bagno e scafi. Tale tecnica prevede il posizionamento manuale di fibre su uno stampo e la successiva colata o irrorazione su una plastica liquida termoindurente. Questo processo viene utilizzato quando i componenti sono troppo grandi o complessi per l’applicazione di altre tecnologie di stampaggio, o quando se ne vogliono produrre quantità limitate. Il processo a stampo aperto presenta diversi svantaggi. Richiede un’alta intensità di lavoro ed è lento, il che significa che è anche costoso; le fabbriche che lo impiegano sono pertanto spesso situate in paesi a basso reddito. Per gli europei, ciò determina lunghi tempi di consegna e vulnerabilità a danno della catena di distribuzione. Questo processo subisce inoltre limitazioni tecniche relative alla complessità che caratterizza la forma dello stampo. Inoltre, la tecnica funziona esclusivamente con materiali termoindurenti, che non possono essere fusi nuovamente o riciclati ed emettono fumi tossici, mettendo a rischio i lavoratori. L’impatto ambientale del processo a stampo aperto è pertanto elevato.
Produzione additiva continua di fibre
Un metodo alternativo è atteso da tempo. Il progetto CFAM, finanziato dall’UE, ne ha sviluppato uno sostitutivo. Esso ha portato il primo modello di un macchinario al livello di maturità tecnologica 9, ovvero lo ha reso pronto per il mercato, presentandolo successivamente a potenziali clienti. In sostanza, il nuovo processo consiste in una speciale stampante 3D che deposita un filamento continuo della fibra utilizzata per lo stampo (vetro o carbonio). Invece dei materiali termoindurenti, che possono essere utilizzati solo una volta, questo processo innovativo aggiunge materiali termoplastici, che invece è possibile rimodellare. Si tratta di una combinazione unica e brevettata.
Produzione e verifica rapide
Il nuovo macchinario è in grado di produrre ad alta velocità componenti di dimensioni fino a 4 x 2 x 1,5 m. «In questo modo si automatizza e accelera il processo di produzione di componenti complessi di grandi dimensioni fibrorinforzati», spiega Lucas Janssen, coordinatore del progetto, che continua: «o gli stampi utilizzati per fabbricare tali componenti». Il macchinario ha una produttività oraria media di 15 kg e massima di 25 kg, una velocità più di 100 volte superiore rispetto alle stampanti 3D convenzionali. «Il fulcro della nostra macchina è l’estrusore, o testina di stampa», aggiunge Janssen. «Esso viene alimentato con materiale in pellet termoplastico, che viene fuso a temperature e pressioni elevate». L’estrusore è stato concepito per adattarsi a praticamente ogni tipo di termoplastica. Il nuovo processo aggiunge la fibra continua alla fine dell’estrusore. L’estrusore viene spostato nello spazio 3D da un braccio robotico o da un sistema gantry (a portale). Il team di CFAM ha testato, verificato e ottimizzato il processo. Il sistema è stato dimostrato attraverso più di 35 progetti pilota e con oltre 20 soluzioni hardware. Sebbene la risposta dell’industria sia stata più lenta di quanto previsto, il sistema è ora ben posizionato per raggiungere il successo. Gli utenti saranno aziende che fabbricano prodotti stampati per applicazioni in svariati settori, quali il marittimo, l’edilizio o l’infrastrutturale e quello aerospaziale. La macchina è in grado di produrre componenti complessi in quantità limitate economicamente e, in molti casi, di consentire la produzione a livello interno. Grazie a questo sviluppo, il processo di fabbricazione dei prodotti verrà semplificato e diventerà in gran parte automatizzato, eliminando così la necessità di artigiani esperti. Il team di CFAM continuerà a sviluppare la tecnologia e ad ampliare il mercato. Ciò comporterà ulteriori dimostrazioni che si incentreranno su problemi specifici e su sfide inerenti al mondo industriale.
Parole chiave
CFAM, produzione, termoplastica, stampo aperto, fibra continua, stampante 3D, industria
