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1 Case Study: termoregolazione dinamica. Stampaggio a iniezione di polveri di cornici per smartphone con il controllo variotermico REGLOPLAS P&T-0001/E/1810 ARBURG, uno dei principali costruttori mondiali di presse a iniezione per la lavorazione delle materie plastiche, ha stabilito da tempo una solida relazione di successo con REGLOPLAS nel campo dello stampaggio a iniezione di polveri. ARBURG si è affidata all esperienza di REGLOPLAS per il progetto di sviluppo di una cornice per smartphone. Grazie a una soluzione personalizzata basata sul controllo variotermico della temperatura (termoregolazione dinamica), è stato possibile produrre parti di alta qualità che necessitano di minime operazioni di ripresa. Il sistema impressiona sia per la sua semplicità operativa che per la brevità del tempo richiesto per l ammortamento dell investimento. La regolazione dinamica della temperatura migliora la densità delle parti grezze Lo stampaggio a iniezione di polveri (PIM) è una tecnologia per la produzione di particolari metallici di piccole dimensioni e dalle forme complesse. Da alcuni anni a questa parte è avanzata la tendenza a produrre parti di dimensioni e proporzioni più ampie. Questa evoluzione si riflette anche nella domanda delle cornici per smartphone. Fino ad oggi, i processi di stampaggio ad iniezione di polveri si affidavano al controllo isotermico della temperatura dello stampo. Dal momento che però il livello di temperatura è considerevolmente inferiore rispetto al punto di fusione del materiale, caratterizzato da un alta conducibilità termica, sono necessarie velocità di iniezione elevate senza le quali si incorre in un riempimento inadeguato delle impronte dovuto alla prematura solidificazione del fuso. D altra parte, un elevata velocità di iniezione comporta differenze di densità e le parti grezze prodotte in questa maniera molto spesso presentano una distribuzione disomogenea della densità. Questa disomogeneità può anche dar luogo a notevoli deformazioni nel corso del processo di sinterizzazione e a seconda del materiale processato, si possono formare spesse linee di colore scuro intorno al punto di iniezione e lungo i canali di adduzione. Al fine di evitare questi difetti, la temperatura dello stampo va portata fino al punto di fusione in maniera controllata durante la fase di iniezione. Il controllo variotermico rappresenta la base per la regolazione dinamica della temperatura. Variando la temperatura entro valori definiti, l utilizzatore può influenzare direttamente la qualità di stampaggio della superficie e il comportamento di solidificazione del materiale. L unità di controllo variotermico è dotata di due circuiti di termoregolazione che operano a due diversi livelli di temperatura. Passando da un circuito all altro è possibile ottenere un riscaldamento o un raffreddamento mirato. Questa procedura crea un delta termico individuale nello stampo. La sfida delle cornici per smartphone Nel processo a iniezione di polveri per la produzione di cornici per smartphone, occorre far convivere i lunghi canali di adduzione con le pareti sottili del manufatto. Inoltre, è necessario eliminare le spesse linee scure tipicamente associate a questa applicazione. Il materiale previsto è l acciaio inox Catamold 316 LG Plus P a g. 1

2 Evoluzione di una felice collaborazione per componenti PIM ad alta precisione Per soddisfare i requisiti imposti da ARBURG, la tecnologia di stampaggio a iniezione di polveri messa a punto dal costruttore si è combinata con le competenze di REGLOPLAS nel campo della termoregolazione nell implementazione congiunta di un progetto di sviluppo di una cornice per smartphone. Nelle prime fasi del progetto è risultato chiaro che la chiave del successo consisteva nel perfetto coordinamento dell interazione tra lo stampo e il canale caldo e la termoregolazione dinamica dello stampo mediante l impiego del controllo variotermico con accumulatore energybattery. ARBURG e BASF hanno sviluppato insieme uno stampo che riunisce i canali di termoregolazione vicino all impronta. Ciò consente un rapido riscaldamento e raffreddamento, un aspetto basilare per il controllo variotermico (termoregolazione dinamica) dello stampo. Il controllo variotermico è vitale per ottenere simultaneamente lunghi canali di adduzione, una densità omogenea della parte grezza e delle pareti sottili. REGLOPLAS ha calcolato i dati essenziali per assicurare livelli di temperatura di 120 C e 170 C sulla base della geometria del componente e al materiale previsto (Catamold 316 LG Plus). Le prime prove sono state effettuate con un termoregolatore P180M/18/SM73H/SK-RT100 per il riscaldamento e un termoregolatore P180M/8/SM73H/SK-RT100 per il raffreddamento, dotati di unità di commutazione Vario e accumulatore energybattery (fig. 1). Figura 1: Un P180 M per il riscaldamento ed uno per il raffreddamento, l unità di commutazione Vario e l energybattery P a g. 2

3 Durante l uso del sistema, è stato individuato un ulteriore vantaggio connesso al controllo variotermico, qui illustrato in fig. 2. Il pezzo stampato a sinistra è stato prodotto con uno stampo dotato di sistema di termoregolazione isotermico; a causa del limitato spessore delle pareti, la pressione di iniezione disponibile sulla pressa (2.500 bar) si è rivelata insufficiente per riempire adeguatamente l impronta. Il risultato sono delle spesse linee scure. Il pezzo a destra invece è stato prodotto con l ausilio del controllo variotermico REGLOPLAS: l impronta è stata perfettamente riempita a una pressione di iniezione inferiore a 600 bar senza formazione di linee o altri difetti. La superficie presenta un aspetto molto uniforme e le spesse linee intorno alla materozza, tipiche dello stampaggio isotermico, sono completamente assenti. Figura 2: Le foto delle parti grezze stampate con termoregolazione isotermica (a sinistra) e con termoregolazione dinamica (a destra) di Regloplas mostrano le differenze di qualità Dopo la sinterizzazione, la superficie dei pezzi appare estremamente uniforme e priva di difetti visibili. E un grande vantaggio quando si tratta di parti del prodotto finale esposte alla vista, dal momento che si riduce la successiva fase di lucidatura. Effetti positivi grazie all accumulatore energybattery Il passaggio repentino dall acqua calda all acqua fredda alla temperatura di 120 C e 170 C causa problemi come i colpi d ariete e sbalzi di temperatura nel termoregolatore. Grazie all impiego dell accumulatore energybattery (dotato di serbatoio da 3,6 litri), REGLOPLAS è riuscita a ridurre al minimo gli sbalzi di temperatura e i colpi d ariete, incrementando la stabilità del processo. L accumulatore energybattery immagazzina il fluido di termoregolazione. Grazie ad esso, passando da un livello di temperatura all altro nell unità di commutazione Vario, il fluido immagazzinato può ritornare al circuito di processo rapidamente e senza sprechi di energia. L elevatissima stabilità del processo, supportata dal controllo ottimizzato della temperatura assicurato dai termoregolatori REGLOPLAS, ha dato come risultato parti di grande precisione con una tolleranza massima di +/- 0,3% P a g. 3

4 Il consumo totale di energia per la termoregolazione dinamica è pari a 32 kw. Grazie all accumulatore energybattery, in questa applicazione è stato rilevato un risparmio energetico di circa 2,3 kw (vedere lo schema in fig. 3). Ciò comporta un risparmio in denaro compreso tra e euro l anno. (Calcolo effettuato supponendo un tasso di utilizzo della pressa dell 89,3% su 24 ore al giorno per 7 giorni la settimana con una tariffa dell elettricità di centesimi per kwh). Ne risulta che, a seconda del modello di accumulatore e della tariffa dell elettricità, l investimento può già essere ammortizzato entro un anno dall entrata in funzione del sistema. Figura 3: Schema di un sistema dotato di enerybattery Comunicazione con il sistema di controllo della pressa REGLOPLAS ha sviluppato una interfaccia tra l unità di commutazione Vario, l accumulatore energybattery e il sistema di controllo della macchina, per assicurare la comunicazione con la pressa a iniezione. L operatore può quindi gestire il sistema più facilmente e modulare la flessibilità del processo di lavorazione. Grazie all integrazione dei segnali di processo nel sistema di controllo della pressa, i parametri di processo selezionati possono venire facilmente adattati e i valori preimpostati di temperatura monitorati in continuo. REGLOPLAS inoltre suggerisce l installazione di un accesso remoto addizionale per l unità di commutazione Vario. L accesso remoto consente le misurazioni, l acquisizione di dati e altre funzioni per il trasferimento su di un laptop o dispositivo equivalente. La fig. 4 illustra schematicamente il ciclo di commutazione tra i due livelli di temperatura in riferimento alla sequenza di processo visualizzata del processo di stampaggio a iniezione di polveri P a g. 4

5 Figura 4: Sequenza processo visualizzata In breve Il controllo variotermico di REGLOPLAS offre una soluzione di semplice uso per la produzione di componenti sofisticati e complessi a pareti sottili. I vantaggi del progetto di una cornice per smartphone sono i seguenti: L utilizzo del controllo variotermico previene la formazione delle linee sul materiale Catamold 316 LG Plus. Ciò risulta in una qualità superficiale omogenea. Allo stesso tempo, si ottiene una distribuzione uniforme della pressione e quindi una densità omogenea delle parti grezze. L accumulatore REGLOPLAS energybattery garantisce il risparmio di energia e la stabilità del processo, riducendo quindi i costi di gestione della produzione. L integrazione dei segnali di processo nel sistema di controllo della pressa consente l adattamento facile e diretto dei parametri di processo selezionati e il monitoraggio dei valori preimpostati di temperatura. Il metodo sviluppato da REGLOPLAS genera superfici omogenee con tempi di ciclo inferiori al minuto (in presenza di uno stampo adeguatamente progettato). Il design del dispositivo consente lunghi canali di adduzione e una densità omogenea della parte grezza. La pressa a iniezione richiede una forza di chiusura significativamente inferiore e può quindi avere dimensioni più compatte. Il prezzo di acquisto più basso e i minori costi operativi abbattono i costi di gestione della produzione P a g. 5

6 Più successi grazie alle buone partnership Vogliamo qui ringraziare ARBURG Machine Factory per il successo della collaborazione, e in special modo Hartmut Walcher. Siamo entusiasti della prospettiva di continuare con altre collaborazioni di successo. Riferimenti: [1] Arburg PIM Seminar Taiwan REGLOPLAS AG REGLOPLAS è un azienda specializzata nello sviluppo e produzione di sistemi di termoregolazione intelligenti. Questi sistemi assicurano la massima stabilità di processo grazie alla grande precisione di controllo in un ampio campo di temperature. REGLOPLAS offre ai sui clienti di tutto il mondo soluzioni di termoregolazione complete per processi di produzione sempre più sofisticati, un settore in cui l azienda si è imposta come leader di mercato. ARBURG AG Tra i principali costruttori globali di presse a iniezione di qualità per la lavorazione delle materie plastiche, ARBURG assicura giorno per giorno agli utilizzatori il successo nella produzione di parti stampate. Decenni di esperienza garantiscono ad ARBURG un vantaggio decisivo. Dalle produzioni di massa alla realizzazione di pezzi unici, il portafoglio di prodotti modulari che comprende le presse a iniezione ALLROUNDER, impianti chiavi in mano e il sistema di produzione additiva Freeformer, offre soluzioni di produzioni efficienti e su misura per rispondere a qualsiasi requisito P a g. 6