TITOLO: AREA SITO: Una panoramica sullo stampaggio ad iniezione Processi/Stampaggio ad iniezione DATA: 24 luglio 2003 SOTTOTITOLO: Si considerano i vari processi e i loro pro e contro Le alternative di processo che si considerano sono: 1. Stampaggio ad iniezione a bassa pressione 2. Co-iniezione 3. Stampaggio ad iniezione di termoplastici rinforzati 4. Inietto compressione 5. Retro-stampaggio 6. Stampaggio assistito con fluidi supercritici (brevetto MuCell) 7. Stampaggio assistito con gas 1. Stampaggio ad iniezione a bassa pressione La bassa pressione è una tecnologia di stampaggio in uso dalla fine degli anni '90. Permette di stampare manufatti plastici con pressioni di riempimento significativamente inferiori rispetto ai processi tradizionali, i quali hanno bisogno di una minore forza di chiusura per completare il processo. La tecnologia di stampaggio della bassa pressione si articola in tre fasi: nella prima, si effettua il riempimento dello stampo in posizione aperta ed in bassa pressione; nella seconda, si procede al riempimento dello stampo con la regolazione progressiva della forza e della posizione di chiusura, programmata in funzione del dosaggio del materiale utilizzato
nella terza, si mantiene lo stampo chiuso Questa tecnologia garantisce non solo la qualità e la precisione, proprie della stampata tradizionale, ma anche maggiore capacità produttiva e considerevoli risparmi di costo. I vantaggi derivati dal suo uso sono molteplici: l'uso della bassa pressione nella fase riempimento la minore forza necessaria per la realizzazione del manufatto rispetto a quella impiegata nell'iniezione tradizionale la minimizzazione delle tensioni residue del manufatto l'eccellenti stabilità dimensionale ed omogeneità delle proprietà meccaniche dei manufatti l'ottenimento di manufatti di classe A la minore sollecitazione meccanica dello stampo, con riduzione dell'usura dello stesso l'ampliamento delle possibilità di impiego dei materiali termoplastici in sostituzione di quelli tradizionali La bassa pressione è utilizzata diffusamente nei processi di stampaggio in cui si trattano rivestimenti in tessuto o in tessuto non tessuto o in cui si devono realizzare decorazioni particolari. 2. Co-iniezione La co-iniezione è una tecnologia di stampaggio in uso da alcuni anni, in diverse applicazioni. Permette di stampare manufatti termoplastici composti con materiali di diverso colore o di differente polimero (PP, PE, materiale riciclato, TPE, ecc.), che si caratterizzano per avere il nucleo (core) diverso dalla pelle (skin). L'attuazione del processo di co-iniezione richiede presse dotate di diversi gruppi d'iniezione, che possono avere o meno la testata in comune, a seconda che lo stampo sia dotato o meno di camere calde e mould master. I moduli software di gestione cambiano, in base all'architettura scelta per la pressa. Si ricorre a questa tecnologia per lo stampaggio di manufatti con struttura a sandwich. Negli ultimi anni, il suo impiego si è esteso allo stampaggio di manufatti con spessori medio/alti, giacché consente di sostituire nel nucleo il materiale estetico di maggior pregio e di maggior costo con altri riciclati e di prezzo inferiore.
3. Stampaggio ad iniezione di termoplastici rinforzati La tecnologia dello stampaggio ad iniezione di termoplastici rinforzati a fibre lunghe è in uso da poco tempo. Permette di stampare manufatti con fibre superiori ai 10 mm., i quali, oltre a preservare le doti di leggerezza, presentano elevate proprietà meccaniche. Le fibre utilizzate possono essere di vetro oppure di altri materiali come il carbonio. Questa tecnologia, che può essere utilizzata anche sulle presse convenzionali, è applicabile, allo stato dell'arte, con due modalità: la prima consiste nell'introdurre nella tramoggia la fibra di vetro rivestita con il polimero desiderato, sotto forma di pellets, facilmente rinvenibili sul mercato perché offerti da varie aziende; la seconda, nell'introdurre il polimero e le fibre di vetro preimpregnate del polimero da processare (chopped strands), dopo aver effettuato l'operazione di dosaggio e miscelazione con specifici dosatori. E' possibile scegliere la lunghezza massima desiderata. Qualunque sia la modalità adoperata, è necessario preservare le caratteristiche delle fibre durante il processo di plastificazione. Per risolvere questo problema, il produttore della pressa dimensiona opportunamente specifiche geometrie della vite, della valvola e dell'ugello, e correda la pressa di un modulo software adeguato. I campi di applicazione sono diversi, data la versatilità della tecnologia. È usata con ottimi risultati nell'automotive perché trova numerose applicazioni nella produzione di componenti strutturali e semistrutturali, ma anche nei settori degli articoli sportivi, del giardinaggio e degli elettrodomestici, che richiedono componenti caratterizzati da leggerezza e robustezza. S'integra molto bene con la tecnologia di inietto-compressione, combinandole. È possibile ottenere fibre di maggiore lunghezza ed una migliore omogeneità della loro distribuzione e del loro orientamento. Le fibre, infatti, si orientano disponendosi su due assi (bi-assiale), mentre nell'iniezione convenzionale si orientano su un solo asse (mono-assiale), lungo i canali di riempimento della cavità e si vanno a concentrare in prossimità dei gomiti e dei restringimenti. 4. Inietto compressione L'inietto compressione è una tecnologia di stampaggio in uso dalla seconda metà degli anni'90. Permette di rendere più efficace il rapporto tra lunghezza di flusso e spessore di parete del manufatto plastico da stampare. Richiede minori pressioni di riempimento, rispetto ai processi tradizionali, e consente di utilizzare una minore forza di chiusura per completare il processo.
La sua applicazione si sviluppa in due fasi: nella prima, si effettua il riempimento dello stampo in posizione aperta ed in bassa pressione; nella seconda, si procede al compattamento del materiale plastico con la chiusura e la compressione dello stampo. Le due fasi possono avvenire simultaneamente o in sequenza, in base delle necessità. L'inietto compressione accoppia la qualità e la precisione, proprie dei manufatti compressi, con l'elevata capacità produttiva ed i considerevoli risparmi dei manufatti iniettati. I vantaggi conseguiti sono molteplici: l'operazione di riempimento avviene in bassa pressione la forza richiesta per la realizzazione del manufatto è inferiore rispetto a quella utilizzata nell'iniezione tradizionale le tensioni residue del manufatto sono minimizzate i manufatti presentano una stabilità dimensionale ed una omogeneità delle proprietà meccaniche eccellenti si ottengono manufatti di classe A una minore sollecitazione meccanica dello stampo, con conseguente riduzione dell'usura dello stesso l'ampliamento delle possibilità di impiego dei materiali termoplastici in sostituzione di quelli tradizionali L'inietto compressione è assolutamente vantaggiosa nello stampaggio di oggetti con superficie curva, definiti come 2,5 D, come, ad esempio: strutture a guscio pannelli porta body panel plance paraurti front end
5. Retro-stampaggio La tecnologia del retro stampaggio (back moulding) è in uso da oltre 10 anni. Consiste nell'iniettare del materiale all'interno di uno stampo, dopo avervi depositato in precedenza un inserto (insert-moulding), o una pellicola (in mould decorating), o un tessuto (textile moulding). Le possibilità di applicazioni sono molteplici, anche se ciascun caso presenta specificità proprie. La sua applicazione si sviluppa in tre fasi: nella prima, si carica l'inserto all'interno dello stampo, mediante un apposito dispositivo automatico nella seconda, a chiusura avvenuta, si effettua l'iniezione classica nella terza, si apre lo stampo e si estrae il manufatto con lo stesso dispositivo utilizzato per il deposito dell'inserto. Il dispositivo può essere dotato di doppio organo di presa. Questa tecnologia offre diversi vantaggi, tra cui il più importante è la possibilità di realizzare un manufatto plastico utilizzando le presse ad iniezione, che, rispetto ad altre macchine, raggiungono cadenze produttive molto elevate. Ha un ampio spettro d'uso perché ottiene eccellenti risultati in tutti i settori di applicazione, dall'automotive all'elettrodomestico, dall'imballaggio al casalingo. 6. Stampaggio assistito con fluidi supercritici (brevetto MuCell) E' una tecnologia di stampaggio innovativa, che è stata sviluppata e brevettata a livello internazionale dalla americana Trexel. Permette di creare e distribuire, in maniera uniforma nel polimero termoplastico, microscopiche celle di gas, da 5 a 50 microns, attraverso l'immissione di fluidi supercritici, quali l'azoto o l'anidride Carbonica, nel contenitore durante la fase di plastificazione. Le celle di gas si espandono durante la successiva fase di riempimento in bassa pressione, determinando una riduzione della densità finale dell'articolo dal 10 al 60%, in ragione dell'applicazione eseguita e del materiale impiegato. La sua applicazione richiede: un gruppo di iniezione equipaggiato di una vite con rapporto L/D maggiorato pari a 26-28D un'unità per l'iniezione del gas uno specifico modulo software.
I vantaggi conseguiti sono: riduzione del costo di produzione dei manufatti (minor materiale e minore tempo ciclo) limitazione degli scarti di produzione aumento delle proprietà meccaniche dei manufatti particolarmente complessi, grazie all'eliminazione dei risucchi e delle deformazioni causati dai ritiri del materiale durante il raffreddamento minori temperature di plastificazioni unità di chiusura inferiori, a parità di spessore, in quanto sono richieste pressioni di iniezioni inferiori ottimizzazione del flusso, con conseguente diminuzione della viscosità del materiale. Non è consigliabile nello stampaggio di manufatti di classe A per la presenza delle micro-celle di gas. Tutte le tipologie di resina possono essere processate perché non ci sono controindicazioni. 7. Stampaggio assistito con gas Il processo consiste nell iniettare gas, normalmente azoto, nella massa fusa iniettata nello stampo. Ciò può avvenire prima della fine della iniezione (short shot) oppure alla fine quando lo stampo è completo con una carica prefissata. Il risultato è che viene esercitata da parte del gas una pressione sulle pareti mentre si raffreddano e solidificano. Inoltre si formano all interno dei condotti cavi. Risultano particolari senza tensioni residue e alleggeriti Per approfondire ulteriormente si faccia riferimento ai siti: www.italtech.it e www.gasinjection.com Per la tecnologia MuCell si veda: www.trexel.com/techinfo.html Per aggiunte e commenti: info@myplast.com