L efficienza energetica nella trasformazione delle materie plastiche. Giorgio Ramella 8 settembre 2014



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ALLROUNDER 320 C GOLDEN EDITION Distanza tra le colonne: 320 x 320 mm Forza di chiusura: 500 kn Unità iniezione (conforme a EUROMAP) 100, 170

ALLROUNDER 570 C GOLDEN EDITION Distanza tra le colonne: 570 x 570 mm Forza di chiusura: 2000 kn Unità iniezione (conforme a EUROMAP) 800

ALLROUNDER 420 C GOLDEN EDITION Distanza tra le colonne: 420 x 420 mm Forza di chiusura: 1000 kn Unità iniezione (conforme a EUROMAP) 290

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ALLROUNDER 920 A Clamp-Design Distanza tra colonne: 920 x 920 mm Forza di chiusura: 4600, 5000 kn Gruppo iniezione (conforme a EUROMAP): 1300, 2100

ALLROUNDER 820 A Clamp-Design Distanza tra colonne: 820 x 820 mm Forza di chiusura: 3700, 4000 kn Gruppo iniezione (conforme a EUROMAP): 1300, 2100

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ALLROUNDER 570 S. Distanza tra le colonne: 570 x 570 mm Forza di chiusura: 1600, 2000, 2200 kn Unità iniezione (conforme a EUROMAP) 400, 800, 1300

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Transcript:

L efficienza energetica nella trasformazione delle materie plastiche Giorgio Ramella 8 settembre 2014

Proplast centro R&D privato, organizzato come consorzio, rappresentante gli «attori» delle materie plastiche e dell industria di processo Missione

1998 2008 Le nostre sedi

Attività e Finanziamenti 45 dipendenti 4 M turnover Progetti R&D finanziati Quote associative Servizi e consulenze tecniche Servizi RU (ricerca/selezione & training)

Categorie di associati 185 Aziende 9 Associazioni industriali 13 Università 3 Fondazioni ed enti pubblici 210 associati

Aziende ed Enti Associati Materiali e compound (22) Macchinari, strumenti, sistemi di produzione (28) Centri R&D, laboratori, misto (53) Produttori, realizzatori di stampi, end user (66) Packaging Medicale Stampaggio tecnologico Automotive Elettrico & Elettronico Miscell.

Formazione Le nostre attività

DESIGN: Ottimizzazione design del manufatto MATERIAL: Scelta del miglior materiale (metal replacement) TECHNOLOGY: Scelta tecnologia di processo vincente

Design: Ottimizzazione FEM Metodo numerico per definire la distribuzione di materiale ottimale in un «design space» definito. Basic Concepts (vincoli, condizioni operative, ecc.) Interfacce con altri sistemi (masse, contatti) Differenti casi di carico (sollecitazioni statiche, dinamiche, urti, vibrazioni, fatica, creep). Vincoli di design derivanti dalle tecnologie di manufacturing diverse per differenti materiali

Design for stiffness Trigger per dispenser detersivo Design iniziale Design finale (versione 5) F(30 ) F min = 13 kg 14 kg 10 kg 7 kg 5 kg F(30 ) = +180% F/weight = +80% Rispetto all originale

Design for stiffness Caso con F = 4 kg 19 11 11 7 5 Design originale Design finale (versione 5) F(30 ) = +180% F/weight = +80% ϑ (4 kg) = -74% 5 7 11 19 σ vm (4 kg) = -45% Rispetto all originale

Design for lightness Analisi del processo di stiro-soffiaggio Verifica delle condizioni di processo Previsione degli spessori finali del manufatto

Design for lightness Analisi delle prestazioni del manufatto soffiato Mappatura spessori e rapporti di stiro nei modelli FEM Valutazione differenti design Valutazione riduzione spessori (decadimento performance) Valutazione elementi di rinforzo (costolature, anelli di irrigidimento) Differenti load cases SOFT/CARBONATED DRINKS HOT FILL PRODUCTS F Burst Top load Top load Hotfill Squeeze

Design for lightness Analisi delle prestazioni del manufatto soffiato Valutazione zone critiche Alleggerimento localizzato F 11 bar 13 kg

Design for lightness Analisi delle prestazioni del manufatto soffiato Valutazione zone critiche Sgrammatura localizzata F Riduzione spessori mirata

Material: Metal replacement Leggerezza intrinseca densità mat. plastici/compositi 0,2 0,35 rispetto acciaio 0,5 0,8 rispetto leghe leggere Rigidezza modulo elastico mat plastici/compositi 0,05 0,3 rispetto acciaio 0,2 0,8 rispetto leghe leggere Misc Versatilità/range proprietà Resistenza alla corrosione Libertà di design (integrazione di funzioni)

Material: Metal replacement Conoscenza/caratterizzazione materiali Tecnopolimeri (termoplastici/termoindurenti) PP, PA, PEI.. Epossidica, poliestere.. Fibra/rinforzo Vetro Carbonio Corte/lunghe/continue Random/chopped, mat, fabric, UD Processo/microstruttura Stampaggio a iniezione Materiali espansi/microcellulari Stampaggio a compressione RIM RTM, autoclave...

Material: Metal replacement Conoscenza/descrizione microstruttura Caratterizzazione virtuale Matrice + rinforzo + microstruttura Influenza processo-prestazione Orientamento fibre Dimensione e distribuzione celle Variazione locale proprietà meccaniche Compositi multi-strato Descrizione layup delle lamine (spessore, orientazione layer) Proprietà del laminato vs direzione di carico

Material: Metal replacement

Material: Metal replacement Obiettivo Sostituzione e alleggerimento di un pannello metallic sp. 2 mm Soluzione Struttura sandwich Carbonio/PP con anima in PP caricato con fibra di vetro

Process: stampaggio iniezione Determinazione dell efficienza energetica Riferita al materiale Entalpia HD-PE, PA PP PA 6, PET LD-PE, POM PC PS, ABS Energia necessaria per plastificare 1 kg di materiale* 0.125 0.14 0.17 0.19 0.21 0.22 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Entalpia specifica [kwh/kg] 24 Fonte: Arburg

Process: stampaggio iniezione Energia fornita chiller termoregolatore canali caldi Pressa Essicatore alimentatore Raffreddamento a temperatura ambiente Calore disperso Energia dissipata 25 Fonte Arburg

Caratteristiche del processo MuCell Process: Mucell microcellular moulding 1. Riduzione della viscosità intrinseca della resina termoplastica mediante iniezione di Azoto o CO 2 in fase supercritica 2. Formazione di una struttura microcellulare nel core del component stampato grazie all espansione del gas iniettato.

Process: Applicazioni MuCell Office- Equipment Automotive Industry & Electric/ Electronic Packaging Semi conductors

Process: esempi tecnologie MODULO AIRBAG Riduzione peso di circa 30% rispetto alla versione ottenuta per stampaggio ad iniezione classica di PA 6 - GF, È prodotto con una lastra di Tepex-dynalite in PA 6 con 47% di fibre continue, sovrastampato con PA 6 Lanxess Durethan contenente 40% di fibre di vetro corte. (fonte KraussMaffei)

Process: esempi tecnologie PEDALE FRENO AUTO Sx: pedale realizzato interamente in PA 6 GF. Dx: pedale realizzato in PA 6 fibro rinforzato, pesa la metà di un pedale freno in acciaio. (fonte Lanxess)

Process: esempi tecnologie Pannello posteriore John Deer, ottenuto con processo di stampaggio RIM. E uno dei più grossi oggetti prodotti con questa tecnologia (1,5 x 2,5 m ). Notevole risparmio di peso: circa la metà rispetto l originale in metallo.

Process: esempi tecnologie Coppa olio Mercedes-Benz prodotta in stampaggio con PA Zytel (fonte DuPont - Engel) Notevole risparmio di peso: - 30%.

Design Conclusioni La riduzione del peso dei componenti inizia dalla progettazione del componente Strumenti di analisi e ottimizzazione a supporto della progettazione Design for function Scelta del materiale L utilizzo di materiali plastici/compositi apre la strada per il lightweight design Potenzialità dei materiali plastici/compositi Complessità dei materiali plastici/compositi Design for material Processo L utilizzo del processo tecnologico migliore in relazione al materiale scelto amplia le potenzialità intrinseche del materiale Permette di esaltare le caratteristiche più rilevanti per l applicazione (leggerezza, performance meccaniche, estetica, produttività, risparmio energetico, ecc.) Process based-design

Proplast - Consorzio per la promozione della cultura plastica Strada Savonesa, 9-15057 Rivalta Scrivia AL Tel: +39 0131-1859711 Fax: +39 0131-1859788 E-mail: proplast@proplast.it www.proplast.it