La situazione attuale, caratterizzata dall'emergenza ambientale, vede nel lightweighting uno dei driver principali che ispirano l'innovazione di prodotto e di processo. Con riferimento alla tecnologia di stampaggio ad iniezione delle materie plastiche, il peso dei componenti stampati rappresenta sempre più spesso uno dei principali fattori critici di successo del progetto insieme alle prestazioni meccaniche e/o all'estetica.

Due esempi eloquenti sull'importanza dell'alleggerimento strutturale sono i settori del Packaging e l'Automotive. Il Packaging, perchè il costo delle materie prime ha spesso un peso rilevante sul costo complessivo del prodotto e si registra un impatto significativo in termini di volumi dei materiali di scarto da post-consumo. Il settore Automotive, perchè la diminuzione del peso complessivo delle auto, determinato dal peso relativo dei componenti, è una delle chiavi della riduzione dei consumi di carburante.

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Laboratory
Contacts
Andrea Aicardi
Alberto Donia
Mariacristina Gherpelli
Specialization Area
Meccatronica e Materiali
Keyword
Tecnologie per lightweighting
Stampaggio a iniezione materie plastiche
Materiali per applicazioni green
Simulazione CAE per polimeri espansi
Catena di trasporto per macchine automatiche da packaging ottenuta con stampaggio a iniezione bimateria di un polimero strutturale e un elastomero per aumentare il grip sul prodotto.
Product description

Il Servizio di GHEPI consiste nel supportare il Cliente nello sviluppo di Progetti per lo stampaggio con Polimeri Espansi. Il Progetto viene gestito dalla funzione di Project Management e si articola in diverse fasi, a seconda della complessità del progetto stesso.

Le fasi principali dello sviluppo di un Progetto sono: analisi di fattibilità per la definizione dei requisiti di Progetto, selezione dei polimeri idonei all’applicazione (non tutti i polimeri si possono espandere), design review sul progetto del Cliente, progettazione e modellazione 3D, simulazione fluidodinamica (specifica per polimeri espansi), analisi FEM, FMEA, risk analysis, prototipazione.

Dopo le fasi di R&S ed engineering si passa alla fase di industrializzazione con la progettazione e costruzione stampo, collaudo stampo e campionatura articolo (prima impostazione dei parametri di processo), sperimentazione con i polimeri selezionati (comportamento in stampaggio, parametri di controllo e piano di campionamento), messa a punto dello stampo e successiva campionatura per la definizione degli standard di processo, process capability.

Vi sono due modalità per ottenere Polimeri Espansi: chimica e fisica. La modalità chimica consiste nell'impiego di additivi chimici in % sul polimero vergine che reagiscono al calore durante il processo di stampaggio. La modalità fisica avviene attraverso una tecnologia di impregnazione del polimero con gas inerti prima o durante la plastificazione del polimero.

Innovative aspects

E' opportuno premettere che lo sviluppo di nuovi materiali, additivi specifici e tecnologie per lo stampaggio di polimeri espansi si sta ampliando in relazione alla doverosa spinta verso la sostenibilità ambientale, impressa anche dagli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

L'impiego di polimeri espansi per la sostenibilità ambientale ha come scopo principale l'alleggerimento strutturale dei componenti in quanto le emissioni di CO2 sono correlate all'energia impiegata nel funzionamento e nel movimento di macchine e impianti.

Oltre alla suddetta riduzione di peso dei prodotti, i polimeri espansi offrono vantaggi significativi di tipo funzionale, come l'isolamento termico ed acustico, qualitativo come la riduzione dei ritiri, delle deformazioni e dei risucchi in particolare sui prodotti ad elevato spessore o con geometrie complesse e spessori non omogenei.

Vi sono inoltre vantaggi sul processo produttivo grazie alla riduzione dei tempi ciclo, della pressione specifica e della temperatura dello stampo con ulteriori risparmi di energia.

Potential applications

Con riferimento all'obiettivo dell'alleggerimento strutturale finalizzato ad una maggiore sostenibilità ambientale dei prodotti, si può ritenere che l'impiego di Polimeri Espansi sia applicabile in modo trasversale alla grande maggioranza di applicazioni industriali e settori merceologici.

In seguito ad alcune sperimentazioni possiamo ritenere questa tecnologia assolutamente affidabile e promettente.

Al momento, abbiamo alcuni Progetti in valutazione nei seguenti settori: Automotive, Macchine professionali da giardinaggio, Impianti di filtrazione acque reflue, Macchine da packaging.

Esempio di potenziale applicazione: Basamento motore per macchine operatrici ad uso professionale.
Application example

"Guarnizione Superiore"

Riportiamo come esempio concreto un'applicazione con Polimeri Espansi in modo fisico che consiste in un articolo tecnico con funzione di isolamento termico installato in una macchina professionale per la produzione di gelato artigianale.

Application description and results

In questo caso, l'esigenza primaria non era rivolta alla sostenibilità ambientale.

La selezione dei polimeri ha portato ad individuare un Polimero Espanso, nello specifico un ABS Food contact, in ragione della criticità costituita dalla geometria con elevati spessori, necessaria per assolvere alla funzione di isolamento termico.

Il Polimero Espanso ha permesso quindi di mantenere una elevata stabilità dimensionale, caratteristica in antitesi con gli elevati spessori, ed evitare risucchi e/o deformazioni che avrebbero richiesto lavorazioni di finitura post-stampaggio.

Se il prodotto fosse stato industrializzato con polimeri da barra tramite lavorazione di macchina utensile, avrebbe un peso superiore a quello con il polimero espanso stampato ad iniezione e ci sarebbe molto scarto di materia prima dovuto alla lavorazione con asportazione di truciolo.

Involved partners

Il progetto è stato gestito da GHEPI in codesign con il Cliente.

 

Implementation Time
0,5 mesi di R&S, 2 mesi stampo/industrializzazione
Technology Readiness Level
TRL 9 - sistema reale testato in ambiente operativo
Exploitation

I Polimeri espansi in modo Fisico rappresentano un ambito molto innovativo.

In GHEPI abbiamo attivato un Progetto di R&S per creare una casistica di applicazioni e maturare esperienze specifiche in materia.

Stiamo anche sviluppando un programma di comunicazione al fine di informare e sensibilizzare eventuali Partner che possano beneficiare di questa tecnologia ma non ne siano a conoscenza.

Guarnizione Superiore in ABS Food contact espanso con funzione di isolamento termico per Macchine di produzione del gelato artigianale
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