Senator: milioni di penne in bioplastica stampate a iniezione

Le penne a sfera della serie Bio Pen sono realizzate in PLA (Foto Engel)

Una tradizione centenaria e quattrocento milioni di pezzi all’anno in un’ampia gamma di colori e materiali rendono Senator sinonimo di penna a sfera in tutta la Germania. L’azienda, con sede a Groß-Bieberau, vanta una leadership nel mercato europeo e un ottimo posizionamento a livello mondiale, acquisiti grazie alla continua ricerca di tecnologie all’avanguardia finalizzate al miglioramento dell’efficienza produttiva e allo sviluppo di soluzioni capaci di incontrare il consenso delle diverse generazioni di consumatori. Dal 2018 è tornata nelle mani della famiglia fondatrice, che sta improntando la strategia di business sulla sostenibilità di prodotti e processi, con occhio attento al risparmio energetico e di materie prime, e sempre di più sull’impiego di plastiche “green”.

Un impegno a tuttotondo

Le bioplastiche sono sempre più richieste dal mercato degli articoli promozionali. Fino al 2017, Senator ne trasformava approssimativamente dalle 50 alle 60 tonnellate, quantità quasi quadruplicata solo due anni dopo. La scelta di proporre strumenti di scrittura in acido polilattico (PLA), però, non è frutto della tendenza del momento, ma risale a più di dieci anni fa ed è stata compiuta per una buona ragione. «Per produrre un chilogrammo di PLA si rilascia nell’atmosfera approssimativamente un chilogrammo di anidride carbonica, che equivale a circa un quarto di quella generata dalla stessa quantità di un polimero convenzionale» spiega Michael Monitzer, responsabile della produzione e membro del consiglio di amministrazione dell’azienda, descrivendo i benefici per l’ambiente. «Anche i pigmenti utilizzati per colorare le penne sono di origine naturale» sottolinea. Tuttavia, nonostante il consumatore, in fase di acquisto, tenda a preferire un prodotto sostenibile, non manifesta la stessa attenzione quando deve smaltirlo a fine vita. Non solo. «Le penne a sfera, comprese quelle in bioplastica, spesso finiscono tra i rifiuti indifferenziati per mancanza di un sistema di raccolta adeguato, pertanto abbiamo deciso di impegnaci anche su questo fronte: infatti, oggi stiamo testando un processo di lavorazione che ricicla il PLA precedentemente utilizzato per altri prodotti» continua Michael Monitzer. «La nostra attenzione, però, non si concentra solo sulle bioplastiche, ma anche sui materiali riciclati, ponendoci di fronte a una sfida particolarmente ardua».

Flessibilità, un requisito irrinunciabile

La precisione è fondamentale nello stampaggio a iniezione dei singoli componenti di una penna a sfera. Quando si utilizzano le plastiche “vergini” è necessario prestare una grande attenzione per rispettare i ristretti margini di tolleranza richiesti dall’applicazione, ma con i materiali riciclati, di origine bio o di ultima generazione, la produzione di componenti di qualità elevata richiede un know-how specifico. Al fine di garantire tali requisiti, occorre impostare con la massima precisione i tempi di permanenza del materiale nel gruppo di iniezione, la durata dell’iniezione, gli stampi e i sistemi di raffreddamento. Ad esempio, gli stampi preposti alla fabbricazione del fusto della penna vengono riempiti attraverso tre punti di iniezione, poiché il fuso deve seguire lunghi percorsi di flusso. Sintetizzando i requisiti specifici richiesti per la fabbricazione di una penna a sfera, il direttore del reparto di stampaggio a iniezione, Alfred Kopp, spiega: «Utilizziamo uno stampo a 24 impronte, dotato di un sistema di distribuzione del fuso bilanciato in modo da garantire il riempimento omogeneo di tutte le impronte. Nella lavorazione dei biomateriali, invece, uno dei segreti per ottenere parti in grado di soddisfare tutti i requisiti ottici e geometrici consiste in una corretta impostazione del tempo di permanenza del fuso nella vite».

Anche la pressa a iniezione svolge un ruolo cruciale e, nel caso di Senator, un requisito irrinunciabile è la massima flessibilità. «La nostra produzione prevede lo stampaggio di manufatti destinati a ordini diversi l’uno dopo l’altro, con materiali plastici differenti, per i quali utilizziamo lo stesso stampo dal momento che la forma dell’oggetto è la stessa, mentre cambiano il colore e la materia prima utilizzata» continua Alfred Kopp, che nel reparto può contare sulla presenza quasi esclusiva di presse senza colonne Engel victory di vario tonnellaggio. «Ciò significa che la geometria della vite deve essere idonea per tutti i materiali lavorati, mentre i parametri impostati sulla pressa variano. Se poi si considera che processiamo materie prime di ogni tipo, dalle resine riciclate alle bioplastiche, ai polimeri convenzionali, e con additivi differenti, è facile immaginare come ogni lotto sia diverso dall’altro».

Il meccanismo a scatto delle penne a sfera è un componente minuto, ma deve durare nel tempo e rispettare margini di tolleranza nell’ordine di pochi centesimi di millimetro per poter risultare idoneo all’assemblaggio automatizzato (Foto Engel)

Milioni di pezzi senza difetti ogni giorno

La precisione svolge un ruolo particolarmente importante, non solo per garantire che il meccanismo a scatto della penna a sfera funzioni correttamente, ma anche per l’elevato grado di automazione dei passaggi a valle. «Questi meccanismi rappresentano una sfida ardua, perché vengono assemblati automaticamente nel nostro reparto dedicato, e devono integrarsi alla perfezione gli uni con gli altri. Parliamo di tolleranze nell’ordine di pochi centesimi di millimetro» sottolinea Michael Monitzer, per rendere l’idea dei requisiti da rispettare. «Nei periodi di massima richiesta, lo stabilimento di Groß-Bieberau sforna ogni giorno fino a 2 milioni di penne a sfera d’alta qualità e non possiamo rischiare di rallentare la produzione. Per questo motivo tutte le impronte di uno stampo devono produrre manufatti perfettamente identici, con le stesse dimensioni. Nemmeno il fusto deve eccedere le tolleranze di concentricità prefissate, perché anche il processo di marcatura del materiale promozionale è ampiamente automatizzato».

Tra le caratteristiche costruttive che consentono alle presse senza colonne Engel victory di assicurare tutta la precisione richiesta si distinguono i due dispositivi Force Divider che, situati dietro il piano mobile, distribuiscono in modo uniforme la forza di chiusura sull’intera superficie dello stampo, in modo che tutte le impronte vengano mantenute chiuse con la medesima forza. «Grazie ai Force Divider, i piani delle presse senza colonne raggiungono livelli di parallelismo molto elevati e la massima precisione appare particolarmente evidente nelle applicazioni multi-impronta, durante le quali è possibile ottenere manufatti di peso e geometria costanti in una sola stampata» spiega Alfred Kopp.

Il sistema Force Divider distribuisce in modo uniforme la forza di chiusura sull’intera superficie dello stampo, permettendo di ottenere pezzi della medesima qualità (Foto Engel)

Controllo e gestione di ogni fase della produzione

Nonostante l’ampia varietà di materiali e colori, Senator garantisce la consegna entro pochi giorni. Per conseguire tale risultato, l’azienda ha deciso di implementare TIG authentig, un software (MES) per la completa gestione della produzione. Quando viene emesso un ordine, il sistema trasmette i dati principali del processo di stampaggio dal computer host alla pressa a iniezione selezionata dove, dopo un’ultima regolazione dei parametri da parte dell’operatore, si procede alla produzione. Data la varietà degli articoli, è necessario programmare continui riattrezzaggi: nel caso delle 43 macchine a iniezione Engel, si parla di 4-5 operazioni programmate ogni settimana, che richiedono però solo circa 20 minuti grazie all’accesso al gruppo di chiusura libero da ostacoli.

Secondo Erik Würkner, responsabile della gestione della produzione, la tecnologia senza colonne offre anche altri vantaggi: «La manipolazione da parte del robot diventa più agevole e lo spazio a disposizione per la movimentazione dello stampo è più ampio, perché non vi sono colonne che interferiscono con i movimenti del paranco» sottolinea. «Inoltre, è possibile montare stampi più grandi su macchine di tonnellaggio inferiore, dal momento che i piani portastampo possono essere sfruttati fino ai bordi per accogliere lo stampo. Questo incrementa la nostra flessibilità in fase di produzione, nonché l’efficienza energetica».

Le presse a iniezione Engel victory senza colonne offrono ampi spazi per l’installazione dello stampo e la manipolazione dei manufatti (Foto Engel)

Efficienza energetica, un elemento chiave della sostenibilità

La sostenibilità occupa oggi una posizione di primaria importanza per l’azienda. «La lunga durata delle nostre penne ha un effetto chiaramente positivo sull’ambiente, perché la vita utile rappresenta un fattore determinante per la sostenibilità, anche se spesso trascurato» spiega Erik Würkner. «Considerando infatti l’intero ciclo di vita di un prodotto, si osserva che l’incidenza del processo di fabbricazione sul cambiamento climatico è inversamente proporzionale alla sua durata utile». Allo scopo di migliorare ulteriormente tale effetto, Senator ha in progetto di ridurre significativamente il consumo energetico in fase di produzione. L’azienda, già titolare di una certificazione ISO 14001 e che impiega esclusivamente energia elettrica generata da fonti rinnovabili, quest’anno intende ottenere anche la certificazione ISO 50001.

Le presse Engel victory contribuiscono in maniera significativa a incrementare l’efficienza energetica dell’intero stabilimento. Il sistema servo-idraulico ecodrive abbatte le perdite di energia che sono solitamente dissipate attraverso l’acqua di raffreddamento, il cui consumo diventa quindi un altro indicatore dell’efficienza energetica della macchina. «In molte applicazioni, le servo-elettriche victory raggiungono livelli di consumo comparabili ai modelli completamente elettrici» rivela Erik Würkner. «Un altro trucco consiste nell’ottimizzare i tempi ciclo. Ecco perché, al momento, stiamo testando la possibilità di integrare negli stampi dei sistemi di raffreddamento prodotti con la tecnica dell’additive manufacturing, che consentirebbero di abbattere la durata del raffreddamento». Ulteriori spunti per migliorare l’efficienza energetica consistono nel ridurre al minimo i picchi di consumo in fase di avvio oppure utilizzare una pressa di tonnellaggio inferiore, soluzione resa possibile dalla tecnologia senza colonne. Inoltre, l’impiego di una pressa più piccola offre una serie di altri vantaggi, in particolare nella lavorazione delle bioplastiche termosensibili, come ad esempio la riduzione del tempo di permanenza del fuso nel gruppo di iniezione, anch’esso di dimensioni minori.

Un carrello a forca a guida autonoma aiuta gli operatori delle presse nelle attività intralogistiche movimentando scatole piene e vuote (Foto Engel)

Nel futuro c’è la digitalizzazione

Per un’azienda come Senator, che fabbrica centinaia di milioni di pezzi all’anno di penne e articoli promozionali, l’automazione, che comprende anche aspetti come la documentazione e la tracciabilità, svolge un ruolo essenziale. Nel futuro, però, c’è un reparto di stampaggio a iniezione dotato di un sistema di produzione altamente automatizzato, basato sulla tecnologia RFID, che consente di tracciare i singoli manufatti stampati fino alla pressa. «È il mio sogno» confessa Michael Monitzer. Tali considerazioni presuppongono anche un sistema di trasporto dei materiali interno al reparto di produzione, che consentirà di automatizzare l’intera sequenza del processo in base agli ordini, dall’alimentazione del materiale sulla pressa al prelievo del pezzo e dall’assemblaggio del manufatto all’invio o allo stoccaggio dei prodotti, il tutto in linea con i principi dell’Industria 4.0. «Per riuscire a restare competitivi in Germania, abbiamo ancora molto da imparare da altri settori e molto lavoro da fare in Senator» conclude Michael Monitzer.

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