Nel panorama delle tecnologie per lo stampaggio a iniezione l’inietto-compressione non è una novità, come non lo è la sua applicazione nella produzione di lenti ottiche di precisione o di parti di grandi dimensioni e di spessore sottile per il settore automobilistico. Riduzione delle deformazioni, delle tensioni interne e del ritiro, con conseguente eliminazione dei difetti, sono i principali vantaggi, decisamente apprezzati soprattutto nello stampaggio di vetrature in policarbonato. Scopriamo perché e come ottenerle.
Grandi e senza difetti
Nello stampaggio a iniezione di manufatti con grandi superfici (fino a un metro quadrato) e pareti relativamente sottili (3-6 millimetri), il percorso della massa fusa è piuttosto lungo. Quindi, quando le aree della parte più lontane dal punto di iniezione cominiano a raffreddarsi – e al contempo inizia la fase di ritiro, non subendo più l’effetto della pressione di iniezione –, quelle vicine al punto di iniezione si trovano ancora alla temperatura di fusione e sotto la spinta della massima pressione di iniezione. Ne derivano tensioni interne rilevanti, differenze di ritiro e deformazioni vistose, che influiscono sulla planarità e stabilità dimensionale della parte. Tutto questo, nel caso delle vetrature in policarbonato, provoca significativi difetti ottici con ondulazioni, variazioni dell’indice di rifrazione e conseguente deformazione dell’immagine.
L’inietto-compressione
Per risolvere il problema, il costruttore austriaco di macchine a iniezione Engel, in collaborazione con la veneta INglass, nel 2004, ha iniziato a sperimentare e industrializzare la tecnologia dello stampaggio a inietto-compressione applicata alle vetrature per auto (plastic glazing), mettendo a punto un nuovo processo denominato Glazemelt. Tanto innovativa quanto efficiente rispetto ai metodi fino ad allora adottati (per esempio, l’integrazione nello stampo di un costoso e complesso modulo di compressione), la tecnologia prevede l’iniezione della massa fusa a stampo parzialmente aperto (3-4 millimetri) e la successiva formatura del pezzo attraverso una compressione omogenea, che si ottiene senza alcun modulo di compressione nello stampo, ma semplicemente attraverso la chiusura dello stampo utilizzando soltanto i quattro cilindri di pressione della pressa, una Engel duo.
I vantaggi dell’inietto-compressione
Naturalmente, lo stampo deve essere realizzato in modo da contenere la massa fusa all’interno, evitando fuoriuscite laterali. Per ottenere questo risultato, generalmente si impiega una cornice perimetrale mobile, comandata dalla pressa attraverso un attuatore idraulico. Inserendo i sensori di pressione nella cavità dello stampo in prossimità dell’iniezione e nelle zone più lontane, si osserva che nell’inietto-compressione la pressione ha un andamento costante nei vari punti dello stampo. Inoltre, la temperatura del pezzo stampato è pressoché identica in ogni punto. La parte stampata, quindi, ha tensioni interne minime e ritiro omogeneo, e di conseguenza deformazioni minime, a fronte di proprietà meccaniche e resistenza all’urto migliori. L’analisi del pezzo mediante un polarimetro circolare evidenzia che l’assenza di tensioni interne permette di raggiungere qualità ottiche elevatissime, oltre a una migliore applicabilità del trattamento anti graffio e anti raggi UV realizzato con resine siliconiche o con deposizione di SiOx mediante trattamento al plasma. E, last but not least, anche le proprietà meccaniche e la resistenza all’urto ne risultano migliorate.
Un altro vantaggio importante della tecnologia è la possibilità di utilizzare presse con forza di chiusura inferiore rispetto allo stampaggio tradizionale, perché durante l’inietto-compressione la pressione specifica sul materiale si riduce a un terzo.
Parallelismo: un requisito essenziale
La produzione di manufatti di qualità elevata non può prescindere dall’impiego di una macchina a iniezione adeguata, cioè provvista di un gruppo di chiusura che garantisca il completo parallelismo dei piani e dello stampo, ottenibile solo attraverso il controllo preciso della posizione delle colonne. Per raggiungere l’obiettivo, il gruppo di chiusura delle Engel duo, a due piani, è dotato di quattro cilindri di pressione, che “tirano” le quattro colonne generando la forza di chiusura. I cilindri di pressione sono dotati di sensori che misurano la posizione delle colonne rispetto al piano fisso. I trasduttori ad alta risoluzione utilizzati per la misura della posizione delle colonne sono in grado di registrare errori di parallelismo dei piani e dello stampo con una precisione di 0,05 millimetri.
Controllo del processo integrato nella macchina
L’unità di controllo CC 300 della macchina è provvista di un software in grado elaborare i dati ricevuti dai trasduttori di posizione e di regolare indipendentemente la posizione di ognuna delle quattro colonne, agendo sulle quattro valvole proporzionali che comandano i quattro cilindri di pressione. In pratica, il sistema funziona come l’ABS delle vetture che, modulando la pressione idraulica dei quattro freni, mantiene il veicolo parallelo alla strada.
L’unità di controllo non si limita a questo: infatti, può essere utilizzata per una serie di funzioni aggiuntive, come la misura e la regolazione indipendente del movimento della corsa, l’ottimizzazione della forza di chiusura e la precisione dei movimenti per l’inietto-compressione.
Tanti pezzi, tante varianti
Il processo di inietto-compressione può essere impiegato per stampare manufatti con caratteristiche e criticità differenti. Per adattarsi a ogni applicazione, Engel ha sviluppato quattro pacchetti ICM: Base, Profi, Expert e Tecomelt.
Funzionamento sequenziale
Il pacchetto Base è dedicato agli end user che producono manufatti simmetrici di grandi dimensioni con punto di iniezione centrale, che non necessitano della regolazione attiva del parallelismo. Durante lo stampaggio di queste parti, tipicamente moduli delle portiere dell’auto in LFT (termoplastici rinforzati con fibre lunghe) oppure coperchi del motore, dopo la fase di riempimento delle impronte a stampo parzialmente aperto (tipicamente da 2 a 6 millimetri), lo stampo viene chiuso e assume la sua posizione finale applicando una corsa di compressione predefinita attraverso i quattro cilindri di pressione del gruppo di chiusura della pressa. La corsa e il parallelismo dello stampo vengono monitorati dal software di misura della corsa ogni 6 millisecondi e inviati al controllo CC 300 per la visualizzazione e la regolazione. Si può scegliere se operare basandosi sulla pressione oppure sulla velocità.
Regolazione attiva del parallelismo in chiusura
Il pacchetto Profi utilizza sistematicamente le funzioni di controllo del parallelismo, rese possibili dal gruppo di chiusura della pressa duo per la compressione di parti grandi e con punto di iniezione asimmetrico. È pensato, quindi, per manufatti come le vetrature in policarbonato trasparente che, per ovvi motivi, non consentono l’iniezione centrale. Iniettando lateralmente si generano forze da un solo lato dello stampo, che tendono a far aprire lo stampo asimmetricamente con seri compromessi sulle qualità ottiche ed estetiche dei pezzi stampati in assenza del sistema di controllo del parallelismo. La regolazione singola della posizione delle quattro colonne risolve il problema, mantenendo sempre parallele tra loro le due metà dello stampo.
Il pacchetto Profi permette anche di effettuare la fase di inietto-compressione in parallelo all’iniezione coordinando – tramite un’apposita strategia di controllo – il riempimento della cavità contemporaneamente alla chiusura dello stampo, ottimizzando il riempimento e la velocità di ingresso della massa fusa. Inoltre, come già anticipato, diminuiscono il tensionamento e la deformazione dei pezzi stampati, mentre la pressione specifica sul materiale si riduce a un terzo rispetto a quella dello stampaggio tradizionale, rendendo possibile la produzione di un vetro della superficie di un metro quadrato mediante una pressa con forza di chiusura di circa 2.000 tonnellate.
Per il pacchetto Profi – in rare applicazioni che richiedono al contempo velocità di iniezione e di coniatura massime – può essere presa in considerazione l’installazione di un sistema di accumulatori, dimensionato per fornire la massima velocità ai quattro cilindri di pressione contemporaneamente all’iniezione.
Controllo del parallelismo in chiusura e apertura
Alle caratteristiche di Profi, il pacchetto Expert aggiunge una chiusura dello stampo di precisione combinata con un’apertura di precisione, entrambe con controllo del parallelismo dello stampo. Questa tecnologia consente di ottimizzare la velocità del fronte di movimento della massa fusa nello stampo, con l’obiettivo di mantenerla costante, così da riuscire a ottimizzare le qualità ottiche, estetiche e funzionali del manufatto. In pratica, durante la prima fase di iniezione, lo stampo, che è già parzialmente aperto, si apre ulteriormente sotto la pressione del materiale in ingresso, permettendo un aumento della sezione di passaggio e un più rapido riempimento. Conclusa questa prima breve fase, lo stampo viene richiuso con le stesse modalità previste dal pacchetto Profi.
Expert non è pensato solo per ottenere manufatti di proprietà ottiche ed estetiche elevatissime. Il pacchetto è ideale anche nello stampaggio bi-materiale di vetrature rifinite con una cornice in colore più scuro (assimilabile alla bordura serigrafata sui vetri delle auto), che contiene gli elementi di fissaggio alla scocca della vettura. In questo caso, la fase di inietto-compressione viene ripetuta due volte nel medesimo ciclo di stampaggio, con un bloccaggio selettivo dei due semistampi.
Anche per decompressione
Oltre alla funzione ICM, il pacchetto Expert permette di stampare manufatti con uno strato di rivestimento esterno compatto e l’interno in espanso. L’apertura di precisione – con il controllo del parallelismo dello stampo – crea, infatti, le condizioni necessarie per lo sviluppo controllato della struttura espansa. Gli agenti espandenti aggiunti alla resina o alla massa fusa possono essere additivi chimici oppure agenti espandenti fisici quali azoto o anidride carbonica allo stato di fluido supercritico (tecnologia MuCell di Trexel o Engel Dolphin).
Decorazione in stampo con IML e IMD
A chi desidera stampare manufatti di grandi dimensioni dalla superficie decorata, con inserti in materiale tessile o con film – In Mould Labelling (IML) o In Mould Decoration (IMD) – è dedicata invece la tecnologia Tecomelt. In questi casi, è importante assicurare una bassa pressione nella cavità dello stampo per non rovinare l’inserto, ma anche non sottoporre l’inserto o la pellicola a sforzi tangenziali, che potrebbero portarli fuori posizione o danneggiarli.
La produzione di questi pezzi viene effettuata iniettando il materiale nello stampo aperto, con una pressione di iniezione minima; la fase di compattazione, che avviene per compressione, garantisce che la medesima forza sia applicata uniformemente su tutta la superficie del manufatto, evitando sforzi tangenziali sull’inserto decorativo. Le caratteristiche qualitative vengono garantite dall’impiego dell’intera gamma delle possibilità consentite dal controllo del parallelismo dello stampo e dalla libera programmazione dei cicli del CC 300, ma anche dall’aggiunta di un “tension frame control” che mantiene in tensione il tessuto o l’etichetta.
La tecnologia Tecomelt viene utilizzata con successo anche nella produzione di vetrature in policarbonato provviste di un film superficiale anti graffio e anti UV, che permette di ottenere pezzi pronti da montare sulla vettura già all’uscita dallo stampo, e quindi di evitare ulteriori processi di finitura.
