Nel contesto dello stampaggio di materiali termoindurenti, la gestione del calore rappresenta da sempre un elemento cruciale per ottenere qualità costante, tempi ciclo competitivi e, soprattutto, processi energeticamente sostenibili. Le tecnologie tradizionali, basate su resistenze metalliche e circuiti di regolazione a fluido, hanno raggiunto nel tempo un limite fisiologico: pur ottimizzate, difficilmente superano il 75% di efficienza energetica e impongono inerzie termiche che condizionano l’intero processo produttivo.
Da queste considerazioni nasce Nexus, un sistema sviluppato da Cannon che propone un approccio completamente nuovo alla termoregolazione dello stampo, fondato sulle proprietà intrinseche dei materiali compositi. L’obiettivo è semplice nella teoria, ma rivoluzionario nella pratica: riscaldare solo ciò che serve, nel minor tempo possibile, riducendo al minimo sprechi energetici e dispersioni.
Un nuovo paradigma nella gestione del calore
Alla base della tecnologia Nexus vi è l’idea di sfruttare le proprietà fisiche dei compositi non solo come rinforzo strutturale, ma come vere e proprie sorgenti di calore integrate nel corpo dello stampo. Ciò consente di ottenere ramp-up termici estremamente rapidi – fino a 30°C al minuto – e un controllo locale della temperatura molto più preciso rispetto ai sistemi a fluido.
All’interno dello stampo è così possibile creare aree termiche differenziate, separate da gradienti di soli pochi millimetri: un risultato particolarmente utile nei processi dove la cinetica di reazione del materiale deve essere modulata con cura. La natura modulabile dei compositi offre inoltre la possibilità di progettare lo stampo con proprietà “su misura”, calibrando la rapidità di riscaldamento, la conducibilità trasversale o la distribuzione del calore in funzione delle esigenze del pezzo da produrre.
Dall’intuizione alla validazione industriale
Lo sviluppo del sistema Nexus ha richiesto oltre dieci anni di sperimentazione, iniziata nel 2015 con la volontà di migliorare l’efficienza dei processi RIM e HP-RTM. La letteratura disponibile sull’impiego delle fibre di carbonio come elementi riscaldanti era limitata e questo ha spinto il team di Cannon a condurre internamente una serie di caratterizzazioni elettriche e termiche per comprenderne a fondo il comportamento. Sulla base dei dati raccolti è stato costruito un modello matematico in grado di simulare il funzionamento di uno stampo composito con riscaldamento integrato.
Prima ancora della realizzazione di un prototipo, sono state prodotte piastre composite riscaldate secondo il principio Nexus. Questi test preliminari hanno permesso di confrontare simulazione e realtà, di ottimizzare la disposizione dei riscaldatori e di definire la corretta sequenza dei materiali. Il passaggio successivo è stato la realizzazione di uno stampo dimostrativo, studiato per replicare le condizioni operative di un processo RIM per schiume poliuretaniche.
Le prove sul campo hanno confermato i risultati teorici in modo sorprendente: la qualità dei pezzi realizzati si è dimostrata equivalente a quella ottenuta con le tecnologie più consolidate, mentre i consumi energetici si sono ridotti di oltre il 70%. La rapidità di riscaldamento, inoltre, ha ridotto drasticamente i tempi necessari per portare lo stampo in temperatura, passando da circa un’ora a pochi minuti.
Un impatto significativo per il settore automotive
Il primo ambito applicativo scelto da Cannon è quello della produzione dei cuscini sedile per il settore automotive (vedi foto d’apertura e a lato, ndr), tradizionalmente caratterizzata da impianti molto grandi, cicli rapidi e consumi energetici elevati. In una linea tipica con 42 stazioni operative, attive su tre turni per la maggior parte dell’anno, l’adozione della tecnologia Nexus può comportare un risparmio superiore ai 270 MWh annui. A questo si aggiunge la drastica riduzione della massa dello stampo – fino al 90% in meno rispetto a uno equivalente in alluminio – che semplifica la progettazione dei caroselli, diminuisce i carichi movimentati dai mould carrier e riduce ulteriormente i consumi globali dell’impianto.
Il sistema elimina inoltre l’uso dei fluidi termici, come oli diatermici o miscele di glicole, con benefici non solo economici ma anche ambientali, poiché si evitano rischi di dispersione e costi di smaltimento.
Il controllo dinamico della temperatura permette infine di accorciare ulteriormente il ciclo produttivo, aumentando la produttività senza la necessità di investire in nuove presse. È un vantaggio significativo in un settore che muove circa 75 milioni di veicoli l’anno e che rinnova continuamente le proprie linee e le proprie attrezzature. Cannon stima di poter raggiungere in pochi anni il 30% del mercato europeo degli stampi per cuscini sedile, utilizzando i primi progetti industriali come piattaforma di consolidamento e ulteriore ottimizzazione della tecnologia.
Il ruolo dei materiali compositi nella transizione energetica
Ciò che rende possibile la tecnologia Nexus è la capacità dei materiali compositi di unire funzioni tradizionalmente separate: lo stampo non è più soltanto un elemento strutturale e di contenimento, ma diventa contemporaneamente sorgente di calore, conduttore e isolante, a seconda della configurazione dei materiali impiegati, garantendo un’elevata possibilità di personalizzazione del processo.
L’eliminazione dei fluidi termici, il minor peso delle attrezzature e la possibilità di gestire la temperatura in modo rapido e preciso contribuiscono nel loro insieme a ridurre l’impatto ambientale dell’intero impianto. In questo senso, Nexus rappresenta non solo un’innovazione tecnologica, ma una nuova filosofia di progettazione dei sistemi produttivi, capace di influenzare positivamente anche settori diversi dall’automotive, come ad esempio la produzione di serbatoi termici per impianti domestici a pompa di calore, attualmente in rapida espansione.
