Tracciabilità e incisione laser dei componenti pressofusi

Il processo produttivo dei componenti pressofusi richiede l’inserimento dei requisiti di identificazione (individuale) per il 100% delle parti prodotte. Questo obiettivo può essere raggiunto tramite diverse tecnologie che analizzeremo in questo articolo, con un approfondimento particolare sull’incisione laser e sui vantaggi che la caratterizzano.

La tracciabilità delle parti è sempre più richiesta non solo per applicazioni critiche in termini di sicurezza, ma anche per un numero crescente di applicazioni lungo l’intera catena del valore e in diversi settori industriali. I componenti pressofusi non fanno eccezione. Essendo un mercato in forte crescita data la varietà delle sue applicazioni, non sorprende che la tracciabilità e la marcatura dei componenti pressofusi stiano diventando un argomento di grande attualità. Tutti i componenti fusi hanno oggi requisiti di identificazione (individuale) per il 100% delle parti prodotte. Questo non solo consente l’accesso immediato ai dati sulla lega e sul processo in caso di incidente, ma contribuisce anche a migliorare la qualità componente, la gestione della catena produttiva e la logistica. Questi requisiti stanno diventando sempre più importanti, sia durante la fase di sviluppo (per l’identificazione rapida di difetti e le relative modifiche dei parametri di processo), sia per la produzione in serie. Ci sono diverse tecnologie oggi in commercio per marcare questi componenti, ciascuna con vantaggi e svantaggi intrinseci. Quando bisogna scegliere la tecnologia giusta per marcature sui componenti pressofusi, entrano in gioco diversi fattori di valutazione:

• Necessità di ridurre il tempo ciclo
• Superfici irregolari
• Temperature elevate dei componenti da trattare
• Superfici da trattare sporche
• Necessità di leggibilità del codice anche dopo molto tempo
• Difficoltà di fissaggio e posizionamento del pezzo all’interno del cabinet o comunque in posizione corretta sotto la testa laser
• Necessità che le incisioni laser siano leggibili anche dopo processi aggressivi, come la sabbiatura, la verniciatura, l’anodizzazione e l’elettrodeposizione, talvolta in combinazione

Il tempo di ciclo è fondamentale. Un sistema che funziona senza problemi indipendentemente dalle variazioni delle tolleranze, anche a una notevole distanza, non a contatto, senza manutenzione sarebbe quindi ideale. Questo può spesso rendere la marcatura laser l’unica tecnologia idonea a questo scopo. L’integrazione del processo di incisione laser in fabbrica o in linea richiede una certa esperienza, una conoscenza delle esigenze del settore, del funzionamento dei robot, e un’attenta regolazione dei parametri. Molti dei prodotti disponibili in commercio non sono sufficienti per un progetto di tracciabilità di successo di componenti fusi. La stretta collaborazione con fornitori ed esperti tecnici è importante per ottenere successi iniziali e continui.

Tecnologie per la tracciabilità

Etichette e targhette

Etichette e targhette sono state utilizzate per decenni per identificare le parti. Consistono in un substrato stampato che viene incollato sulla superficie della parte. Tali etichette non sono più considerate adatte per le parti in alluminio per diversi motivi. Innanzitutto, il rischio che queste etichette si stacchino dai componenti durante le fasi successive del processo o durante l’uso delle parti è molto alto. Le etichette spesso non sono leggibili, quindi le parti sono irreperibili per scopi di inventario. Inoltre, c’è un costo associato ai consumabili per l’applicazione delle etichette e spesso anche costi aggiuntivi di manodopera. Superfici irregolari e/o sporche possono anche rendere difficile l’applicazione delle stesse e la necessità quindi di trovare soluzioni alternative non sempre semplici e comode. Ciò può essere aggravato dalle elevate temperature di molte parti in alluminio, che aumentano ulteriormente i costi dei consumabili quando sono necessari materiali ad alta temperatura.

La stampa a getto d’inchiostro

La stampa a getto d’inchiostro implica l’uso di un dispositivo con un’apertura di ugello piccola, spesso microscopica. L’inchiostro viene applicato direttamente sulla superficie della parte. Anche se è possibile creare etichette colorate (come con carta e plastica), la durata del marchio dipende dalla qualità dell’inchiostro utilizzato e da una grande quantità di fattori ambientali. L’inchiostro può, ad esempio, essere influenzato dall’aggressione chimica, dai solventi semplici, dall’abrasione meccanica o semplicemente può spalmarsi prima di essiccare. I trattamenti superficiali come la sabbiatura, il lavaggio, l’incisione e il rivestimento di conversione possono facilmente cancellare tali marcature, o renderle molto difficili da leggere.

Le marcature dirette nello stampo

Le marcature dirette nello stampo (dove i marchi sono direttamente integrati nello stampo) sono comunemente utilizzate nella fusione sotto pressione, anche se non sono sufficienti nelle applicazioni in cui ciascuna parte individuale deve portare il proprio codice. Questo metodo può essere utilizzato per segnare informazioni come la lega utilizzata, l’impianto di produzione coinvolto, il logo del cliente o il giorno e il turno in cui è stata prodotta la fusione (ma non tipicamente l’ora o la sequenza). Può anche contenere informazioni sugli utensili o sulla cavità utilizzati. La marcatura diretta nello stampo non viene utilizzata per identificare informazioni individuali delle parti, come i parametri di processo.

Il Pin stamping e il dot peen marking

Il Pin stamping e il dot peen marking sono tecnologie comunemente utilizzate per la marcatura e il tracciamento dei pressofusi. Sebbene siano metodi consolidati, alcuni svantaggi sono evidenti. I codici applicati attraverso questo metodo sono duraturi poiché il marchio è inciso in profondità nel materiale. Purtroppo, essendo meccanico, questo processo è relativamente lento e può persino contribuire al tasso di scarto presso il colataio quando la ripetitività non è perfetta. La forma disomogenea delle fusioni sotto pressione può interferire dimensionalmente con i requisiti di spazio fisico della macchina a micropunti, poiché è richiesto il contatto diretto con il pezzo, così come una posizione molto precisa del pezzo. Oltre alla dimensione, anche la precisione è compromessa dall’uso di una punta meccanica su componenti così “delicati” e ad alte temperature.

L’incisione laser diretta

L’incisione laser diretta rappresenta una valida, rapida alternativa senza contatto alle soluzioni esposte finora. I costi dei consumabili si riducono a zero, mentre il contrasto e la leggibilità vengono massimizzati. Le incisioni realizzate sono una lavorazione superficiale che crea contrasto. Le tecnologie laser sono in grado di marcare con grande precisione, anche su superfici disomogenee e ad alte temperature e sono in grado di resistere ai processi successivi che il componente subisce, come la sabbiatura e la pallinatura.

I vantaggi del laser

Per realizzare incisioni laser si utilizza l’alta energia di un laser a fibra infrarosso pulsato, assorbita dalla superficie. In questo modo, si raggiunge la soglia minima di energia di degradazione del materiale. Ciò crea un marchio ad alto contrasto. Il laser è controllato dal computer, rendendo la marcatura di qualsiasi elemento semplice: un numero seriale, un codice a barre 2D, un codice a barre 1D, un logo e altro ancora. Inoltre, poiché il tempo di marcatura dipende, tra le altre cose, dalla potenza media del laser, è semplice adattare la potenza del laser per rispettare i requisiti di tempo di ciclo a costi minimi.

La tecnologia laser soddisfa tutti i criteri descritti sopra per l’identificazione delle fusioni sotto pressione, garantendo una tracciabilità perfettamente affidabile. Superfici ruvide e sagomate, spesso con un’ampia gamma e livello di pulizia della superficie, possono essere marcate senza problemi. Le superfici possono persino essere incise, pulite e leggermente levigate dal laser prima dell’applicazione effettiva del codice o del seriale. Lo sbiancamento dello sfondo e l’annerimento del codice a barre e del testo possono essere facilmente e rapidamente ottenuti al fine di migliorare la leggibilità.

Naturalmente, nel processo non viene applicato alcun colore effettivo! Il laser modifica invece la texture superficiale. I colori visibili risultano quando, dopo la marcatura, a livello microscopico una certa quantità di luce viene riflessa in modo diff uso (per renderla bianca) o intrappolata tra picchi e “valli” (producente il “nero”). Questo effetto può essere ottenuto introducendo una superficie ruvida di appena 0,1 mm o meno. Le caratteristiche nere sono di solito rialzate rispetto al resto della superficie, a meno che il pezzo non venga successivamente sottoposto a un post-processo (ad esempio, sabbiatura). In tal caso l’incisione deve essere protetta dalla superficie circostante. Per ottenere ciò, vengono effettuati passaggi multipli del laser al fine di rimuovere parte del materiale prima del processo di annerimento.

Le velocità utilizzate vengono quindi regolate per ottenere il contrasto desiderato. Sono possibili anche regolazioni per le temperature superficiali e le diverse leghe (e di solito con il vantaggio di tempi di marcatura ridotti). Gli ingredienti di lega, come le concentrazioni aumentate di silicio, possono effettivamente aumentare il contrasto ottenuto con un determinato set di parametri di marcatura laser. L’effetto della temperatura è particolarmente interessante per i marchi di dimensioni maggiori. La velocità di marcatura può fortunatamente essere aumentata insieme alla temperatura del metallo. Incrementando il wattaggio del laser, seguendo un rapporto quasi perfettamente proporzionale.

LASIT ha sviluppato molti sistemi di incisione laser per componenti pressofusi, sia in linea, sia integrati con robot, sia celle di lavoro autonome.