Come coniugare le tecnologie tradizionali con quelle innovative

PoliMill, in collaborazione con GF Machining Solutions, HEIDENHAIN, Team3D, Haimer e UCISAP, ha organizzato un incontro per illustrare come integrare i processi di lavorazione e migliorare l’efficienza dello stampo.

di Alberto Marelli

“Integrare i processi di lavorazione e migliorare l’efficienza dello stampo” è il titolo del workshop tenutosi lo scorso aprile e organizzato da PoliMill, il laboratorio di tecnologia meccanica all’interno del Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano, in collaborazione con GF Machining Solutions, HEIDENHAIN, Team3D, Haimer e UCISAP.
L’incontro, incentrato sulla realizzazione live di uno stampo per bottiglie di plastica, è stato accompagnato da interventi multidisciplinari per mostrare come si possano coniugare in modo efficiente tecnologie di lavorazione tradizionali e innovative: additive manufacturing, fresatura, testurizzazione laser e marcatura, elettroerosione. “Il successo degli stampisti italiani dipende dalla loro reazione alle sfide poste dal mercato, a come adottano nuove tecnologie come l’additive manufacturing ed il laser texturing e da come investono in automazione, potenziamento della forza lavoro e attrezzature in genere. Con un’attenzione particolare verso le attività indirizzate all’industrializzazione di processo e Fabbricazione Stampi 4.0.”, ha spiegato Andrea Romanini, Key Account Manager di GF Machining Solutions SpA. “Questo percorso richiede nuovi concetti nella costruzione degli stampi che possano aumentare qualità, produttività, flessibilità ed efficienza e nello stesso tempo ridurre i tempi di consegna.
GF Machining Solutions, come fornitore di soluzioni e di innovazione, grazie a un portafoglio di prodotti unico si pone nel ruolo di partner per affiancare le aziende che ricercano competitività”.
La scelta di tenere il workshop presso il laboratorio PoliMill non è stata casuale. “Attraverso il laboratorio PoliMill vogliamo essere un supporto concreto alle aziende per le attività di ricerca e sviluppo”, ha spiegato il Professor Massimiliano Annoni del Politecnico di Milano. “Il nostro obiettivo è di integrare all’interno del laboratorio tutte le attività richieste per trasformare le idee in prodotti”. Nel laboratorio sono infatti presenti centri di lavoro per asportazione truciolo, macchine di taglio laser, di taglio ad acqua, testurizzazione laser oltre a sistemi di test e di misura.

Comparto in continua crescita
Nel mondo del packaging, e in particolare in quello più specifico delle bottiglie di plastica, la nozione di “consumo di massa” assume un ruolo sempre più rilevante. “Ogni secondo nel mondo vengono vendute oltre 20.000 bottiglie di plastica”, ha affermato Romanini. “Gli analisti si aspettano nei prossimi anni un ulteriore incremento dovuto alla crescita demografica che potrebbe portare alla produzione di circa 580 miliardi di bottiglie entro il 2021. A questo proposito, le tecnologie che possono migliorare la produttività sono fortemente desiderate. Ne deriva che i requisiti di qualità richiesti sul componente finale in plastica siano sempre più elevati. L’uso di materiali trasparenti, design contemporaneo, riciclabilità o forme uniche punta ad attirare i consumatori. La risultante è un continuo impulso a investimenti nella direzione del design al fine di differenziare i prodotti e ridurre i costi”.
Per il workshop è stato scelto quindi di realizzare un neck ring, inserto per l’iniezione di plastica di preformati che vengono usati per la creazione di bottiglie di plastica. “Il raffreddamento del neck ring è un aspetto critico nel processo di iniezione. Il tempo ciclo è molto importante e la geometria del collo è complessa, quindi difficile da stampare”, ha sottolineato Romanini.

Creazione di canali conformali
Nella moderna produzione di un neck ring si devono associare in modo efficiente tecnologie tradizionali e innovative. Una di queste è sicuramente l’additive manufacturing per la creazione dei canali conformali. “Gli stampi convenzionali tipicamente hanno canali di raffreddamento lineari, principalmente dovuti ai limiti tecnologici della foratura, fresatura o elettroerosione”, ha spiegato Romanini. “Grazie all’impiego della tecnologia additiva è possibile invece creare canali conformali per il riscaldamento e raffreddamento di stampi che curvano e seguono fedelmente la geometria che deve essere prodotta, migliorando la gestione termica dello stampo. Tutto ciò porta a un incremento della produttività e a un miglioramento della qualità della parte stampata”.
GF Machining Solutions è in grado di supportare l’utente nella fabbricazione additiva grazie all’impianto AgieCharmilles AM S 290 Tooling, espressamente sviluppato per il settore degli stampi e delle matrici. Un mandrino MacroMagnum System 3R è completamente integrato nel sistema di lavorazione. In combinazione con il software Reference Point Calibration, esso permette la collocazione assoluta dei pezzi sul piano X/Y della piattaforma di lavorazione che, in particolare, supporta la lavorazione di pezzi ibridi. Inoltre, integra la gestione della piattaforma di lavorazione con altri processi per separare pezzi in lavorazione o riallestire accuratamente le piattaforme per il riutilizzo.
Il mandrino integrato è pensato per essere utilizzato insieme a pallet standard (utilizzati, ad esempio, per i pezzi ibridi) o a piattaforme di lavorazione equipaggiate con un elemento di riferimento standard. Questo migliora considerevolmente la capacità di integrazione del processo di additive manufacturing a monte e a valle dell’intero processo produttivo.
L’inserto ibrido per stampi è la soluzione più economica per pezzi caratterizzati da sezioni geometricamente semplici e complesse. A seconda del materiale e delle dimensioni, tali componenti ibridi possono essere creati generando direttamente il pezzo mediante produzione additiva sopra la base prodotta convenzionalmente o finendo i due pezzi separatamente per poi assemblarli.
GF Machining Solutions assicura un valido supporto in vari aspetti della tecnologia additiva: progettazione, simulazione e integrazione nel processo produttivo.
Nel campo della fabbricazione additiva, di grande importanza si sono dimostrati i nuovi sistemi di cambio pallet MiniPal e MasterPal di System 3R, sviluppati appositamente per migliorare l’integrazione della fabbricazione additiva nella catena del processo produttivo.

Le operazioni di finitura superficiale
Dopo il processo di realizzazione tramite tecnologia additiva, il neck ring passa direttamente alla fase di finitura superficiale realizzata tramite fresatura. Presso il laboratorio PoliMill il componente è stato lavorato su un centro di fresatura Mikron Mill S 400 U di GF Machining Solutions, equipaggiato con mandrino Step-Tec, motori lineari e sistema di termostabilizzazione che permette di mantenere la precisione nell’ambito di pochi micron anche lavorando con tutti e cinque gli assi in simultanea.
La serie di mandrini OptiCool di Step-Tec garantisce la stabilità termica del mandrino, ma non solo: la limitazione del trasferimento di calore naturale al supporto del mandrino (per esempio, l’asse Z) è impostata sul quantitativo più basso possibile al fine di mantenere la geometria della macchina. È anche disponibile il mandrino CoolCore, che supera i limiti del raffreddamento dello statore tradizionale per abbassare la temperatura e ridurre al minimo le oscillazioni termiche nell’albero rotante raffreddato ad acqua.
Una serie di moduli smart machine incrementano ulteriormente la produzione di stampi e di forme complesse. Per esempio, l’Operator Support System assicura tempi ciclo estremamente brevi e la massima produttività, a cui si aggiunge un’elevata finitura delle superfici. Il movimento più uniforme ottenuto da OSS extreme ottimizza i processi dei produttori di stampi secondo le loro priorità (tempo, precisione o qualità della superficie). La velocità di avanzamento generale più alta riduce poi il tempo di produzione. Di conseguenza il tempo di lavorazione è fino al 30% più breve.
La funzione Econowatt consente invece alla macchina di scaldarsi, con un risparmio in termini di tempo ed energia. In questo modo i produttori di stampi possono iniziare il processo di lavorazione con la massima precisione fin dal principio.

Più efficiente e proficua l’operatività in officina
HEIDENHAIN ha preso parte al workshop fornendo ai partecipanti la propria esperienza nel campo della fresatura. Durante l’incontro gli specialisti HEIDENHAIN hanno approfondito le funzioni innovative dei controlli numerici TNC per rendere più efficiente e proficua l’operatività in officina. Tra queste spiccano la AVD (smorzamento attivo delle vibrazioni) e la CTC (compensazione di errori di posizione di assi accoppiati nel TCP) del pacchetto Dynamic Precision che migliorano notevolmente l’accuratezza di traiettoria delle macchine utensili anche con avanzamenti elevati e movimenti complessi.
Inoltre è stato presentato il pacchetto di funzioni Connected Machining che consente di integrare il controllo numerico nella rete aziendale rendendo possibile l’interazione con i reparti coinvolti nella produzione. “In particolare, tramite il software per PC StateMonitor, Connected Machining consente di verificare lo stato della lavorazione in corso mettendo a disposizione informazioni utili per la pianificazione e la gestione flessibile delle commesse”, ha sottolineato Alberto Cattaneo, Service and Application Manager di HEIDENHAIN ITALIANA.

Software e consulenza di alto livello
Gli aspetti legati alla progettazione e allo sviluppo dei percorsi utensili sono stati seguiti da Team3d, una realtà altamente qualificata sul territorio italiano nella vendita e formazione di soluzioni CAD, CAM, CAE e PLM di Siemens Industry Software e un consulente preparato per assistere le aziende nel delicato intento di “svecchiare” i processi aziendali e ridefinire la produttività.
“Oltre a tecnici dedicati alle soluzioni Teamcenter, NX e Solid Edge, Team3d ha integrato nell’organico esperti nei settori CAE, CAM, e Stampi rendendo così l’azienda un partner affidabile e completo per le diverse esigenze degli stampisti”, ha spiegato Antonio Martinelli, Sales Director di Team3D.

Tecnologie per il calettamento
Gli utensili utilizzati durante le lavorazioni di fresatura sono stati calettati con le macchine della serie Power Clamp di Haimer. Il costruttore tedesco ha recentemente introdotto le nuove macchine calettatrici Power Clamp della serie i4.0.
“I nuovi modelli di macchine – ha spiegato Fabio Capone, Responsabile Tecnico presso Haimer Italia – si chiamano Premium i4.0, Sprint i4.0 e Comfort i4.0 e, come lascia trasparire il nome, sono Industry 4.0 ready e idonei per la connettività di rete. Inoltre, essi hanno un nuovo software intuitivo ulteriormente semplificato e un display da 7” idoneo per officine che si può utilizzare anche con sottili guanti da lavoro”. Su richiesta, le macchine Power Clamp 4.0 possono essere equipaggiate con uno scanner, che consente la lettura dei parametri di taglio dai Data Matrix. In questo modo è possibile un calettamento automatizzato.

Tecnologia laser
All’interno del processo produttivo del neck ring, la tecnologia laser è stata impiegata per creare il filetto sul componente stampo, il modello presente in laboratorio è una LASER P 400 di GF Machining Solutions. I modelli di macchine laser ed i relativi software GF dedicati sono in grado di rispondere alle esigenze del mercato assicurando la possibilità di realizzare texturing sia estetiche che funzionali. Nel caso specifico il processo di lavorazione del neck ring, oggetto di questo workshop, ha visto il Laser protagonista nell’esecuzione del filetto, tradizionalmente realizzato con il processo di fresatura a 5 assi. Le molteplici soluzioni offerte da una tecnologia alla costante ricerca di innovazione dei processi consentono in alcuni casi di superare i limiti operativi delle frese nelle lavorazioni all’interno di piccole cavità. Nell’ultima fase del processo viene utilizzata la tecnologia di elettroerosione a filo per separare il neck ring dal suo mini pallet. Grazie ai pallet System 3R questa operazione risulta molto più semplice e veloce e permette di collegare direttamente il pallet master per separare più componenti contemporaneamente. nnn