La finitura diventa smart

È il titolo dell’evento organizzato da UCIF, Unione Costruttori Impianti di Finitura, aderente ad ANIMA Confindustria, che ha rimarcato ancora una volta il primato italiano nel campo delle tecnologie per la finitura nel suo complesso.

 

di Mattia Barattolo

 

Nell’attuale contesto industriale internazionale, l’innovazione tecnologica passa inesorabilmente dalla digitalizzazione dei processi produttivi. Anche i diversi trattamenti superficiali a monte o a valle di una lavorazione, dalla verniciatura alla vibrofinitura passando per l’idrotrattamento, si stanno evolvendo in quest’ottica apportando ulteriore valore aggiunto al prodotto finito. 

L’Italia è da sempre un punto di riferimento mondiale in questo settore e UCIF, che rappresenta oltre il 58% della produzione italiana di macchine e impianti, è molto attenta a tutti i mutamenti tecnologici di questo comparto grazie anche al grande lavoro di Ricerca svolto dai propri associati.

Il convegno dal titolo “La finitura diventa SMART” (dove SMART non è solo intelligente ma anche acronimo di Surface Manufacturing Advanced Research Trends), tenutosi lo scorso 6 novembre, ha ancora una volta ribadito il ruolo chiave delle aziende italiane attraverso la presentazione di soluzioni innovative e di altrettanti vantaggi applicativi.

Alcune delle più importanti realtà del comparto, quali Fismet, Geico, Imf engineering, Ipcm, Olpidürr, Pangborn Europe, Poliefun, Rollwasch italiana, Rösler Italiana, Tecnofirma, Trasmetal, Verind, hanno infatti raccontato le loro esperienze (di cui riportiamo alcuni brani tratti dalle memorie più interessanti) in svariati ambiti applicativi nel settore della finitura, dalle tecnologie di verniciatura per il mondo automotive, alle vernici moderne, ai sistemi di pulizia robotizzata, ai sistemi di lavaggio, con particolare attenzione all’ecosostenibilità ambientale.

 

LAVAGGIO

 

Il processo di lavaggio in economia circolare

Il processo di lavaggio industriale ha acquisito negli ultimi anni un’importanza sempre crescente e fondamentale nei processi produttivi, sia come processo intermedio, sia come processo finale di pulizia. 

Negli ultimi anni si è poi manifestata l’esigenza di pulire non solo i prodotti finali, ma anche tutte le attrezzature, gli stampi, gli alloggiamenti che contengono il prodotto durante le varie fasi di

lavorazione.

Questa necessità di riutilizzo delle attrezzature, invece della loro sostituzione con nuove e dello smaltimento delle vecchie, si inquadra nel modello produttivo che si sta diffondendo a livello mondiale denominato Economia Circolare: limitare al massimo la produzione di rifiuti, mediante il riutilizzo.

Da qui la scelta di potenziare gli investimenti nella ricerca di soluzioni di lavaggio industriale altamente performanti, a basso impatto ambientale, con drastica riduzione dell’utilizzo di prodotti chimici e il potenziamento dell’impiego di sistemi meccanici. 

Molte aziende specializzate in impianti di lavaggio industriali hanno creato delle divisioni dedicate al lavaggio conto terzi mettendo a disposizione la propria esperienza per consentire aziende di affrontare nel modo migliore questo processo fondamentale della fase produttiva. 

Fismet, per esempio, ha lanciato il Fismet Service, un servizio in grado di offrire alla propria clientela tutte le tecnologie utilizzabili per il lavaggio industriale: impianti con

ultrasuoni, sistemi funzionanti con detergenti a base acquosa o con solventi ecocompatibili, con anidride carbonica, con vapore sovra saturo.

Ma non solo, l’azienda propone anche un servizio di consulenza e assistenza per le aziende certificate che consiste in periodici sopralluoghi di verifica delle performances dei loro impianti di lavaggio, seguito dalle relative relazioni tecniche contenenti gli esiti dei controlli effettuati.

Questa particolare attenzione al processo di lavaggio è dettata anche dalle stringenti normative in ambito nazionale ed europeo, per i materiali che vanno a contatto con gli alimenti o adoperati per il

settore cosmetico e farmaceutico, hanno richiesto un elevato grado di pulizia, al fine di evitare il rilascio di materiale inorganico o organico che potrebbe inficiare la qualità e la salubrità dei prodotti

con cui vengono a contatto.

Alcuni produttori, illuminati già da oltre un decennio, anziché smaltire i prodotti utilizzati per la lavorazione, si sono attivati per il loro riutilizzo, a seguito di pulizia e sanificazione, affidando a terzi il lavaggio dei propri stampi. 

In un mercato fortemente competitivo la qualità del prodotto finale, soprattutto in alcuni comparti strategici come quello dell’automotive, è di primaria importanza per cui anche la garanzia del pulito degli strumenti di produzione non si può sottovalutare, puntando sul riciclaggio, anziché lo smaltimento degli stampi, in un’ottica quindi virtuosa di pieno recupero, riducendo enormemente la quantità di plastica da smaltire. Fismet Service non solo ha raggiunto l’obiettivo di rendere riutilizzabili gli stampi, ma, dopo numerose ricerche, ha intravisto anche la possibilità di

utilizzare i residui del lavaggio, gli scarti, dopo opportuni processi di trattamento, in altri processi di lavorazione come ad esempio per la realizzazione di oggetti in terracotta (salvadanai, fioriere, statue ecc.). L’azienda sta inoltre studiando la miscelazione con prodotti cementizi per la realizzazione di

manufatti esterni la cui ricopertura ne valorizzerebbe l’aspetto estetico.

 

Qualità e flessibilità nel processo di lavaggio

Come detto in precedenza, in un contesto nel quale il mercato è sempre più orientato a un’elevata qualità accompagnata dalla versatilità delle soluzioni implementate, i produttori di sistemi di lavaggio devono essere in grado di proporre soluzioni flessibili in grado di rispondere in modo reattivo alle esigenze dettate da una pianificazione produttiva molto dinamica.

Un caso applicativo estremamente interessante è stato proposto da Tecnofirma che ha progettato soluzioni flessibili per lavaggio di motori ad alta prestazione.  

La sfida che l’azienda ha dovuto affrontare era di processare un elevato numero di componenti, in differenti fasi di lavorazione, con requisiti di pulizia molto stringenti in modo

veloce, efficace, efficiente ed economico. Trattandosi di motori di alta gamma i requisiti richiesti erano più stringenti e le tolleranze di accettabilità minime rispetto a motori di fascia più bassa. 

In particolare, i requisiti di pulizia e qualità prevedevano una quantità di particelle ammesse ≤ 500 μm, massimo 2 particelle oltre i 100 μm e residuo ponderale ≤ 2,5 mg.

Tecnofirma ha così sviluppato una singola lavatrice che integrasse differenti processi di lavaggio interoperazionali e finale in grado di essere altamente flessibile ed economicamente sostenibile.

Questa soluzione ha portato al cliente molti vantaggi competitivi potendo contare su un’unica macchina al posto di più lavatrici, conseguenti ingombri ridotti, consumi concentrato su una sola macchina e massima flessibilità.

Nella sua complessità questa lavatrice è un concentrato di svariate tecnologie potendo eseguire sbavature meccaniche, lavaggio ad alta pressione, lavaggio idrocinetico, lavaggio a ultrasuoni, soffiatura, risciacquo idrocinetico, risciacquo caldo, asciugatura sottovuoto e raffreddamento.

L’ottimizzazione della movimentazione dei pezzi prevede robot e pallet e “smart” pallet.

Il ricorso a robot di movimentazione e lavaggio ad alta pressione rende il processo flessibile e riconfigurabile per prodotti sostitutivi e aggiuntivi.

 

VERNICIATURA

Anche nel comparto della verniciatura il mercato richiede qualità, flessibilità, modularità, sostenibilità e, in linea con Industria., digitalizzazione. Da un moderno sistema di verniciatura i clienti si aspettano quindi concetti innovativi, automazione sia del processo, sia del rilevamento dei guasti, ottimizzazione dei cicli di vita del prodotto, riduzione dei parametri Capex e Opex, analisi dei dati di produzione nell’ottica di aumentare le prestazioni e facilitare la manutenzione. 

 

Verniciatura a polvere per pastiglie freno

Un esempio di tutto ciò è stato proposto da IMF Engineering che ha illustrato l’applicazione di tecnologie di verniciatura a polvere di pastiglie freno per auto e camion attraverso impianti con cabina a singola via (SPF).

L’impianto di verniciatura a polveri per pastiglie nasceva circa 30 anni fa sostituendo le tecnologie a vernice liquida. All’epoca la produzione si rivolgeva a un mercato di massa prevalentemente di pastiglie con materiale di attrito conduttivo, per cui vi era la necessità di realizzare impianti altamente produttivi. L’impianto di verniciatura doveva accogliere a monte l’intera produzione di differenti linee di fabbricazione. Per risolvere il problema venivano impiegati impianti detti multi-fila adatti ai materiali di frizione disponibili allora. L’evoluzione dei materiali di attrito, non più conduttivi, ha lasciato spazio a nuove tipologie di impianti per raggiungere richieste sempre più stringenti anche in termini di sicurezza. 

Contemporaneamente l’aumento della gamma di modelli disponibili e l’utilizzo di logiche di produzione orientata alla lean manufacturing hanno reso necessario un impiego più efficace della tecnologia di applicazione elettrostatica a polveri. 

L’impianto di verniciatura entra a fare parte di isole definite di produzione e non più il collettore di raccolta di diverse linee di fabbricazione a monte.

Ogni pastiglia prodotta pressata viene processata, in linea, passo passo, fino ad arrivare al prodotto finito.

L’evoluzione più naturale è stato rivedere il processo della verniciatura non su distese quantità di pastiglie disposte su larghi tappeti di verniciatura, ma dedicarsi al processo su un’unica pastiglia in un’unica fila.

Gli impianti moderni con cabina a singola via (SPF) per pastiglie freni constano di

una cabina di verniciatura con trasportatore dedicato, un sistema di applicazione polvere a ricircolo controllato della vernice, un forno di polimerizzazione e successivo raffreddamento. Il ciclo a una mano di polvere è sufficiente a garantire i livelli di protezione da corrosione richiesti nel settore, nonché soddisfare gli aspetti estetici.

Ovviamente, il materiale di attrito che caratterizza l’elemento frenante spesso non è conduttivo, pertanto necessita l’utilizzo di particolari accorgimenti per garantire il deposito della vernice sul supporto metallico. 

L’utilizzo di componenti tecnologicamente avanzati e il design innovativo per la facilitazione della manutenzione delle pistole di verniciatura, hanno permesso il raggiungimento di performance di impianto e di qualità di finitura del pezzo elevate.

La cura dell’ambiente di lavoro circostante l’area di applicazione ha ridotto interferenze e scarti di produzione.

Dimensione e forma delle pastiglie sono altre variabili di cui bisogna tener conto nel dimensionamento dell’impianto. La tecnologia deve prevedere l’utilizzo di strumenti automatici e/o manuali che possano garantire la ripetibilità dei risultati della verniciatura.

Poter dare agli operatori in linea degli strumenti capaci di guidarli, riduce la possibilità di errore umano che va a beneficio della qualità del prodotto finito.

 

Soluzioni eco in verniciatura

Anche nel settore della verniciatura le severe normative in fatto ambiente, ecosostenibilità dei processi produttivi e sicurezza nei luoghi di lavoro hanno indotto i produttori di impianti a studiare nuove soluzioni in linea con le attuali esigenze.

Su questi temi si sono basate alcune relazioni presentate al convegno UCIF.

Olpidürr ha presentato EcoDry X, una soluzione per sistemi di abbattimento overspray a secco per il risparmio energetico. Tali sistemi, rispetto a quelli a umido, si basano sul fatto che nella ventilazione di ricircolo nelle zone di verniciatura solo l’aria di rinnovo viene condizionata, mentre solo la quota parziale di aria estratta necessita il trattamento di abbattimento solventi.

I punti qualificanti del sistema EcoDry X sono l’assenza di parti in movimento nel flusso d’aria di ventilazione; la Sostituzione dei filtri esauriti in ogni momento, anche durante la produzione; design compatibile con utilizzo filtri standard disponibili sul mercato; separazione overspray multi-stadio; apertura verticale del trolley in fase di sostituzione filtri – non orizzontale. 

La filtrazione dell’overspry avviene con sistemi semplici e robusti, Ciascun trolley è dotato di 6 filtri in cartone non rigenerabili, il che significa bassi costi di esercizio, semplice utilizzo e semplice manutenzione. 

I sistemi EcoDry X, impiegati attualmente da numerosi Tier1 e OEM, permettono secondo i dati in possesso dell’azienda il 60% di risparmio energetico in confronto al classico sistema di abbattimento a umido.

 

Verniciatura automatica nell’automotive

Nel mercato automobilistico la tendenza in atto è quella di un aumento della richiesta di personalizzazioni (aree parziali multicolore, per esempio il tetto, elementi dinamici quali strisce, elementi complessi come loghi. Il mercato è al momento anche fortemente influenzato dall’aspetto green per cui si va verso una produzione ecologica e una differenziazione del prodotto, come per le vetture elettriche.

A fronte di queste variabili le case costruttrici si attendono sistemi produttivi, e quindi anche di verniciatura, che permettano di ridurre i costi di produzione (manodopera, prodotti vernicianti, energia, aria, prodotti per mascheratura ecc.), impianti flessibili per applicazioni in zone e con colori differenti, nessuna modifica al design della scocca e nessuna limitazione al flusso di produzione.

La verniciatura di 2 colori con il normale atomizzatore richiede la mascheratura manuale e la demascheratura delle superfici di contrasto (le superfici verniciate nella prima passata devono essere mascherate prima della seconda applicazione).

Questo significa per il processo di verniciatura o una linea completa di finitura aggiuntiva, oppure ogni scocca bicolore deve fare doppio “giro” nella linea di verniciatura con conseguente costo aggiuntivo per scocche bicolore e produzione ridotta.

EcoPainJet è il sistema offerto da Verind che garantisce il 100% di efficienza di trasferimento – nessun overspray, senza necessità di mascherare. Tutti gli ugelli si aprono e si chiudono contemporaneamente e il cambio colore (solo per colori solidi) è possibile. 

L’elevata affidabilità del processo è basata su procedure automatizzate. Un solo robot applica sull’intera superficie bicolore e la generazione delle traiettorie è dovuta a un software dedicato. 

 

FINITURA SUPERFICIALE

 

La finitura Microfluid

Rollwasch ha presentato il proprio processo brevettato di finitura superficiale Microfluid considerato dall’azienda stessa tra i più rivoluzionari immessi sul mercato.

In un processo di finitura superficiale tradizionale, come la sbavatura o la levigatura di

componenti in acciaio con una macchina circolare di vibrofinitura, gli elementi che compongono

il processo sono: la macchina (con frequenza a 1500 giri/min, l’ampiezza di circa 4 mm, la

capacità di circa 100 litri), il media di finitura (per esempio una carica di media ceramici triangolari

20×20 mm con alta abrasività tipo CB20TH), il composto di finitura (per esempio un composto

liquido levigante, con pH neutro, come RFC-120), il flusso d’acqua che, miscelato con il

composto, aiuta i media a rimanere attivi e tagliare efficientemente la superficie delle parti in

acciaio.

A differenza dei processi di finitura tradizionali, il processo Microfluid non utilizza media di

finitura abrasivi, come i media ceramici, ma utilizza “media vettoriali”. Un media vettoriale

è un media in grado di essere un «vettore» per un composto specifico, molto appiccicoso ed

aderente sia al media sia alla superficie del pezzo da lavorare, come i composti di finitura

Microfluid. Questi composti sono diversi da tutti i composti di finitura comuni, non essendo né

liquidi, né paste né polveri. I composti di finitura Microfluid sono in GEL. Questo composto

in GEL viene mescolato con abrasivi specifici e può essere facilmente dosato automaticamente

tramite opportune pompe.

Quindi, riassumendo in un esempio pratico, in un processo di finitura superficiale Microfluid

come sbavatura o levigatura di componenti in acciaio con una macchina circolare di vibrofinitura,

gli elementi che compongono il processo sono la macchina (con la sua frequenza 1500 giri/min,

la sua ampiezza di circa 4 mm, la sua capacità di circa 100 litri), il media di finitura (ad esempio

una carica di media “vettoriali” QF Pyrakon 20 mm. tipo QF20NPV), il composto di finitura (ad

esempio un composto GEL abrasivo, pH neutro, formulato per leghe d’acciaio come ABRAGEL-

850-TZ), il flusso d’acqua che, generalmente, è un flusso micro (circa 10 volte meno di un

classico processo di finitura), per aiutare il GEL a rimanere abbastanza umido ed aderente al

media vettoriale, per tagliare efficacemente la superficie delle parti in acciaio.

Il programma di composti chimici Rollwasch® è un programma speciale sviluppato in oltre 65

anni di attività continuativa ed intensiva di ricerca e sviluppo.

L’immagine a lato è un estratto di una pagina del catalogo riguardante la gamma di composti

in GEL serie Microfluid ed altri composti complementari – il programma è in continua

espansione e perfezionamento a causa della crescente domanda di processi di finitura

superficiale Microfluid.

Con i composti GEL Microfluid ed altri composti complementari è possibile progettare processi

complessi, composti da più fasi, partendo da un GEL molto aggressivo/abrasivo, ad uno con

taglio medio, fino ad uno fine e superfine, per ottenere il risultato in un unico ciclo composto da

più fasi con una sequenza automatica di passaggi.

Contrariamente in un processo di finitura convenzionale è possibile ottenere il risultato solo

spostando i pezzi da una macchina all’altra, da una carica di media in ceramica molto

abrasiva, a media di ceramica ad alto taglio, a un’altra carica di media plastici a medio taglio e infine una carica di porcellana per la lucidatura.

Sono abbastanza frequenti processi convenzionali in cui le parti vengono passate da una

macchina all’altra, specialmente quando è richiesta una qualità di finitura superiore.

Con il processo di finitura Microfluid questo è possibile con una sola macchina, con un

ciclo completamente automatico e, in alcune applicazioni, è possibile prevedere anche

un’asciugatura finale ad aria calda nella stessa macchina.

Il processo di finitura superficiale Microfluid è innovativo perché consente un ciclo

completamente automatico, quando è richiesto un processo di finitura “multitasking“, grazie

all’utilizzo di composti in GEL. Inoltre, è attuale e moderno in quanto consente di definire un log

di ogni ciclo effettuato gestibile in un database a supporto del sistema di qualità aziendale, o

dell’Industry 4.0.

Il processo di finitura superficiale Microfluid riduce il rischio di danneggiare i pezzi da trattare,

evitando di trasferire i pezzi da una macchina all’altra tramite scarico e carico. Allo stesso tempo

offre efficienza operativa, sicurezza e una soluzione che dipende più dalla macchina che

dall’operatore. Quest’ultimo fattore include, più che l’aspetto economico del «fattore umano»,

una filosofia di ripetibilità, costanti fattori di qualità e costanti fattori di costo che sono più

importanti dell’aspetto economico in molti processi di finitura moderni. Certamente, in molte

applicazioni l’aspetto economico, grazie all’automazione, diventa anche un fattore vincente,

contribuendo a ridurre i costi di ogni articolo prodotto, mentre, allo stesso tempo, i fattori di

qualità sono migliorati. Ultimo ma non meno importante, la riduzione dei consumi

idrici, delle emissioni di fanghi e dei costi relativi.

 

La finitura di componenti in additive manufacturing

La finitura di pezzi realizzati con metodi di produzione additiva (spesso indicata

come “stampa 3D”), per garantire i risultati qualitativi desiderati, richiede il coinvolgimento dell’intera catena di processo, dalla rimozione delle strutture di supporto alla raggiatura degli spigoli, e dalla lucidatura e lisciatura delle superfici alla preparazione per le successive fasi di verniciatura.

Da anni Rösler si impegna attivamente a offrire soluzioni complete e orientate ai processi per il trattamento di componenti realizzati con metodi di produzione additiva.

È possibile trattare pezzi praticamente in qualunque materiale, dalle plastiche ai metalli, e prodotti con le più svariate tecniche. Le opzioni disponibili sono innumerevoli: conferimento di un aspetto superficiale omogeneo, lucidatura con valori di rugosità molto bassi, lucidatura ad alto gloss, e così via.

La produzione additiva garantisce numerosi vantaggi, come la rapida produzione di singoli componenti molto complessi senza dover ricorrere a costose strumentazioni. Poiché la produzione di pezzi simili con metodi tradizionali e spesso impossibile o, comunque, estremamente costosa, non sorprende affatto che la produzione additiva sia in rapida espansione in praticamente tutti i settori industriali.

Dall’aeronautica e l’ingegneria medicale all’industria automobilistica e degli utensili, in

qualunque campo la richiesta di componenti stampati in 3D è in crescita vertiginosa. Le possibilità tecniche offerte dalla produzione additiva per la creazione di parti innovative e perfettamente ottimizzate, tuttavia, possono essere sfruttate a pieno solo quando tutte le criticità del processo AM vengono prese in considerazione già a partire dalla fase di progettazione dei pezzi.

 

GRANIGLIATURA

 

Pulizia interna robotizzata tramite granigliatura

Pangborn Europe ha presentato un’interessante applicazione inerente la pulizia di cavità interne dei pezzi in impianti a elevata produzione e automazione, attraverso soluzioni pratiche robotizzate o con manipolatori dedicati.

Oggi la granigliatura non è solo la pulizia esterna dei getti di fonderia, l’ottimizzazione del processo, infatti, influisce notevolmente sul valore aggiunto di un prodotto finito.

La perfetta  pulizia interna di getti complessi sia in ghisa che in alluminio, anche con valori controllati della rugosità permette infatti di ridurre i consumi degli utensili durante le successive lavorazioni meccaniche, evitare che i residui costituiscano dannose impurità durante il funzionamento normale del getto per cui è destinato, ridurre/sostituire le successive operazioni di pulizia chimica/liquida (per esempio con acqua ad alta pressione), possibile incremento della resistenza meccanica del getto.

Gli impianti Pangborn Europe permettono di Raggiungere specifiche superfici interne in spazi che possono essere anche molto limitati. La pulizia avviene con abrasivo “sparato” tramite aria compressa e ugelli. Compito dell’abrasivo è quello di pulire e asportare residui di sabbia o bave

Gli ugelli sono appositamente progettati in funzione degli spazi disponibili, delle superfici interne del getto, dimensionati in funzione del grado di pulizia richiesto e dei tempi ciclo disponibili.

I sistemi Pangborn Europe sono stati utilizzati con successo per la pre granigliatura esterna di blocchi e teste motori, impiegando una macchina a pinze con 8 turbine da 37 kW cad. La produzione ha visto la lavorazione di 200 pezzi/h, con tempo ciclo di pulitura di 72 secondi (4 pezzi per ciclo).

Un’altra applicazione degna di interessa è la soluzione adottata nella Fonderia Teksid Messico per la pulizia interna di teste industriali Cummins, FPT, Caterpillar ecc. Ecco in sintesi i dati principali relativi alla produzione di 30 teste/ora:

• tempo ciclo 120 sec
• tempi di movimentazione 20 secondi
• tempi di granigliatura 100
• numero di fori/camere interne da pulire: 64
• n. 2 camere di granigliatura
• n. 4 robot di granigliatura
• n. 1 ribaltatore intermedio
• n. 1 svuotatore rotante di graniglia a 2 assi