Come realizzare attrezzature per la verniciatura con la stampa 3D in PEEK

La verniciatura industriale come protezione di un materiale dal deterioramento

La verniciatura è un processo estremamente comune, che viene eseguito in un'enorme varietà di industrie e settori: dall'elettronica all’automotive, fino all’aerospaziale. Solitamente viene effettuata in strutture dedicate che dispongono dell’attrezzatura idonea per applicare e polimerizzare la vernice, affinché si possano rivestire parti personalizzate, parti a basso volume (come negli aerei) o parti ad alto volume (come nelle automobili). Le strutture adibite a questa mansione sono spesso integrate in una linea di produzione e possono essere ampiamente automatizzate, soprattutto nel caso di processi di produzione ad alto volume.

Perché il processo di verniciatura è così importante?

Tutti i materiali sono soggetti a deterioramento, data l’interazione con l’ambiente circostante che ne compromette l'efficacia nel tempo. L’alterazione può essere molto lenta, come nel caso della plastica, o relativamente veloce, come per la ruggine del ferro. Per evitare questo inconveniente, spesso una delle soluzioni utilizzate è proprio l’applicazione di vernice: un processo che crea un sottile strato di materiale solido sopra la parte, proteggendola dall'ambiente. La pittura non è utilizzata solo come protezione, ma funge anche da decorazione per le parti, per motivi puramente estetici, o per camuffare e ridurre il riflesso delle onde radar.

Il problema della manutenzione e stoccaggio delle parti nei processi di verniciatura

La verniciatura presenta diverse criticità poiché, come in qualsiasi altro processo di produzione, vengono adoperati diversi tipi di attrezzature che necessitano di manutenzione e pezzi di ricambio: questi ultimi necessitano di essere catalogati, riforniti secondo un tempo di consegna predefinito e immagazzinati fino all’utilizzo. I pezzi di ricambio, infatti, ordinati spesso all’ingrosso per ridurne il prezzo, occupano il più delle volte più spazio del necessario.

In alcuni casi, per questo tipo di processo vengono adoperate attrezzature per la verniciatura specifiche, ordinate o prodotte in loco. Nel primo caso le problematiche più frequenti sono legate al lead time, allo stoccaggio e al costo per articolo: un rallentamento nella consegna da parte del fornitore, infatti, può incidere notevolmente su una linea di produzione e causare gravi ritardi. Nel secondo caso, tutti gli attrezzi per la verniciatura non immediatamente utilizzabili andrebbero catalogati e immagazzinati fin quando non risulteranno necessari.

Queste criticità sono comuni e presenti in quasi tutte le strutture adibite a questo processo. Nell'articolo esamineremo il processo di verniciatura dell'industria automobilistica poiché le sue criticità sono abbastanza diffuse.

La verniciatura industriale nella produzione di automobili

Le carrozzerie delle automobili necessitano di protezione dagli agenti atmosferici e allo stesso tempo devono avere un bell'aspetto. Sebbene non tutte le parti delle carrozzerie siano in metallo, è importante che anche le parti non metalliche abbiano coerenza estetica con il resto dell'auto. Nel corso dei decenni i proprietari sono diventati più esigenti e continueranno a farlo: per questo motivo il raggiungimento di una finitura di alta qualità è estremamente importante, sia per le sue finalità estetiche che per la protezione che offre.

Una catena di montaggio automobilistica è composta da strutture di stampaggio, saldatura, verniciatura e assemblaggio e l’applicazione della vernice viene eseguita verso la fine del processo e prima dell'assemblaggio. La figura 1 mostra un tipico processo di verniciatura automobilistica, sia automatizzata che manuale e più passaggi all'interno dei forni, dove le temperature possono salire oltre i 140°C per diverse ore. Numerose fasi del processo sono automatizzate.

Quali attrezzature vengono impiegate nella verniciatura delle auto?

Come accennato in precedenza, nel processo di verniciatura delle automobili vengono spesso utilizzate attrezzature specifiche. Quando si verniciano parti di automobili, le sezioni devono spesso essere mascherate per evitare che vengano rivestite, come si può vedere nella Figura 2. L'operazione manuale può essere lunga e laboriosa e può comportare rallentamenti per l'intera produzione. Considerando che i pezzi sono personalizzati una tantum l’operazione può essere considerata anche gestibile, ma quando i volumi aumentano, diventa impraticabile.

Durante il processo vengono utilizzate diverse attrezzature per la verniciatura di auto, dagli infissi ai manipolatori robotici che necessitano di pezzi di ricambio, difficili e lenti da reperire e che possono creare rallentamenti soprattutto nel caso di guasti imprevisti. Avere scorte di pezzi di ricambio o essere in grado di produrli in loco è preferibile ma, come discusso, presenta una serie di criticità per la gestione dello spazio di magazzino e dei tempi di consegna.

Dopo l'assemblaggio, oltre alle maschere, a volte è anche importante separare le parti durante la verniciatura e l'indurimento, ad esempio nel caso delle porte. Le maschere e gli accessori metallici sono pesanti, costosi e realizzati con un materiale progettato per la verniciatura industriale per automobili; quindi, la difficoltà è rappresentata dal trovare un materiale a cui la vernice non si attacchi e che possa sopravvivere al processo di polimerizzazione. Inoltre, dovrebbe essere facilmente lavorabile per produrre maschere per diverse carrozzerie.

La stampa 3D per la produzione di pezzi di ricambio e attrezzature per la verniciatura

Le criticità appena descritte per l'industria automobilistica riguardano tutti i settori. Utilizzando una combinazione di stampa 3D e PEEK, Roboze offre la soluzione ideale per la realizzazione di pezzi di ricambio e attrezzature per la verniciatura: parti durevoli, leggere, economiche che possono essere personalizzate per adattarsi a qualsiasi linea di produzione. Il PEEK (polietere etere chetone) è un termopolimero ad alte prestazioni che presenta eccellenti proprietà meccaniche e termiche, oltre a un'ampia resistenza chimica. Ciò significa che la vernice e altri prodotti chimici non si attaccano e possono essere facilmente rimossi. Le proprietà termiche del PEEK producono parti che possono facilmente sopravvivere ai processi di polimerizzazione, grazie alla sua elevata temperatura di fusione di 338 °C. Il basso coefficiente di dilatazione termica ( 52x10^-6 K ^-1 ) implica inoltre che le parti in PEEK subiscono una deformazione minima durante i cicli di riscaldamento e raffreddamento.

Ma un ottimo materiale è inutile se non abbinato a una tecnologia di stampa 3D che consente la produzione di parti di alta qualità: qui entrano in gioco le stampanti Roboze!

Roboze ARGO: ottimizza i tuoi processi produttivi per la verniciatura industriale!

Le soluzioni ARGO di Roboze sono sistemi avanzati di produzione additiva sviluppati per snellire e rendere flessibili i processi produttivi, con una riduzione di tempi e costi rispetto ai metodi tradizionali che consente di ottimizzare la produzione di parti e componenti finiti su larga scala, con le alte temperature più performanti, materiali compositi e super polimeri.

La serie Roboze ARGO è il risultato di anni di ricerca e collaborazione con i migliori player dei settori aerospaziale, motorsport, energetico e rappresenta il connubio delle innovazioni di prodotto offerte da Roboze. Ecco in cosa consiste la sua avanzata tecnologia di stampa 3D:

• camera calda in grado di raggiungere fino a 180°C (356°F);
• sistema di estrusione ad alta temperatura in attesa di brevetto;
• automazione e controllo di processo, grazie a un set di sensori intelligenti per l'accelerazione delle operazioni di stampa;
• sistema di controllo del processo dei filamenti durante tutte le fasi di produzione;
• sistema brevettato Beltless, per la soluzione di stampa più precisa al mondo con una precisione meccatronica degli assi X e Y pari a 10 µm (0.4 mil).

Il risultato si traduce in alta qualità delle parti prodotte, con elevata precisione, ripetibilità di processo e disponibilità di molti super polimeri e materiali compositi come PEEK, Carbon PA PRO, Carbon PEEK.

Applicazioni del PEEK e della stampa 3D nella verniciatura per automobili

Un esempio di applicazione in PEEK per verniciatura per autoveicoli è stato realizzato in collaborazione con un importante produttore automobilistico. Era necessario un dispositivo per distanziare le porte di un furgone dalla carrozzeria su cui erano state montate durante la verniciatura e la stagionatura. Il dispositivo in acciaio era pesante e la vernice poteva attaccarsi, implicando un tempo di utilizzo massimo ridotto a 3 o 4 cicli di verniciatura prima di dover essere sostituito o rimosso. L'utensile poteva inoltre graffiare la superficie e rovinare la verniciatura, rallentando in quel caso il processo; veniva, inoltre, acquistato esternamente con tempi di consegna lenti e una quantità minima richiesta per contenere i costi sostenuti.

La soluzione Roboze è consistita nello stampare un dispositivo fermaporta in PEEK, ottenendo una parte più leggera ed economica che poteva essere facilmente lavata, senza correre il rischio di graffiare la vernice (come mostrato nella Figura 3). La tabella 1 mostra il confronto tra la produzione con la stampa 3D e la produzione tradizionale: come si può vedere, la parte stampata costa il 40% in meno e per di più pesa il 18% dell'originale, il che significa che è molto più sicura da maneggiare e trasportare! La parte richiede anche solo un paio d'ore per la stampa, rispetto a un paio di settimane di tempo di consegna se ordinata esternamente.

Tutti i vantaggi dell’ecosistema 3D Roboze in un’unica soluzione

Il vero punto di forza delle soluzioni di stampa 3D di Roboze è rappresentato dalla flessibilità, poiché sono in grado di stampare parti anche molto diverse tra di loro che potrebbero essere necessarie nelle officine di verniciatura quali:

• supporti;
• rulli;
• perni di centraggio;
• ugelli;
• isolatori elettrici/termici;
• guarnizioni;
• protezioni contro il contatto superficiale;
• strumenti;
• ingranaggi.

Tutto questo può essere realizzato in modo semplice, veloce, con un'unica macchina e internamente grazie alla grande varietà di materiali stampabili sulle macchine Roboze: dal semplice ABS e PLA a materiali specializzati come Flex-TPU (per produrre guarnizioni), fino a termoplastici con alte prestazioni come il già citato PEEK e la Carbon PA PRO (ideale per applicazioni di sostituzione dei metalli).

L'ecosistema di stampa 3D Roboze fornisce una soluzione completa che riduce drasticamente i costi, indipendentemente dalla linea di produzione. Le parti e gli strumenti di manutenzione ordinaria possono essere stampati in tempi record e con poca fatica, liberando altre apparecchiature da utilizzare sui componenti essenziali. La maggiore libertà di progettazione offerta dalla stampa 3D significa che il conteggio delle parti dei componenti può essere ridotto e allo stesso tempo personalizzato per ridurre il peso, l'utilizzo del materiale e migliorare la funzionalità.