Impiego dei TPE nella produzione additiva

Libertà di design, leggerezza, risparmio di materiale, personalizzazione, alta efficienza: la produzione additiva è ormai indispensabile per le applicazioni più innovative, ad esempio nell’industria automobilistica o nell’edilizia. Un punto di forza unico del processo Arburg Plastic Freeforming (APF) e di Freeformer è che gli stessi granulati di plastica nel processo di stampaggio a iniezione convenzionale possono essere utilizzati anche su Freeformer. Ciò significa che è possibile impiegare materiali originali qualificati. Freeformer si adatta ottimamente alla lavorazione degli elastomeri termoplastici (TPE) e il processo APF consente di modulare la durezza Shore.

Con alle spalle un’esperienza pluridecennale nella lavorazione delle materie plastiche e grazie ai modelli Freeformer 200-3X e 300-3X (Fig. 1), Arburg oggi è in grado di offrire soluzioni innovative sia ai neofiti della produzione additiva sia ai più esperti. Come quelle messe a punto per la lavorazione degli elastomeri termoplastici (TPE).

Il processo APF offre libertà di scelta

Arburg Plastic Freeforming (APF) offre grande libertà di scelta in termini di materiali e viene quindi descritto come un sistema “aperto”. Con Freeformer, gli utilizzatori possono processare i materiali di propria produzione e ottimizzare il controllo dei processi senza ricorrere all’aiuto di terzi, oppure attingere dal database dei materiali Arburg. Tra i materiali qualificati offerti vi sono l’ABS, PA amorfo e PC, PP semicristallino, TPE e materiali originali specifici. Con l’ausilio di un materiale di supporto, che viene asportato da un getto d‘acqua al termine della produzione su Freeformer, è anche possibile realizzare sottosquadri e geometrie complesse.

Parti e guarnizioni in TPE con durezza fino a 28 Shore A

A differenza di altri metodi di produzione additiva, Arburg Plastic Freeforming (APF) consente di processare anche materiali originali molto morbidi e di produrre combinazioni rigido-morbido. I gradi TPE originali Medalist MD 12130H (durezza: 32 Shore A) e SEBS Cawiton PR13576 (durezza: 28 Shore A) approvati da FDA, possono attualmente essere processati solamente su Freeformer, ad esempio per la produzione di guaine e cuffie.

I prototipi completamente funzionali realizzati con elastomeri termoplastici morbidi sono molto richiesti, soprattutto dall’industria automobilistica. Note case automobilistiche e fornitori hanno adottato il processo APF per lo sviluppo di nuovi prodotti,

• con la resina TPU Desmopan 9370 AU (durezza: 70 Shore A), particolarmente interessante per il suo caratteristico colore nero, impermeabilità e resilienza anche nell’uso continuo (Fig. 2). Il materiale è flessibile come la gomma, facile da processare come la termoplastica, ed è anche resistente al calore e alle sostanze chimiche. Con questo materiale, Daimler ha prodotto tubi di raccordo elastici per l’impianto di raffreddamento di un prototipo di veicolo.
• Ancora nel settore automotive, GTG Gummitechnik produce guarnizioni in TPE per porte. Un campione prodotto con la tecnologia additiva per il montante C ha dimostrato come i tempi di sviluppo dal modello CAD al campione funzionale finito possano essere notevolmente accelerati con il processo APF.
• Resine ABS e TPE elastiche possono essere utilizzate per realizzare coperchi per alloggiamenti rigidi con guarnizione a labbro morbida integrata nel materiale di supporto (Fig. 3).

Variare la densità e le proprietà meccaniche

Uno dei principali vantaggi del processo APF consiste nel fatto le dimensioni e la distanza delle goccioline, e quindi la densità e il livello di riempimento, possono essere variati in maniera selettiva regolando opportunamente i parametri di macchina. Per ottenere un’elevata resistenza meccanica, il livello di riempimento dovrebbe idealmente arrivare al cento per cento. Variando il fattore di forma delle goccioline, cioè il rapporto tra larghezza e l’altezza (W/H), il livello di riempimento può essere modificato mantenendo gli stessi parametri. Con Freeformer è anche possibile variare il livello di riempimento attraverso i parametri di slicing e modificare così in maniera selettiva le proprietà meccaniche del manufatto. All’interno del medesimo manufatto è quindi possibile ottenere aree di diversa densità.

• Questa capacità è stata dimostrata su di un provino con strutture a nido d’ape realizzate con il TPE Medalist MD 12130H (Fig.4), un’applicazione interessante per la produzione di elementi strutturali leggeri o per di filtri, ad esempio.
• Inoltre, le suole per calzature possono essere realizzate con un unico materiale ed essere poi adattate individualmente ai talloni della persona che le indossa (Fig. 5). Un materiale particolarmente idoneo per questo tipo di applicazione è l’elastomero poliestere termoplastico Hytrel® (durezza: 40 Shore D) di Dupont. In termini di resistenza meccanica, recupero della forma e carico permanente, le parti prodotte in modo additivo hanno quasi le stesse proprietà delle parti stampate a iniezione.

Componenti funzionali complessi in combinazione rigido-morbido

Con il Freeformer 300-3X, dotato di tre unità di scarico, è possibile produrre parti funzionali complesse e resilienti in materiale rigido-morbido impiegando resine plastiche e materiali di supporto standard qualificati, vale a dire i medesimi materiali originali utilizzati nello stampaggio a iniezione. Questo aspetto si rivela particolarmente interessante per gli utenti che puntano a produrre e testare prototipi funzionali realizzati esattamente con lo stesso materiale che verrà poi utilizzato nella produzione commerciale di serie. Tra gli esempi di prodotti eseguiti in questo modo vi sono spazzolini da denti con manici anatomici ottimizzati, rasoi, impugnature per utensili elettrici. Per queste applicazioni si impiega come componente morbido il TPU Desmopan 9385A.

Nel dito in figura, le singole sezioni in PC/ABS si muovono grazie agli inserti in TPE morbido (durezza: Shore 30 A) (Fig. 6).

Apparecchiature operative e pinze adattate

Un ulteriore campo di applicazione è rappresentato dalle soluzioni per robot e per apparecchiature operative. Tra queste, le pinze in materiale bicomponente che possono essere prodotte in un singolo passaggio utilizzando il processo APF e senza ulteriori operazioni di assemblaggio. Il materiale di supporto può essere asportato facilmente in seguito con un getto d’acqua. Arburg ha progettato una pinza in materiale bicomponente per un’operazione di rimozione particolarmente complicata da eseguire nell’abito della sua produzione interna di parti stampate (Fig. 7). L’alloggiamento rigido è realizzato in PC/ABS, mentre la morbida membrana in TPU viene espansa nello stampo mediante un soffio d’aria compressa. Ciò significa che la parte stampata può essere rimossa in modo affidabile con un angolo di 15° nonostante la posizione difficile.

Dal prototipo alla produzione di serie in tempo record

In questo periodo segnato dalla pandemia, l’interesse per le mascherine in materiale rigido-morbido era e rimane particolarmente elevato. Arburg ha sviluppato internamente un modello di mascherina di questo tipo in LSR. Grazie a Freeformer, il passaggio dal primo prototipo alla produzione di serie ha richiesto solamente 41 giorni.

Creare valore aggiunto

Il valore aggiunto effettivo della produzione additiva si concretizza pienamente solo quando con essa si possono ottenere componenti completamente nuovi, funzioni integrate e applicazioni innovative. Solo grazie alla giusta combinazione tra design, materiali, processo e controllo ottimizzato del processo è possibile sfruttare l’intero potenziale di questo metodo di produzione. Anche la convenienza economica e la qualità dei manufatti prodotti possono essere significativamente incrementate. Se necessario, Arburg offre ai potenziali clienti l’opportunità di migliorare il design di una parte di riferimento al fine di generare valore aggiunto attraverso il processo di costruzione strato dopo strato di APF.

Idoneo all’impiego in camera bianca

Come già dimostrato dai clienti, con alcune piccole modifiche i Freeformer sono adatti anche all’impiego in camera bianca, grazie al funzionamento a basse emissioni e senza polveri e alla camera di produzione eseguita in acciaio inossidabile. Un’interfaccia robotica opzionale consente di automatizzare la produzione additiva e di integrare Freeformer nelle linee di produzione collegate in rete IT. La qualità del processo può essere documentata in modo affidabile e le parti prodotte sono tracciabili individualmente.