Molti sono i fattori che influenzano la qualità di un manufatto, uno di questi è la scelta delle polveri

di Marco Arezio

Lo stampaggio rotazionale è un processo utilizzato frequentemente per la formazione di oggetti, tramite le resine termoplastiche, che abbiamo la necessità di essere cavi.

La caratteristica principale del processo è che lo stampo ruota intorno a due assi, o mutualmente perpendicolari, inoltre, rispetto allo stampaggio ad iniezione tradizionale, la materia prima, sotto forma di polvere, viene introdotta nello stampo, per poi essere riscaldato e successivamente raffreddato.

Quali sono le principali differenze con il processo di stampaggio ad iniezione?

Forse la più evidente è che nello stampaggio rotazionale si utilizza la materia prima sotto forma di polvere e non di granulo, inoltre la resina polimerica si trova all’interno dello stampo chiuso, e non iniettata a pressione nello stesso.

In aggiunta, lo stampo, nel processo rotazionale, lavora in base alla rotazione assiale a differenza della staticità dello stampaggio a iniezione.

Infine, possiamo dire che gli stampi del processo rotazionale sono più economici in quanto non hanno da considerare la pressione di iniezione.

Perché si sceglie lo stampaggio rotazionale?

Quando si devono produrre oggetti con una forma cava, lo stampaggio rotazionale è particolarmente indicato per la sua facilità di adattamento a tutte le forme richieste.

Inoltre, in assenza di grandi pressioni all’interno dello stampo, il manufatto tende facilmente a ritirarsi e a staccarsi dopo la sua produzione, anche se gli oggetti sono di grandi dimensioni.

Infine, possiamo dire, che attraverso il processo rotazionale, è possibile realizzare elementi anche molto complessi sia dal punto di vista strutturale che di design.

Caratteristiche principali degli stampi per lo stampaggio rotazionale

Possiamo dire che i materiali principali che costituiscono gli stampi sono:

• Cast alluminio

• Nichel elettroformato

• Acciaio inossidabile e non

Quando saremo in presenza delle necessità di una migliore uniformità nello scambio termico all’interno dello stampo, sceglieremo il cast alluminio.

Se dovessimo privilegiare una fedele riproduzione delle figure potremmo scegliere gli stampi elettroformati, mentre in presenza di forme semplici e di grandi formati, possiamo optare per gli stampi in acciaio più economici.

Se parliamo di spessori degli stampi possiamo dire che, normalmente, gli stampi cast in alluminio hanno spessori di 6-8 mm., mentre quelli in acciaio solo 2-3 mm.

Nella progettazione dello stampo si dovrebbe sempre tenere presente quale materia prima si utilizzerà, in quanto alcuni polimeri ritirano sufficientemente facilitando l’estrazione del pezzo, altri meno, così da rendere necessario nello stampo un lieve angolo di sformo per agevolare il distaccamento del manufatto.

Le fasi dello stampaggio rotazionale

Come abbiamo detto in precedenza lo stampaggio rotazionale non è che uno scambio termico all’interno di uno stampo in condizioni di movimento.

Le temperature durante il processo potranno variare, entro un certo range, in modo continuo durante l’intero ciclo di produzione.

Nonostante queste continue variazioni di temperatura, la qualità di un manufatto si stabilisce calcolando l’esatta permanenza dello stampo all’interno del forno. Questo tempo è chiamato tempo di induzione.

Possiamo quindi dire che, nella prima fase del ciclo, il tempo di induzione è quell’intervallo di riscaldamento dello stampo in cui la resina raggiunge la temperatura di fusione, che normalmente avviene attraverso l’insufflazione di aria calda.

Il tempo di induzione è caratterizzato dalle seguenti variabili:

• Temperatura del forno

• Velocità di scambio termico

• Spessore dello stampo

• Temperatura di fusione della resina

• Rapporto tra superficie e volume dello stampo

• Coefficiente di scambio termico del materiale dello stampo

La seconda fase del ciclo, definito tempo di fusione, è il tempo necessario per fondere completamente la resina.

Il tempo di fusione è caratterizzato dalle seguenti variabili:

• Spessore del pezzo

• Temperatura della resina e calore di fusione

• Capacità di riscaldamento dello stampo

• Rapporto tra la superficie dello stampo e il suo volume

• Temperatura del forno

Tutte queste variabili hanno un impatto significativo sul tempo di fusione e sulla qualità del pezzo che si vuole realizzare.

Tuttavia, la velocità di fusione della resina può essere, in alcuni casi, incrementata innalzando la temperatura del forno, ma è importante non eccedere in questa operazione in quanto, se da una parte aumenta la produttività, dall’altro un’eccessiva permanenza del polimero nello stampo, a temperature molto alte, può portare alla sua degradazione.

Scelta della polvere da utilizzare per lo stampaggio rotazionale

Come abbiamo visto il tempo di fusione della resina è un fattore cruciale per il buon rendimento dello stampo e per la qualità dei pezzi da produrre.

Quindi, possiamo dire che anche la dimensione delle particelle di polimero che vengono utilizzate, può influenzare il processo. Infatti una resina dimensionalmente maggiore aumenta il tempo necessario a fondere.

Questo avviene a causa della diminuzione della superficie di contatto tra le particelle e le parti calde dello stampo, ma ciò normalmente non avviene se si impiega una dimensione della materia prima inferiore ai 500 micron.

Al di là dell’importante parametro dimensionale delle polveri polimeriche da utilizzare, si può dire che una buona materia prima è quella che fluisce rapidamente negli angoli acuti e nelle rientranze, aderendo allo stampo e fondendo senza bolle attraverso il contributo termico.

Inoltre, per esperienza, le polveri più fini vengono utilizzate per resine con MFI più bassi, al fine di ottenere una buona riproduzione superficiale, mentre l’utilizzo di un polimero con MFI alto può considerare l’utilizzo di particelle con dimensioni maggiori.

Ciclo di raffreddamento dello stampo

Il raffreddamento dello stampo e del manufatto può avvenire attraverso l’utilizzo sia dell’aria che dell’acqua.

Normalmente l’aria, sospinta dalle ventole di raffreddamento, va ad investire la parte esterna dello stampo, mentre l’utilizzo di getti di acqua è riservato alla parte interna.

Il tempo di raffreddamento è molto importante in quanto un’accelerazione di questa fase, quindi un rapido raffreddamento, potrebbe portare ad una deformazione del pezzo con un aumento della percentuale della fase amorfa dei polimeri cristallini.

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