Compositi Magazine, 2008

n
Razionalità
Nautica
composita
al seatec 2008
Si è svolto, nell’ambito della 6a edizione del Seatec, rassegna
internazionale dedicata alle tecnologie e alla subfornitura nautica,
il tradizionale appuntamento con gli approfondimenti seminariali
e le dimostrazioni applicative curate da Assocompositi in collaborazione
con il Master in Yacht Design del Politecnico di Milano. Il tema trattato ha
riguardato le possibilità di razionalizzazione del processo produttivo di una
imbarcazione.
ono ormai diversi anni che il settore nautico registra fattori di sviluppo progressivamente crescenti. Crescono i fatturati, il numero di cantieri, le attività di formazione dedicate,
le manifestazioni fieristiche e le riviste
di settore. Crescono parallelamente
anche le oppor tunità di finanziamento
per favorire lo sviluppo e l’introduzione
di innovazione. L’industria di materie
prime, semilavorati e componenti in
questi anni non è stata cer to a guardare e lo stesso ha fatto il mondo della ricerca scientifica proponendo, assieme,
tecnologie e soluzioni in grado di aiutare la cantieristica a muoversi in questa
S
38
Compositi
direzione. Tuttavia, confrontando le potenzialità di innovazione di processo
oggi a disposizione e lo standard mediamente adottato da chi produce imbarcazioni, ci si accorge che il divario
tra ciò che viene fatto e quanto si potrebbe fare è ancora molto ampio. Ecco
allora che l’obiettivo perseguito in questa occasione di approfondimento tecnico e di aggiornamento professionale
rivolto all’industria nautica, è stato
quello di indagare quali potessero essere i materiali e le tecnologie in grado
di suppor tare in modo significativo le
attività di progettazione e produzione di
imbarcazioni, nella prospettiva di otte-
nere vantaggi in termini di efficienza
produttiva, sicurezza d’uso oltre che in
fase di produzione, riduzione di impatto
ambientale dei processi e/o dei prodotti, incremento prestazionale dei manufatti realizzati o, ancora, oppor tunità di
conseguire economie di tipo diretto o
indiretto. Il programma, come sempre
ar ticolato sulle tre giornate previste
dalla manifestazione fieristica, ha voluto proporre una simulazione di processo produttivo completo, par tendo dall’acquisizione della matematica di una
super ficie esistente o allo sviluppo progettuale di nuove geometrie fino ad arrivare al prodotto finito. L’attività, coordinata dal Politecnico di Milano con il
suppor to tecnico e operativo del Cantiere Nautivela, è stata realizzata grazie
all’inter vento di un pool di aziende associate ad Assocompositi che hanno
messo a disposizione, ciascuna nei rispettivi campi di applicazione, know
how specifico, materiali e tecnici per
sviluppare su un manufatto di piccole
dimensioni un processo completo di
produzione for temente razionalizzato.
LA DEFINIZIONE PROGETTUALE
DELLE GEOMETRIE
Il tema scelto si è rivelato essere in primo
luogo un’ottima occasione per lo svolgimento di una esercitazione didattico-applicativa nella quale due giovani del Politecnico di Milano provenienti dal corso di
laurea in Disegno Industriale (Matteo
Costa) e da quello di Design navale e
nautico (Luca Ardizio) hanno sviluppato il
progetto di una piccola deriva per bambini che si prestasse dal punto di vista dimensionale a scopi formativo-dimostrativi, ma al tempo stesso costituisse un valido esercizio per sperimentare forme, ergonomia e tecnica realizzativa di un
nuovo prototipo di imbarcazione. Nonostante le dimensioni contenute del manufatto, le caratteristiche geometriche e il
piano di laminazione sviluppate sono
state studiate anche in funzione della
loro trasferibilità diretta ad altra scala e
quindi con una intrinseca significatività
dal punto di vista esemplificativo. Nei
mesi che hanno preceduto l’evento fieristico, e una volta definite le superfici dell’oggetto, si è quindi proceduto alla realizzazione delle fasi necessarie alla realizzazione degli stampi.
Prof. Andrea Ratti – Politecnico di Milano - Dipartimento InDaCo
>>
successivi in modo da evitare la formazione, l’inclusione di aria o la mancanza
di materiale che il successivo passaggio
della fresa trasformerebbe in difetti superficiali o in differenze di spessore
nella sezione della pasta.
LA FRESATURA DEI MODELLI
Applicazione velo sul modello della coperta
LO SVILUPPO DEI
PERCORSI UTENSILE
Il primo intervento è stato curato e supportato da Delcam Italia che si è fatta carico di tradurre le matematiche di superficie in percorsi utensile per la successiva
fase di fresatura dei modelli. In tale operazione, al di là delle verifiche di tipo geometrico e dei controlli che possono essere effettuati sul pezzo in termini di congruenza e qualità delle superfici, controllo degli avviamenti, dei raggi di curvatura
e degli angoli di sformo, vengono studiati
tutti i percorsi macchina in modo da ottimizzare, sia in termini di tempo che di accuratezza dell’esito finale, la sequenza di
fresatura in funzione del risultato atteso a
livello di qualità superficiale, particolarità
delle lavorazioni richieste, numero e tipo
di utensili da utilizzare.
L’APPLICAZIONE DELLE PASTE
Il passaggio successivo è stato costituito dall’applicazione sulle sagome in polistirolo, opportunamente fresate al di
sotto della quota del “finito”, di pasta
per modelli. Tale operazione è stata svolta con il supporto tecnico e operativo di
Huntsmann e Mascherpa optando per
l’utilizzo di una pasta epossidica data la
combinazione di prestazioni che tali prodotti sono in grado di offrire in termini di
compattezza e resistenza meccanica da
un lato abbinate a facilità di fresatura e
qualità di super ficie ottenibile, ma
anche di assenza di ritiro e stabilità dimensionale. In tale fase, il fattore fondamentale da controllare riguarda la cura
con la quale la pasta viene estrusa sulla
sagoma rispettando in particolare le
quote previste di sormonto sui passaggi
A
Preparazione del fondo dei modelli
Ultimata l’applicazione della pasta e
atteso l’oppor tuno periodo di catalisi
del prodotto, i modelli sono passati
nelle mani della CMS che ha effettuato mediante fresa a controllo numerico
a cinque ass, la sgrossatura dei modelli e i passaggi di finitura super ficiale con un’accuratezza nell’ordine del
centesimo di millimetro. In tale fase è
stata verificata inoltre l’efficacia dei
percorsi utensile precedentemente
studiati e individuato il modo più efficace per risolvere i dettagli del pezzo.
Anche in questo caso la quota di fresatura deve considerare le tolleranze necessarie ad accogliere gli eventuali ulteriori strati di finitura o lavorazioni super ficiali.
LA PREPARAZIONE
FINALE DEI MODELLI
Nel caso specifico, con l’obiettivo di elevare ulteriormente il gloss superficiale
dei modelli realizzati, si è proceduto con
l’applicazione di un top coat costituito
da prodotto poliuretanico a spruzzo, previo trattamento meccanico di preparazione della superficie. Prima di tale intervento, che è stato curato da Naag Italia,
i modelli hanno subito un trattamento di
stabilizzazione mediante processo termico di post cura. Tale operazione ha
permesso di garantire l’assenza di movimenti o l’innesco di tensioni durante il
successivo utilizzo dei modelli per la realizzazione degli stampi.
B
Finitura dei modelli mediante applicazione di topcoat poliuretanico (coperta: foto A; scafo: foto B)
Compositi
39
n
Nautica
Applicazione gelcoat epossidico sul modello della coperta
Razionalità composita >>
Infusione dello stampo della coperta
Infusione dello stampo dello scafo
LA REALIZZAZIONE
DEGLI STAMPI
Per la realizzazione degli stampi la soluzione scelta è stata quella di adottare un processo di infusione utilizzando un ciclo
epossidico e più strati di un unico materiale di rinforzo. Per quanto riguarda il ciclo
epossidico (gelcoat e resina) l’operazione
è stata supportata sempre da Huntsmann/Mascherpa, mentre per quanto
riguarda il materiale di rinforzo sono
stati utilizzati cinque strati di Uniconform di OCV Reinforcements
per una grammatura complessiva di 4500 gr/mq. Tale soluzione si è rivelata particolarmente interessante per l’applicazione in oggetto sia in
termini di velocità esecutiva
che di prestazioni meccaniche ottenute. Si tenga presente per esempio che la fase di vestizione degli stampi, soprattutto
40
Compositi
Realizzazione dello skin coat per la realizzazione degli stampi
grazie alla facilità di adattamento del rinforzo alle forme del modello, ha richiesto
circa mezz’ora di lavoro con due operatori
coinvolti. A questi tempi sono stati poi aggiunti circa 90 minuti per la realizzazione
del network di infusione e la sigillatura del
sacco. Non considerando
quindi i tempi richiesti
per la gelcottatura e
la realizzazione dello
skin coat, ciò significa che nell’arco di
una giornata è
stato possibile completare la realizzazione di entrambi gli stampi. Una ulteriore
giornata si è resa necessaria per l’applicazione del gelcoat epossidico e per l’esecuzione di una prima stratifica di skin coat a
impregnazione manuale costituita da uno
strato di velo e da un tessuto a bassa
grammatura. Tale fase costituisce forse
l’aspetto più delicato dell’intera operazione dal momento che da questa dipende,
in buona misura, il risultato in termini di
qualità superficiale e di durabilità del manufatto ottenuto.
Applicazione del distaccante semipermanente sul modello della coperta
n
Nautica
e di preparare chimicamente la superficie per ricevere i successivi trattamenti.
L’operazione intermedia, da reiterare
più volte a seconda dello stato della superficie di partenza, consiste nell’applicazione di un sealer che ha la funzione
appunto di sigillare qualsiasi microporosità eventualmente presente sulla super ficie prima dell’applicazione delle
mani di un distaccante che completa il
ciclo e che, in questo caso, è stato di
tipo semi-permanente. L’intera operazione risulta particolarmente semplice e rapida stante la consistenza liquida di tali
prodotti che possono essere applicati
manualmente con il semplice ausilio di
un panno. Da tenere presente tuttavia
che, per una perfetta efficacia del ciclo,
risulta indispensabile rispettare i tempi
di asciugatura tra l’applicazione delle
successive mani dei prodotti.
Visualizzazione del posizionamento del PVC mediante allineamento laser
IL CICLO DISTACCANTE
Sia la preparazione dei modelli che quella degli stampi è stata effettuata adottando un ciclo della Chemtrend con il
supporto tecnico e operativo messo a
disposizione da Univar. Il ciclo, costituito da tre fasi complessive, ha richiesto
l’effettuazione di un primo trattamento
con un pulitore che ha la funzione di eliminare eventuali tracce grasse residue
LA FASE DIMOSTRATIVA DI
PROCESSI RAZIONALIZZATI
Completate presso il cantiere Nautivela le fasi descritte che, per ovvi motivi,
non avrebbero potuto essere svolte a
titolo dimostrativo in fiera, tutte le suc-
Creating the right flow with
Enka Channel
Enka Fusion
Enka Spacer
®
®
®
Stuoie per la diffusione della
resina, nastri di distribuzione
della resina e spacers per
processi di infusione
sottovuoto, RTM e VARTM
divisione applicazioni industriali
spa via torino, 34 • 34123 trieste • italia • tel. +39 040 318 6611 • fax +39 040 318 6666
[email protected] • www.harpo-group.com
Razionalità composita >>
Fase di vestizione dello scafo con posizionamento
dei tessuti pre-tagliati a controllo numerico
cessive attività e integrazione di tecniche sono divenute invece oggetto del
workshop dimostrativo condotto durante le giornate del Seatec, riuscendo a
replicare, nell’arco dei tre giorni, l’intero ciclo per due volte. Per quanto riguarda le dimostrazioni di processo
sono state condotte sessioni relative a
due tecnologie di lavorazione in stampo chiuso costituite dall’infusione e
dall’ RTM-Light.
Sono state in par ticolare tali dimostrazioni a offrire l’occasione per mostrare
le possibilità di integrare nel processo
produttivo una serie di tecnologie in
grado di elevarne il livello di razionalizzazione, di sicurezza e di efficienza.
Anche per quanto riguarda i materiali
di rinforzo utilizzati nella laminazione
sia dello scafo che della coper ta sono
stati utilizzati materiali forniti da OCV
Reinforcements. Sono stati utilizzati in
par ticolare dei tessuti biassiali da 300
gr/mq, caratterizzati da spiccate proprietà di bagnabilità molto impor tanti
nelle lavorazioni in stampo chiuso e,
nelle aree di single-skin previste dal
piano di laminazione, è stato interposto uno strato Unifilo con funzione di
incremento dell’inerzia, par tecipazione
al trasferimento della resina e collaborazione con i tessuti nel contrastare fe-
nomeni di delaminazione. Nelle aree
dove il piano di laminazione prevedeva
una struttura sandwich è stato utilizzato invece un PVC espanso fornito da
Leda oppor tunamente preparato in kit
con pannelli pretagliati, smussati sui
bordi, con predisposizione di recessi e
scassi e con le lavorazioni passanti e
di super ficie per consentire il passaggio della resina attraverso il materiale
e per svolgere la funzione di traspor to
super ficiale della stessa in modo da
consentire una omogenea impregnazione dei tessuti. In analogia a quanto
fatto per il PVC, la stessa operazione è
stata effettuata per i rinforzi che, grazie al suppor to fornito da Lectra, sono
stati pretagliati a controllo numerico in
modo da mettere a disposizione dei kit
dotati di sistema di identificazione
delle singole pezze per guidare le fasi
di vestizione degli stampi.
L’operazione di pretaglio dei tessuti
permette inoltre di studiare mediante il
software di suppor to i punti dove i tessuti risultano maggiormente sollecitati
ed è quindi possibile definire a priori le
zone dove è oppor tuno inter venire con
una premodellazione del tessuto, con
intagli nelle zone di esubero di materiale tec.
L’operazione di posizionamento nello
stampo dei tessuti e di tutti gli altri
materiali previsti dal piano di laminazione è stata ulteriormente suppor tata
da un sistema di proiezione laser fornito da Vir tek che, in relazione alla fase
di lavorazione prevista, proiettava all’interno dello stampo guide luminose
di riferimento estremamente utili agli
operatori per posizionare correttamente tessuti, materiali di rinforzo locale, i
materiali d’anima o allineamenti ver ticali per il posizionamento e/o fissaggio di par ti strutturali. Sempre all’interno dello stampo era possibile proiettare inoltre scritte e riferimenti che richiamassero la codifica ripor tata sui
kit di materiali utilizzati che, nel caso
in questione poteva sembrare ridondante stante l’esiguo numero di pezzi
previsti, ma altrettanto evidente risultava essere invece il valore che tale
ausilio può avere nel monitorare e garantire la costanza di qualità produttiva
nell’industrializzazione di processo
produttivo di manufatti a maggiore
complessità e scala dimensionale. In
ogni caso, nella realizzazione della coper ta l’elenco di riferimenti guidati ripor tava per esempio, indicazioni utili a
posizionare correttamente e con precisione tutte le piastrine di rinforzo necessarie per l’ancoraggio dell’attrezza-
Compositi
43
n
Nautica
Lucidatura dei modelli con pasta lucidante
Network di infusione dello stampo della coperta
tura di coper ta. Nello scafo venivano
invece proiettati gli allineamenti per
posizionare il PVC sul fondo dello
scafo o il rinforzo del piede d’albero.
Per quanto riguarda i rinforzi, in entrambi i casi si è fatto ricorso a un sistema di piastre in vetro pressato fornite da Filp anch’esse oppor tunamente sagomate su misura fuori opera e
dotate di una griglia di foratura per favorire il passaggio della resina durante
il processo di infusione. Il ricorso a
tale soluzione ha permesso di ottenere al termine del processo di infusione
dei pezzi completi già pronti per l’assemblaggio. Per quanto riguarda la
realizzazione del network di infusione
anche in questa occasione il suppor to
44
Compositi
Razionalità composita >>
Vestizione dei modelli con Uniconform per la realizzazione degli stampi in infusione
tecnico e operativo è stato affidato ad
Air tech che ha curato la definizione del
layout più consono alle caratteristiche
dei pezzi da infondere e dei dettagli nei
confronti dei quali è necessario prestare attenzione per ottenere un risultato
qualitativo corrispondente alle aspettative. Stante le contenute dimensioni
degli stampi, la scelta è stata quella di
operare con una linea centrale di infusione realizzata con un canale siliconico che, oltre a offrire il vantaggio di essere riutilizzabile, garantisce assenza
di effetti di marcatura super ficiale e
rende estremamente semplice la sua
rimozione e quella dei residui di resina
al termine del processo. Al di sotto del
canale una rete di distribuzione, anch’essa pretagliata da Lectra, ha permesso una distribuzione regolare ed
omogenea della resina e della pressione esercitata dal sacco. La depressione al di sotto di quest’ultimo è stata
ottenuta invece attraverso la realizzazione di una linea del vuoto perimetrale attraverso l’impiego di un agugliato
sintetico tridimensionale, anch’esso
estremamente semplice da posizionare oltre che da rimuovere a lavoro ultimato. Come sempre sulla linea del
vuoto è stato previsto l’inserimento di
un sifone refrigerato che permette di
intercettare le emissioni di stirene
dalla resina, mostrando operativamente come l’adozione di tecniche in stampo chiuso abbinata a piccoli accorgi-
menti permetta di trasformare la produzione di una imbarcazione in un processo totalmente pulito e privo di effetti indotti sugli operatori. Tra questi
accorgimenti ovviamente tutt’altro che
di secondaria impor tanza risulta essere la scelta della resina da utilizzare,
sia rispetto alla qualità del risultato finale in termini qualitativi e prestazionali, sia relativamente alle questioni
ambientali. In questo caso la scelta è
stata quella di adottare una resina vinilestere per infusione, formulata da
Polynt, caratterizzata da un basso contenuto di stirene, da ritiri estremamente controllati e da buone prestazioni
meccaniche. Tale abbinamento di caratteristiche ha permesso di ottenere
per i pezzi realizzati, il compor tamento
meccanico atteso e l’assenza di fenomeni di ritiro e, conseguentemente,
una buona qualità super ficiale con assenza di marcature. In questa direzione, un ulteriore accorgimento ha riguardato l’adozione di un ciclo di gelcottatura iso-neopentilico, curato da
Leda, che ha previsto l’applicazione di
uno strato di barrier-coat con funzione
di collaborazione con i successivi strati di skin coat nel contenere le eventuali tensioni trasferite dal laminato
alla super ficie del materiale. Il risultato ottenuto è stato per tanto non solo
qualitativamente elevato, non solo dal
punto di vista meccanico, ma anche
sotto il profilo estetico. L’ultima opera-
n
Nautica
Posizionamento del PVC da infusione nello stampo
zione effettuata a livello dimostrativo
ha riguardato l’incollaggio dei pezzi
realizzati mediante un inter vento suppor tato da Naag Italia ed effettuato facendo ricorso a un prodotto a base
acrilica che ha permesso di completare l’intero processo di incollaggio
scafo-coper ta in circa 15 minuti, compresi i tempi di preparazione delle super fici, e di estrarre poi il pezzo finito
a distanza di un’ora circa dall’ultimazione dell’incollaggio stesso. Il workshop è stato completato da due ulteriori presentazioni di tecnologie in grado
di suppor tare la transizione verso processi razionalizzati. Il primo, curato dal
Laboratorio di Reverse Modeling del
Politecnico di Milano ha riguardato le
tecniche di acquisizione digitale delle
matematiche di una super ficie attraverso la lettura di una serie di casi studio e mostrando come siano ormai
molteplici le tecniche alle quali sia
possibile fare riferimento per questo
tipo di operazioni che possono essere
quindi calibrate in funzione delle specifiche esigenze. A tale riguardo è stata
por tata per esempio l’esperienza, condotta in un recente studio, di adozione
di una tecnica fotogrammetrica per il ri-
Fase di vestizione dello scafo con posizionamento
dei tessuti pre-tagliati a controllo numerico
46
Compositi
lievo delle super fici che semplifica
enormemente la fase di acquisizione
dal momento che può essere effettuata utilizzando una comune macchina
digitale. Il risultato ottenuto permette
di disporre delle matematiche del
pezzo in questione, sulle quali inter venire progettualmente, oppure effettuare verifiche geometriche, di scostamento dalle super fici originarie o di
Razionalità composita
qualsiasi altro tipo impor tando le super fici acquisite nel proprio ambiente
software di lavoro. Ultimo contributo,
curato dal Cetma di Brindisi, ha riguardato infine le possibilità di adozione di
test non distruttivi, di monitorare le caratteristiche dei manufatti realizzati sia
al termine del processo produttivo, sia
in fase di realizzazione. Accanto alle diverse tecniche alle quali è possibile
fare riferimento per questo tipo di operazioni (magnetoscopia, correnti indotte, raggi x, ultrasuoni, emissione acustica) sono state approfondite in par ticolare le possibilità offer te, in termini
di precisione e semplicità d’uso, dai sistemi basati su termografia a raggi infrarossi che possono essere effettuate
mediante il ricorso ad apposite telecamere che permettono di ottenere un risultato diagnostico praticamente in
tempo reale e senza contatto con l’oggetto analizzato. Risultano per tanto
evidenti le molteplici oppor tunità applicative del sistema nell’evidenziare il livello di continuità dei manufatti o, viceversa, la presenza di discontinuità,
fessurazioni, cricche, presenza d’acqua o perdite di altri liquidi, inclusioni
di materiali eterogenei o di altri difetti
che possano interessare il laminato
e/o altre par ti significative dell’imbarcazione.
■