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Se avete mai visto produrre componenti o attrezzature su larga scala, vi sarete probabilmente chiesti come vengono realizzati tutti quei pezzi e quanto tempo ci vuole. La tecnologia standard è la pressofusione, un processo in cui il metallo liquido viene versato in uno stampo per creare il pezzo desiderato. Sebbene sia molto utile ed efficace dal punto di vista dei costi, sono in aumento le nuove tecnologie che consentono di compiere ulteriori progressi in questo settore della metallurgia: Pressofusione integrata.
Che cos'è la pressofusione integrata?
La pressofusione integrata (IDC) è un processo in cui il metallo liquido viene iniettato in uno stampo per creare una forma specifica, ma, una volta raffreddato, il metallo viene formato in un componente intero, invece di dover essere saldato o prodotto ulteriormente (come nel caso della pressofusione tradizionale).
Questo nuovo processo è solo iniziano ad essere introdotti a livello commercialee presenta molti vantaggi diversi. Poiché questa tecnologia è così nuova, esamineremo lo sviluppo, il processo (compresi i materiali utilizzati), i vantaggi e infine il processo di applicazione nell'industria di questo nuovo processo.
Lo sviluppo della pressofusione integrata
In un certo senso, seguire lo sviluppo dell'IDC significa seguire le orme della pressofusione stessa. Il processo di pressofusione risale al 1800 ed è stato una tecnologia fondamentale all'epoca della stampa. A metà del XVIII secolo furono create la macchina per la pressofusione ad azionamento manuale e la macchina per la linotype, per accelerare ulteriormente il processo di pubblicazione delle lettere in metallo. Ma non ci si fermò lì.
Nuovi processi e nuovi materiali
Tradizionalmente, sia stagno e piombo erano i materiali standard ma al volgere del XIX secolo, sia l'alluminio che lo zinco divennero nuovi materiali da utilizzare (e preferire) nell'industria della pressofusione. Ciò è dovuto principalmente a due fattori. Primo, questi metalli erano più sicuri del piombo e dello stagno per chi li maneggiava. In secondo luogo, entrambi questi materiali erano più resistenti dei loro predecessori, consentendo creazioni più robuste e nuove applicazioni.
Il presente
Negli anni '30 sono stati introdotti la maggior parte dei metalli e delle leghe che utilizziamo nel processo di pressofusione, come il rame e il magnesio. Inoltre, il processo di fusione vero e proprio è iniziato solo con sistemi a bassa pressione, ma con l'aumento della tecnologia (e l'uso di nuove leghe) i sistemi di iniezione ad alta pressione sono diventati la nuova norma.
Materiali comuni utilizzati nell'IDC
Come elencato in precedenza, per il processo di pressofusione sono stati utilizzati molti metalli diversi, ma oggi i metalli più comunemente utilizzati sono l'alluminio, lo zinco e il magnesio., ma vengono utilizzati anche rame e ottone. Passiamo in rassegna le varie proprietà di questi metalli e il loro utilizzo nell'industria.
Alluminio
Grazie alla sua massa ridotta, l'alluminio è un ottimo materiale con cui lavorare, dato che non riduce la resistenza del pezzo creato, a scapito di un peso maggiore. In generale, i pezzi in alluminio possono resistere a temperature più elevate e quindi hanno maggiori possibilità di finitura rispetto ad altri materiali. Inoltre, l'alluminio è un metallo facile da fondere, date le sue proprietà, ed è un'ottima opzione se si cerca un metallo resistente alla corrosione, soprattutto se combinato con lo zinco come lega. Sebbene l'alluminio abbia molti vantaggi, è importante ricordare che l'alluminio e le altre leghe a base di alluminio hanno un prezzo un po' più alto rispetto ad altri prodotti.
Per i meriti sopra menzionati, l'alluminio è comunemente utilizzato nel campo della tecnologia. Questo perché è un materiale altamente favorevole, sia per gli usi elettrici che termici.
Zinco
Uno dei maggiori vantaggi dello zinco è che ha un basso punto di fusione (787,15 F), il che significa che richiede molta meno energia per fondere rispetto ad altri metalli. L'utilizzo di meno energia per preparare il metallo per la colata significa non solo avere meno costi generali, ma anche utilizzare un metallo che ha una durata di vita più lunga rispetto ad altri metalli. Inoltre, lo zinco è un metallo ideale da personalizzare. È facilmente verniciabile o placcabile e offre una superficie molto liscia su cui lavorare, il che consente di avere più opzioni nella finitura del prodotto. Inoltre, lo zinco vanta elevate proprietà anticorrosione e un'alta conduttività termica.
In termini di utilizzo, grazie all'elevata durata dello stampo dovuta al suo basso punto di fusione, lo zinco è il preferito quando si tratta di fondere varie forniture mediche, come le parti per i monitor della pressione sanguigna.
Rame/ottone
Sebbene non siano così comuni come gli altri metalli elencati, sia il rame che l'ottone sono materiali preziosi da utilizzare per il processo di pressofusione. Il rame offre molti vantaggi come metallo per la pressofusione, come alti livelli di durezza, buona resistenza alla corrosione, forte stabilità dimensionale e altissima conduttività. D'altra parte, anche l'ottone ha proprietà molto simili a quelle del rame, ma con il vantaggio di poter essere facilmente lucidato o placcato e di avere una resistenza alle alte temperature. Inoltre, l'ottone è facilmente miscelabile con altri metalli o leghe durante il processo di fusione, per far sì che il prodotto finale soddisfi il maggior numero possibile di specifiche.
Poiché il rame è altamente conduttivo, la sua principale applicazione nell'industria è la creazione di linee elettriche e cablaggi domestici. Inoltre, il rame è un ottimo materiale da utilizzare per la realizzazione di dissipatori di calore per computer e vari moduli di batterie.
Per quanto riguarda le applicazioni dei prodotti in ottone, gli usi più comuni sono la creazione di raccordi, parti o componenti di pompe per l'acqua e varie parti di raccordi. A margine, poiché l'ottone può essere facilmente lucidato, i pezzi creati possono avere un valore estetico molto più elevato rispetto ad altri metalli, aggiungendo valore al prodotto finale.
Magnesio
Come metallo utilizzato nella pressofusione, il magnesio offre molti vantaggi. In primo luogo, è il metallo più leggero utilizzato nel settore, il che lo rende il metallo con il miglior rapporto resistenza/peso. In secondo luogo, molte leghe di magnesio presentano un'eccellente fluidità e una maggiore capacità di fusione rispetto ad altri metalli come il rame e l'alluminio. Infine, poiché il magnesio presenta un'elevata tolleranza alle porosità dell'idrogeno (un difetto che può verificarsi durante il processo di fusione in cui si creano vuoti nel getto a causa della presenza di alti livelli di idrogeno gassoso) è un ottimo materiale da utilizzare per garantire che i vari pezzi di stampo creati siano robusti per un lungo periodo.
Data la sua capacità di schermare le interferenze a radiofrequenza (RFI) e le interferenze elettromagnetiche (EMI), il magnesio è un'ottima scelta quando si tratta di scegliere un metallo per le apparecchiature mediche e di laboratorio, in quanto non è influenzato da vari tipi di interferenze.
Il processo di pressofusione integrato
Prima di esaminare ogni fase del processo di pressofusione, è importante chiarire due diversi tipi di fusione: a camera calda e a camera fredda. Nella colata a camera calda, dopo che il metallo o la lega sono sufficientemente fusi, vengono immediatamente iniettati nello stampo (lo stampo utilizzato per creare il pezzo desiderato) utilizzando un sistema idraulico. La colata a camera fredda, invece, prevede il prelievo del materiale fuso in una camera fredda prima dell'iniezione. Sebbene vi siano alcune differenze tra le due procedure, esse comportano lo stesso processo di iniezione, ma a temperature diverse.
Definita la comprensione di base dei principali tipi di colata industriale, diamo uno sguardo al processo di colata nel suo complesso. Tenete presente che queste fasi possono variare a seconda del metodo di colata che decidete di utilizzare.
Fase 1: preparazione della matrice (stampo)
Per preparare il prodotto desiderato, lo stampo viene lubrificato con un tipo di spray distaccante. In questo modo, il pezzo viene rilasciato facilmente invece di rimanere incastrato nello stampo. Lo stampo può avere una o più cavità, a seconda del carattere dei prodotti finali. Se il costo di un'iniezione è fisso, più cavità ci sono, più bassi saranno i costi medi dei prodotti finali.
Fase 2: serraggio
In questa fase, le due metà dello stampo vengono compresse insieme da una macchina che determina la quantità di forza necessaria da utilizzare. Durante questo processo, le due metà vengono fissate sulla macchina di pressofusione.
Fase 3: iniezione e raffreddamento
Il metallo fuso viene iniettato nello stampo mediante una pompa idraulica, a una pressione specifica, per non danneggiare il prodotto. Dopo che lo stampo è stato riempito, viene raffreddato a una certa temperatura per prepararsi all'espulsione. Una volta che il prodotto è sufficientemente raffreddato, il metallo solidificato avrà una forma simile (se non identica) allo stampo utilizzato.
Fase 4: espulsione del prodotto
Lo stampo viene sbloccato e le due metà vengono separate. Quindi un meccanismo di espulsione spinge fuori lo stampo con attenzione. Questo processo deve essere monitorato attentamente per garantire che il prodotto non venga danneggiato.
Fase 5: Rifinitura e rifinitura
Nella fase finale, il metallo in eccesso dallo stampo viene tagliato via e il prodotto finale viene rifinito per garantire una qualità molto elevata. Dopo uno speciale trattamento superficiale, come la verniciatura a polvere, il rivestimento in plastica, l'ossidazione, la lucidatura, la placcatura e così via, il pezzo desiderato è pronto per l'uso!
A questo punto vi starete chiedendo: "In cosa differisce la pressofusione integrata dal processo di fusione standard?". È una domanda giusta. In parole povere, il processo IDC prevede la creazione di un pezzo unico di grandi dimensioni, laddove il processo standard avrebbe creato più pezzi che avrebbero dovuto essere saldati o prodotti insieme. Passiamo ora ai vari vantaggi di questo processo.
Quali sono i vantaggi?
Uno dei principali vantaggi dell'uso dell'IDC è la riduzione dei costi di produzione grazie al numero di parti separate da realizzare e alle varie fasi di collegamento per formare il prodotto desiderato.
Un secondo punto è la riduzione delle emissioni di C02 e l'aumento della produttività energetica di almeno 50%, come indicato in uno studio del Dipartimento dell'Energia statunitense. Ciò è dovuto principalmente al fatto che l'IDC può sostituire il metodo tradizionale a più pezzi, creando un prodotto unico e resistente che non deve essere saldato o stampato.
Per fare un esempio, Tesla ha adottato questa tecnologia per la fabbricazione del telaio posteriore del loro veicolo Modello Y. In origine il telaio veniva stampato e saldato utilizzando 70 parti diverse, che richiedevano circa una o due ore per essere completate. Utilizzando il metodo IDC, questo processo richiede ora solo 45 minuti in totale e 300 robot in meno per completare la procedura. Una vera e propria riduzione dei costi!
Dove viene utilizzato l'IDC?
Finora, la principale applicazione della tecnologia di pressofusione integrata è stata l'industria automobilistica. Le principali case automobilistiche come Tesla e NIO hanno utilizzato questo processo per creare componenti più leggeri e resistenti per i loro veicoli, in particolare per quanto riguarda i sottotelai e altri componenti. L'uso di questa tecnologia nell'industria automobilistica è molto diverso dalla tradizionale procedura di stampaggio e saldatura e ha permesso di ottenere molti vantaggi, come quelli elencati sopra, e molti altri ne verranno in futuro.
La tecnologia di pressofusione integrata è una procedura che può rivoluzionare l'industria automobilistica e molti altri settori. Vale la pena tenerla d'occhio.
