IT201600120563A1 - Estrusore per manufatti o micro-manufatti multi-lume con disposizione multi-coronale - Google Patents

Description

“ESTRUSORE PER MANUFATTI O MICRO-MANUFATTI MULTI-LUME

CON DISPOSIZIONE MULTI-CORONALE”

La presente invenzione ha per oggetto un estrusore per realizzare manufatti tubolari con caratteristiche geometrico/dimensionali altamente specifiche, quali ad esempio una sezione trasversale “multi-lume” (ovverosia che definisce più sezioni di passaggio all’interno di un perimetro massimo) in cui le luci di passaggio siano disposte su più corone concentriche, e che può anche avere diverse dimensioni macro- o microscopiche sia in termini di diametro esterno massimo che di numero complessivo delle luci interne di passaggio (sia anche di distanza angolare tra luci adiacenti o ancora in termini di diametri interni delle singole luci di passaggio stesse).

Come è noto, manufatti e micro-manufatti tubolari con sezioni multilume sono impiegabili in diversi ambiti, dalle applicazioni medicali ad altri campi ingegneristici dove sia richiesta una notevole precisione dimensionale e dove siano richieste caratteristiche di struttura e di passaggio estremamente spinte.

Ad oggi, la realizzazione di manufatti tubolari estrusi di dimensioni particolarmente ridotte o con architetture interne particolarmente complesse deve tener conto del fatto che i materiali – usualmente polimerici – impiegati nei processi produttivi vengono utilizzati in quantitativi estremamente ridotti, e quindi durante il passaggio nella testa di formatura risultano estremamente sensibili ai profili termici nonché a tutti i possibili elementi di disturbo ambientale (turbolenze nel flusso del materiale, gradienti termici, elementi atmosferici e/o ambientali attorno alla testa di formatura e così via).

I problemi di elevatissima sensibilità ai parametri ambientali/di efflusso si riflettono a loro volta in problemi di coerenza geometrica e di precisione del manufatto (o del micro-manufatto) estruso, che può presentare pareti interne non perfettamente lineari o con spessori e linearità non-costanti, e nei casi più evidenti può addirittura presentare delle occlusioni o dei collassi completi in sezione trasversale.

La presente invenzione si prefigge quindi l’ideazione di un dispositivo estrusore che permetta di ovviare agli inconvenienti sopra citati, ed in particolare che permetta di ottenere manufatti tubolari multi-lume con dimensioni particolarmente ridotte e/o con distribuzione multi-coronale delle varie luci di passaggio, il tutto con elevatissime caratteristiche di precisione geometrico/dimensionale, con ratei produttivi sufficientemente elevati e con elevata affidabilità e durabilità dell’impianto di estrusione/formatura.

Ai fini della presente invenzione va specificato che con “distribuzione multi-coronale” delle luci di passaggio all’interno di una sezione di manufatto (o micromanufatto) estruso si vuole intendere una disposizione di luci di passaggio lungo due o più circonferenze concentriche a raggi differenziati: tali circonferenze ovviamente sono inscritte all’interno di una circonferenza di raggio massimo definita dalla superficie esterna del manufatto estruso stesso.

Un ulteriore scopo della presente invenzione consiste nel fatto di predisporre un dispositivo di formatura/estrusione che possa essere vantaggiosamente integrato con altri moduli funzionali, ad esempio di controllo di precisione e/o localizzato della temperatura, al fine di garantire ulteriori margini di manovra sull’accuratezza e sull’affidabilità.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un dispositivo di estrusione/microestrusione avente le caratteristiche riportate in una o più delle annesse rivendicazioni, e comunque descritte qui di seguito.

Viene ora riportata a titolo di esempio indicativo e non limitativo, la descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, di un dispositivo secondo l’invenzione, illustrato negli uniti disegni, nei quali: - la figura 1 mostra una vista in sezione parziale di una testa di formatura in accordo con l’invenzione; e

- la figure 2 e 3 mostrano rispettivamente due ingrandimenti della sezione parziale illustrata in figura 1 da angolazioni diverse.

Con riferimento alle unite figure, il dispositivo secondo la presente invenzione comprende basilarmente un corpo principale 2 definente una cavità di passaggio 2a e definente di conseguenza anche una direzione media di efflusso 2b: tale corpo principale 2 è posizionabile all’estremità di una linea di estrusione, di modo tale che la cavità di passaggio 2a risulti attraversabile da un materiale di estrusione.

Il corpo principale 2 definisce a sua volta una superficie di ingresso 3 (ricavata su una prima faccia del corpo principale 2), sulla quale è presente una molteplicità di aree di ingresso afferenti alla cavità di passaggio 2a nonché una superficie di uscita 4 (ricavata su una seconda faccia del corpo principale opposta alla prima faccia) e definente una molteplicità di aree di uscita efferenti dalla cavità di passaggio 2a e vantaggiosamente comprende inoltre una porzione di espansione (4a) operativamente associata alla superficie di uscita (4) ed atta a orientare reciprocamente flussi espansivi spontanei (o in parole correntemente usate in questo settore tecnico, i cosiddetti flussi espansivi legati al fenomeno del “die swell”) del materiale di estrusione attraverso la superficie di uscita (4) in direzioni reciproche di mutua intersezione.

In altre parole, l’invenzione prevede di realizzare un estrusore la cui testa ha, lungo il suo asse di sviluppo, una porzione di dimensioni accuratamente conformate e calibrate in modo da permettere il ricongiungimento spontaneo dei flussi parziali di materiale attraverso le diverse luci di passaggio: questo ricongiungimento (o con maggior precisione, i diversi ricongiungimenti locali radialmente distribuiti nella sezione di passaggio complessiva) permette la creazione di pareti di separazione– che per complementarietà definiscono le luci di passaggio di un manufatto estruso multi-lume – aventi sottigliezze e rapporti di vicinanza reciproca che sarebbero altrimenti impossibili da definire impartendo direttamente una formatura attraverso luci di passaggio di tipo tradizionale (e cioè con dimensionamenti tali che le loro cavità corrispondano identicamente alla forma/sezione “definitiva” del manufatto estruso).

Per spiegare in modo ulteriormente diverso la presente invenzione, si deve far riferimento al fatto che usualmente una data forma/sezione realizzata per estrusione deriva da una luce di passaggio che è conformata esattamente in maniera complementare alla forma/sezione desiderata: per converso, questa invenzione non predispone luci di passaggio esattamente conformate come le forme/sezioni di passaggio definitive che devono ritrovarsi nel manufatto estruso finito, ma insegna a realizzare i “vuoti” delle luci di passaggio tenendo anche conto delle tipiche dilatazioni dei flussi di polimeri allo stato plastico che si verificano quando questi ultimi fuoriescono da strutture con condotti a sezione “vincolata”.

Tornando ora all’aspetto strutturale dell’invenzione si può vedere nelle allegate figure esemplificative che la porzione di espansione 4a è geometricamente conformata secondo una molteplicità di cave 4b segmentate e mutuamente disposte secondo uno schema a matrice: tali cave 4b possono ad esempio essere sagomate a guisa di arco di cerchio o di linea curva, o ancora possono essere conformate secondo segmenti sostanzialmente rettilinei.

Grazie alle diverse possibili combinazioni delle conformazioni appena elencate, è possibile ottenere il verificarsi di reciproche intersezioni tra flussi espansivi spontanei (e quindi, come già anticipato più sopra, è possibile sfruttare i fenomeni di “die swell”) in uno spazio definito dalla porzione di espansione 4a in assenza di contatto con pareti della porzione di espansione 4a stessa.

Sempre a livello di possibilità realizzative, si deve notare che la porzione di espansione 4a può definire, tipicamente attraverso una successione poligonale chiusa di cave 4b sagomate ad arco di cerchio o di linea curva, almeno una circonferenza coronale avente un diametro medio inferiore ad un diametro massimo di un manufatto realizzabile tramite il dispositivo 1: di fatto questa topologia in sezione del manufatto estruso sfruttando la presente invenzione è piuttosto critica da ottenere con teste di formatura che hanno una corrispondenza geometrica diretta e biunivoca tra le superfici delle luci di estrusione e le forme/sezioni delle strutture estruse che da esse fuoriescono.

Qualora la topologia del manufatto estruso sia ancora più complessa, la porzione di espansione 4a definisce (ad esempio attraverso una disposizione radiale di cave 4b a segmenti sostanzialmente rettilinei) almeno una traversa radialmente disposta rispetto ad almeno una circonferenza coronale avente un diametro medio inferiore o uguale ad un diametro massimo di un manufatto realizzabile tramite il dispositivo 1. Ancora, è possibile nell’ambito della presente invenzione che la cavità di passaggio 2a sia definita da una molteplicità di condotti assiali sostanzialmente paralleli tra loro: tali condotti assiali emergono in corrispondenza di porzioni centrali delle cave 4b definenti la porzione di espansione 4a.

Convenientemente e a seconda delle esigenze del momento, le cave 4b segmentate definenti la porzione di espansione 4a possono essere geometricamente interconnesse almeno a coppie in corrispondenza di rispettive estremità oppure possono essere geometricamente separate, ma poste in relazione di mutua prossimità, almeno a coppie in corrispondenza di rispettive estremità (di modo da sfruttare efficacemente i fenomeni di die swell solo laddove si rendono “localmente” necessari nella sezione complessiva del manufatto estruso).

Sempre dal punto di vista strutturale può essere presente una porzione di invito 3a, la quale è geometricamente conformata secondo uno schema a matrice ed è atta ad invitare flussi di materiale di estrusione attraverso i molteplici condotti assiali definenti la cavità di passaggio 2a: inoltre, laddove è necessario l’apporto di materiale “volumizzante” per definire e mantenere stabile la conformazione vuota di una o più luci di passaggio nel manufatto estruso possono essere presenti opportuni mezzi di insufflazione operativamente attivi nel corpo principale 2 ed interposti tra i condotti assiali di quest’ultima per immettere un flusso riempitivo tra pareti del manufatto realizzabile tramite il dispositivo 1 in corrispondenza almeno della superficie di uscita 4 (a seconda delle esigenze tecniche realizzative, questo flusso riempitivo può essere di aria o gas inerte, o di un fluido incomprimibile o ancora di cariche solide/granulari inerti come sabbia o di materiali sacrificabili quali ad esempio opportuni polimeri o aggregati che poi sono soggetti a pirolisi con relativa eliminazione delle ceneri…o più in generale sostanze che possono essere degradate chimicamente e di seguito parimenti eliminate).

L’invenzione consegue numerosi vantaggi.

In primo luogo, grazie alla peculiare architettura costruttiva della testa di formatura è possibile operare con elevatissima precisione, definendo un’ampia varietà di luci di passaggio disposte su schemi radiali multicoronali e con pareti estremamente sottili e ad altissimo livello di planarità (sulle pareti radiali) o ad altissimo livello di costanza di curvatura (sulle pareti circonferenziali).

Allo stesso tempo, la peculiare modalità di cooperazione dei vari condotti presenti nel dispositivo assicura un ottimale controllo postestrusione del manufatto, che viene mantenuto in una forma sufficientemente stabile almeno per il tempo in cui il materiale polimerico subisce una stabilizzazione chimico-fisica: in altre parole, l’ottimale disposizione reciproca dei passaggi del materiale di estrusione e di quelli dedicati al “flusso riempitivo” permettono di mantenere accuratezza di lavorazione e, con le opportune modifiche, ampia varietà di conformazioni.

Inoltre, la versatilità della presente invenzione deve essere vista sotto due aspetti ugualmente vantaggiosi ed eventualmente combinabili tra loro: un aspetto è quello legato alla possibilità di ottenere architetture interne multi-lume molto complesse (e con luci di passaggio di varia forma, non necessariamente poligonale la anche, ad esempio, perfettamente circolare o comunque curvilinea) ed un altro aspetto è quello di ottenere tubi multilume con disposizione “a corona singola” ma con dimensioni estremamente ridotte.

Infine, va rilevato come la presente invenzione permetta di mantenere bassi costi di realizzazione del dispositivo e permetta altresì di ottenere un’elevata vita operativa: ciò rende possibile un processo industriale ad alta efficienza e con ammortamenti molto rapidi, a tutto vantaggio di un ulteriore abbattimento di costi e del conseguente aumento della redditività.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. dispositivo estrusore per manufatti tubolari multi-lume con distribuzione multi-coronale, comprendente: - un corpo principale (2) definente una cavità di passaggio (2a) ed una direzione media di efflusso (2b), detto corpo principale (2) essendo posizionabile all’estremità di una linea di estrusione, detta cavità di passaggio essendo attraversabile da un materiale di estrusione; - una superficie di ingresso (3) ricavata su una prima faccia del corpo principale (2) e definente una molteplicità di aree di ingresso afferenti a detta cavità di passaggio (2a); e - una superficie di uscita (4) ricavata su una seconda faccia del corpo principale opposta a detta prima faccia e definente una molteplicità di aree di uscita efferenti da detta cavità di passaggio (2a), caratterizzata dal fatto che comprende inoltre una porzione di espansione (4a) operativamente associata alla superficie di uscita (4) ed atta a orientare reciprocamente flussi espansivi spontanei di “die swell” di detto materiale di estrusione attraverso la superficie di uscita (4) in direzioni reciproche di mutua intersezione. 2. dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui detta porzione di espansione (4a) è geometricamente conformata secondo una molteplicità di cave (4b) segmentate e mutuamente disposte secondo uno schema a matrice, dette cave (4b) comprendendo un predeterminato numero di cave (4b) sagomate ad arco di cerchio o di linea curva ed un predeterminato numero di cave (4b) a segmenti sostanzialmente rettilinei, reciproche intersezioni di detti flussi espansivi spontanei di “die swell” verificandosi in uno spazio definito dalla porzione di espansione (4a) in assenza di contatto con pareti della porzione di espansione (4a) stessa. 3. dispositivo secondo le rivendicazioni 1 o 2, in cui la porzione di espansione (4a) definisce, preferibilmente attraverso una successione poligonale chiusa di cave (4b) sagomate ad arco di cerchio o di linea curva, almeno una circonferenza coronale avente un diametro medio inferiore ad un diametro massimo di un manufatto realizzabile tramite il dispositivo (1). 4. dispositivo secondo le rivendicazioni 1 o 2, in cui la porzione di espansione (4a) definisce, preferibilmente attraverso una disposizione radiale di cave (4b) a segmenti sostanzialmente rettilinei, almeno una traversa radialmente disposta rispetto ad almeno una circonferenza coronale avente un diametro medio inferiore o uguale ad un diametro massimo di un manufatto realizzabile tramite il dispositivo (1). 5. dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la cavità di passaggio (2a) è definita da una molteplicità di condotti assiali sostanzialmente paralleli tra loro, detti condotti assiali emergendo in corrispondenza di porzioni centrali delle cave (4b) definenti la porzione di espansione (4a). 6. dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le cave (4b) segmentate definenti la porzione di espansione (4a) sono geometricamente interconnesse almeno a coppie in corrispondenza di rispettive estremità. 7. dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le cave (4b) segmentate definenti la porzione di espansione (4a) sono geometricamente separate, ma poste in relazione di mutua prossimità, almeno a coppie in corrispondenza di rispettive estremità. 8. dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui è inoltre presente una porzione di invito (3a) geometricamente conformata secondo uno schema a matrice ed atta ad invitare flussi di materiale di estrusione attraverso detta molteplicità di condotti assiali definenti la cavità di passaggio (2a). 9. dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui sono inoltre presenti mezzi di insufflazione operativamente attivi nel corpo principale (2) ed interposti tra i condotti assiali di quest’ultima per immettere un flusso riempitivo tra pareti del manufatto realizzabile tramite il dispositivo (1) in corrispondenza almeno della superficie di uscita (4). 10. dispositivo secondo la rivendicazione 9, in cui detti mezzi di insufflazione sono atti a veicolare un materiale riempitivo fluido, preferibilmente allo stato gassoso, o un materiale riempitivo allo stato solido e sacrificabile, preferibilmente tramite pirolisi o decomposizione chimica, detto materiale riempitivo definendo detto flusso riempitivo.