IT201900000667A1

IT201900000667A1 - Componente di stampo per preforme

Info

Publication number: IT201900000667A1
Application number: IT102019000000667A
Authority: IT
Inventors: Marco Sorgato; Giovanni Lucchetta; Leonardo Orazi; Davide Masato; Federico Bessegato; Andrea Cavalet; Matteo Zoppas
Original assignee: Sipa Progettazione Automaz
Priority date: 2019-01-16
Filing date: 2019-01-16
Publication date: 2020-07-16
Also published as: CA3126750A1; EP3911492A1; US20220118665A1; CN113905869A; WO2020148673A1; CN113905869B

Description

COMPONENTE DI STAMPO PER PREFORME

Campo dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce al settore dello stampaggio di preforme di contenitori in materiale termoplastico, ad esempio preforme di bottiglie in PET. In particolare, la presente invenzione si riferisce ai componenti di uno stampo per lo stampaggio a iniezione o ad inietto-compressione di tali preforme.

Più in dettaglio, l’invenzione si riferisce alle caratteristiche superficiali delle superfici che delimitano i passaggi di sfiato tra i componenti dello stampo.

Stato della tecnica

Le preforme delle bottiglie in materiale termoplastico vengono tipicamente prodotte mediante un processo di stampaggio a iniezione (injection moulding) o ad inietto-compressione (injection-compression moulding).

In tali processi, una certa quantità di materiale polimerico termoplastico fuso viene iniettata ad elevata pressione in uno stampo, il quale impartisce la forma della preforma.

In particolare, uno stampo per lo stampaggio a iniezione, o a inietto-compressione, comprende alcuni componenti che formano una cavità di stampaggio, i quali definiscono la superficie esterna della preforma.

Durante l’iniezione, l’aria presente all’interno della cavità viene spinta dal polimero fuso che entra nello stampo. Il polimero fuso aumenta la temperatura e la pressione dell’aria per tutta la durata della fase di riempimento. Contemporaneamente si ha la formazione di condensa a causa dal raffreddamento dello stampo, e si generano componenti volatili a causa della degradazione del materiale polimerico iniettato.

Questi prodotti possono accumularsi sulle superfici dello stampo, compromettendo il processo, la qualità del manufatto stampato e la funzionalità dello stampo.

Per ovviare al problema, gli stampi sono provvisti di sfiati, ossia di passaggi per la fuoriuscita di gas o vapori, previsti tra uno o più componenti dello stampo. Tali sfiati, durante il processo di stampaggio a iniezione, tendono a sporcarsi nel tempo per cui viene ostacolata la fuoriuscita dei gas.

Più in dettaglio, il gradiente termico tra polimero e superficie dello stampo è solitamente elevato in modo tale da ridurre il tempo ciclo e aumentare la produttività del processo. Mantenere le superfici degli stampi a basse temperature comporta tuttavia la formazione di condensa sulle superfici fredde dello stampo. Inoltre, dal materiale plastico fuso, in particolare dal PET (poli-etilenetereftalato), si generano componenti volatili come vapore acqueo e diossido di carbonio (CO2), aldeidi e oligomeri ciclici derivanti dalla degradazione delle catene polimeriche. Questi prodotti possono condensare rapidamente e depositarsi sulle superfici fredde che delimitano gli sfiati, sporcandole e ostruendole.

Nel caso dello stampaggio a iniezione di preforme, gli sfiati sono in genere dei passaggi realizzati tra le superfici di accoppiamento tra le parti che compongono lo stampo. Lo spessore, ossia la luce di passaggio, degli sfiati è nell’ordine di qualche centesimo di millimetro, al fine di impedire la generazione di bava sul componente stampato e la fuoriuscita di materiale dalla cavità dello stampo in fase di iniezione.

Il fenomeno dell’accumulo di sporcizia sulle pareti degli sfiati non è immediato, ma si aggrava lentamente portando alla progressiva ostruzione dei passaggi di sfiato dopo migliaia o decine di migliaia di cicli di lavoro, che nella maggior parte dei casi equivale a un periodo compreso tra qualche giorno e una settimana.

Da una non corretta o mancata evacuazione dei gas dalla cavità di stampaggio possono derivare una gran quantità di difetti delle parti stampate, come ad esempio la generazione di bave, difformità nelle dimensioni finali del manufatto e la comparsa di imperfezioni estetiche.

A lungo andare, l’intrappolamento dei gas all’interno della cavità dovuti all’occlusione degli sfiati può provocare il danneggiamento delle superfici stampanti dei componenti dello stampo.

Nella pratica industriale, occorre fermare il processo produttivo e provvedere alla pulizia degli sfiati mediante operazioni manuali. Nel contesto dello stampaggio a iniezione di preforme, contraddistinto da elevata produttività, basso tempo ciclo e ampio lasso di vita per lo stampo, operazioni di questo tipo in aggiunta alla manutenzione ordinaria dello stampo comportano un aumento considerevole dei costi.

E’ quindi sentita l’esigenza di superare gli inconvenienti dovuti all’occlusione o alla riduzione di sezione dei passaggi di sfiato.

Sommario dell’invenzione

Uno scopo della presente invenzione è di minimizzare il deposito di materiale su almeno una superficie che delimita almeno un passaggio di sfiato di un componente di uno stampo per preforme.

Un altro scopo della presente invenzione è di fornire un componente di uno stampo che consenta di aumentare la produttività del processo di produzione di preforme.

La presente invenzione raggiunge almeno uno di tali scopi, ed altri scopi che saranno evidenti alla luce della presente descrizione, mediante un componente di uno stampo per stampare preforme in materiale termoplastico, comprendente almeno una prima parte e almeno una seconda parte atte a stampare parte della superficie esterna di una preforma, in cui, quando la prima parte e la seconda parte sono assemblate tra loro, almeno una prima superficie della prima parte e almeno una seconda superficie della seconda parte sono affacciate e distanziate tra loro delimitando un primo passaggio per la fuoriuscita di gas o vapori dallo stampo; e in cui almeno una tra detta prima superficie e detta seconda superficie comprende delle strutture superficiali periodiche indotte via laser (LIPSS).

Preferibilmente, dette strutture superficiali periodiche indotte via laser (LIPSS) comprendono o sono formate da una pluralità di creste e una pluralità di canali. Le strutture LIPSS possono avere anche altra forma. Ad esempio le strutture LIPSS possono comprendere o essere formate da una pluralità di pillars (pilastrini o colonnine), o comprendere o essere formate da una pluralità di scaglie, o comprendere o essere formate da due o più, ad esempio due o tre, tra le conformazioni menzionate precedentemente, ossia creste, pillars e scaglie.

Nella terminologia di settore, le strutture superficiali periodiche indotte via laser (LIPSS), sono anche dette laser-induced periodic surface structures. Quando le strutture LIPSS comprendono o sono formate da dette creste e detti canali, le strutture LIPSS sono anche denominate ripples.

In particolare, le strutture LIPSS sono preferibilmente formate da una pluralità di creste (crests in inglese) alternate ad una pluralità di canali (o gole o troughs in inglese), o in altri termini le creste e i canali sono alternati fra loro. Preferibilmente, ciascun canale è definito tra due creste.

Le creste e i canali diminuiscono la bagnabilità della superficie.

Gli inventori hanno riscontrato che, vantaggiosamente, vi è una correlazione sostanzialmente lineare tra i valori di angolo di contatto statico θ (indicativo della bagnabilità della superficie) e la quantità di materiale che si deposita sulla superficie.

In particolare, si è osservato che superfici più idrofobiche (provviste delle strutture LIPSS, ad esempio provviste delle creste e delle gole) tendono a sporcarsi di meno. Preferibilmente, i valori di angolo di contatto statico delle superfici provviste delle strutture LIPSS, in particolare delle creste e dei canali, sono di almeno 70°, preferibilmente di almeno 90°, ad esempio compresi tra 70° e 150°, oppure tra 70° e 130°, oppure tra 90° e 150°, oppure tra 90° e 130° oppure tra 70° e 90° oppure tra 130° e 150°. Vantaggiosamente, siccome le superfici si sporcano di meno, i fermi di produzione per effettuare la pulizia di tali superfici sono molto meno frequenti rispetto allo stato dell’arte.

Preferibilmente, la pluralità di creste e la pluralità di canali sono orientate sostanzialmente in una stessa direzione.

In particolare, le creste sono dei rilievi longitudinali che si estendono sostanzialmente, o prevalentemente, parallelamente fra loro.

Preferibilmente, tale direzione è sostanzialmente trasversale, preferibilmente sostanzialmente ortogonale, all’asse attorno a cui si sviluppa la superficie stampante del componente, ossia la superficie destinata ad andare a contatto con il materiale polimerico termoplastico e che conferisce la forma esterna alla preforma. Con riferimento alla preforma stampata all’interno dello stampo, detto asse è sostanzialmente l’asse centrale della preforma, che passa attraverso l’apertura del collo della preforma.

I migliori risultati, in termini di riduzione di quantità di sporcizia depositata sulla superficie si sono ottenuti prevedendo che tale direzione sia sostanzialmente ortogonale a detto asse, ad esempio quando tale direzione è sostanzialmente radiale rispetto a detto asse. In questo modo, detta direzione è sostanzialmente parallela al flusso di gas in uscita dallo stampo, in particolare al flusso di gas sospinti dal polimero durante la fase di iniezione.

Preferibilmente, le superfici su cui sono presenti le creste e i canali sono rettificate precedentemente alla realizzazione delle strutture LIPSS, ad esempio delle creste e dei canali.

Preferibilmente, la direzione della rettifica è sostanzialmente parallela alla direzione di orientazione delle creste e dei canali.

Preferibilmente, sia la direzione di rettifica, sia la direzione di orientazione delle creste e dei canali sono sostanzialmente ortogonali all’asse attorno a cui si sviluppa la superficie stampante del componente.

Quando la direzione della rettifica, la direzione di orientazione delle creste e dei canali e la direzione del flusso sono sostanzialmente parallele fra loro, si è sperimentalmente osservato che si deposita circa il 30% di materiale in meno sulla superficie rispetto ad una superficie che è solo rettificata parallelamente alla direzione del flusso di gas.

Preferibilmente, le strutture superficiali periodiche indotte via laser (LIPSS) sono sostanzialmente lineari ossia sostanzialmente rettilinee, oppure ondulate, in particolare lungo la loro direzione di orientazione.

Nella presente descrizione sono utilizzati i termini “sostanzialmente” e “prevalentemente” con riferimento ad alcune caratteristiche delle strutture LIPSS. L’utilizzo di tali termini è giustificato da motivi legati alla tecnologia di produzione di tali strutture, che il tecnico del settore è in grado di comprendere.

Preferibilmente, ma non esclusivamente, tali strutture LIPSS sono ottenute mediante un processo denominato Litografia Laser Non-lineare (NLL), in particolare con sorgenti laser pulsanti con impulsi di durata preferibilmente dell’ordine del femtosecondo o del picosecondo. Questo processo permette di ottenere ratei produttivi di diverse centinaia di millimetri quadri al minuto, molto elevati rispetto ad altri trattamenti su scala nanometrica e adatto ad applicazioni industriali. Inoltre, questo processo consente di ottenere strutture superficiali di dimensioni inferiori al raggio di focalizzazione del laser stesso.

Preferibilmente, la parte comprendente la superficie su cui si intendono realizzare le strutture LIPSS viene disposta su di un tavolo movimentato, atto a muoversi rispetto ad una testa da cui parte un fascio laser. A monte della testa sono preferibilmente previsti dei mezzi per concentrare il fascio laser. Mediante un deflettore il fascio laser viene deflesso. Il fascio laser forma uno spot e colpisce la superficie, generando le strutture LIPSS.

Ad esempio, la sorgente laser può essere del tipo “Coherent HyperRapid NX”, operante ad un’armonica fondamentale a 1064 nm con durata di impulso (pulse duration) di circa 8 ps. Il deflettore può, ad esempio, essere uno scanner “Raylase Focusshifter CS”, provvisto di una lente con 160 mm di lunghezza focale.

Secondo un altro aspetto, l’invenzione comprende un processo per ottenere un componente secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, comprendente almeno la fase di irradiare almeno una superficie di almeno una parte del componente mediante un fascio laser emesso da una sorgente laser per produrre dette strutture superficiali periodiche indotte via laser (LIPSS).

Preferibilmente, nel processo si utilizzano impulsi laser ultrabrevi, ad esempio impulsi di durata compresa tra 1 e 10 ps, preferibilmente tra 7 e 9 ps, ad esempio circa 8 ps, i valori estremi di detti intervalli essendo preferibilmente inclusi.

Preferibilmente, la superficie su cui si intendono realizzare le creste e i canali viene prima rettificata e poi irraggiata. Preferibilmente, la direzione di rettifica e la direzione di orientazione delle creste e dei canali sono sostanzialmente parallele fra loro.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di forme di realizzazione esemplificative, ma non esclusive.

Le rivendicazioni dipendenti descrivono forme di realizzazione particolari dell’invenzione.

Breve descrizione delle figure

Nella descrizione dell’invenzione si fa riferimento alle tavole di disegno allegate, che sono fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, in cui:

la Fig.1 illustra una vista prospettica di due parti di un componente di uno stampo secondo l’invenzione;

la Fig.1A illustra un particolare ingrandito della Fig.1;

la Fig.1B illustra un altro particolare ingrandito della Fig.1;

la Fig. 2 illustra una vista dall’alto di alcune parti di uno stampo secondo l’invenzione;

la Fig.3 illustra la sezione B-B della Fig.2;

la Fig.4 illustra la sezione C-C della Fig.3;

la Fig.4A illustra un particolare ingrandito della Fig.4;

la Fig.4B illustra un particolare ingrandito della Fig.4;

la Fig.4C illustra un particolare ingrandito della Fig.4;

la Fig.5 illustra il profilo di un esempio di strutture LIPSS;

la Fig.6 illustra il profilo di un altro esempio di strutture LIPSS, tale profilo essendo ottenuto mediante un microscopio a forza atomica (AFM);

la Fig. 7A illustra un’immagine ottenuta mediante un microscopio elettronico a scansione (SEM) di un esempio di strutture LIPSS;

la Fig.7B illustra un ingrandimento della Fig.7A;

la Fig. 7C illustra un’immagine ottenuta mediante un microscopio elettronico a scansione (SEM) di un altro esempio di strutture LIPSS.

Gli stessi elementi o componenti hanno lo stesso numero di riferimento.

Descrizione di forme di realizzazione esemplificative dell’invenzione

Un componente di uno stampo per stampare preforme in materiale termoplastico (ad esempio PET) secondo l’invenzione, comprende una parte 10 e una parte 20 atte a stampare parte della superficie esterna di una preforma, in cui, quando la parte 10 e la parte 20 sono assemblate tra loro, almeno una superficie 11 della parte 10 e almeno una superficie 21 della parte 20 sono affacciate e distanziate tra loro delimitando un passaggio per la fuoriuscita di gas o vapori dallo stampo; e in cui almeno una tra detta superficie 11 e detta superficie 21 comprende delle strutture superficiali periodiche indotte via laser (LIPSS), in particolare di una pluralità di creste 101 e una pluralità di canali 102 (Fig.5-7C).

Preferibilmente, il componente, comprese le sue parti 10, 20, è realizzato in materiale metallico o lega metallica adatto allo stampaggio a iniezione, ad esempio in acciaio.

Preferibilmente, il suddetto componente è il componente denominato “stampo del collo” o neck ring o neck insert in inglese. Questo componente è configurato per stampare la superficie esterna del collo della preforma (quest’ultima non illustrata). In particolare, lo stampo del collo comprende una superficie stampante 13, 23 che è destinata ad andare a contatto con il materiale termoplastico per stampare la superficie esterna del collo della preforma, compresa la porzione filettata quando prevista.

Lo stampo del collo comprende le due parti 10, 20 che sono montabili e smontabili fra loro. Per stampare la preforma, la parte 10 e la parte 20 sono assemblate fra loro. Ciascuna parte 10, 20 è provvista di una rispettiva superficie stampante 13, 23. Quando la parte 10 e la parte 20 sono assemblate fra loro, le superfici stampanti 13, 23 si estendono sostanzialmente intorno ad un asse X.

Preferibilmente, la parte 10 e la parte 20 sono sostanzialmente analoghe o uguali fra loro, a meno della porzione di superficie stampante 13, 23 che serve per stampare la filettatura della preforma, che nelle due parti 10, 20 può essere posizionata in modo differente, come il tecnico del settore può comprendere.

La superficie stampante 13 della parte 10 ha due lati di estremità, da cui si estende una rispettiva superficie 11, 12. Preferibilmente, la superficie 11 e la superficie 12 sono opposte fra loro rispetto all’asse X. Preferibilmente, le superfici 11, 12 formano uno spigolo con la superficie stampante 13. Le superfici 11, 12 non sono destinate ad andare a contatto con il materiale termoplastico. In altri termini, l’eventuale deposito di materiale termoplastico sulle superfici 11, 12 è indesiderato. Preferibilmente, il contorno della superficie 11 e della superficie 12 che è prossimale alla superficie stampante 13 comprende un’ansa 111c in corrispondenza della porzione che stampa l’anello di supporto della preforma, e una serie di anse 111d in corrispondenza della filettatura della preforma. La parte 20 comprende delle superfici 21, 22 analoghe alle superfici 11, 12.

Come si nota nelle Fig.1A e 1B, da ciascuna estremità, in particolare da ciascuna estremità assiale, della superficie 11, e analogamente dalla superficie 12, si estende preferibilmente un risalto 111a, 111b. I risalti 111a, 111b hanno un’estensione, parallelamente all’asse X, molto inferiore rispetto all’estensione della superficie 11, 12 parallelamente all’asse X.

Di fianco alla superficie 11 è prevista una superficie rientrante 15 (o rientranza), in particolare rientrante rispetto alla superficie 11. Analogamente, di fianco alla superficie 12 è prevista una superficie rientrante 16.

Preferibilmente, la superficie rientrante 15, 16 affianca la superficie 11, 12 sostanzialmente per tutta la sua estensione lungo l’asse X.

Preferibilmente, la superficie rientrante 15, 16 è concava verso un’analoga superficie della parte 20. Preferibilmente, il dislivello tra la superficie 11, 12 e la massima profondità della superficie rientrante 15, 16 è compreso tra 0,5 e 2 mm. Preferibilmente, le superfici rientranti 15, 16 si estendono fino alla superficie superiore e alla superficie inferiore della parte 10, per cui tali superfici superiore e inferiore hanno ciascuna un’ansa 151, 153 in corrispondenza di ciascuna superficie rientrante 15, 16.

Di fianco alla superficie rientrante 15 è prevista una superficie di battuta 17, atta ad andare a contatto con una corrispondente superficie di battuta della parte 20. Analogamente, di fianco alla superficie rientrante 16 è prevista una superficie di battuta 18, atta ad andare a contatto con una corrispondente superficie di battuta della parte 20.

Tra la superficie di battuta 17 e la superficie 11, e tra la superficie di battuta 18 e la superficie 12, c’è un dislivello, preferibilmente compreso tra 0,01 e 0,1 mm.

La superficie di battuta 17 comprende una o più rientranze, ad esempio due rientranze 17a, 17b, che in particolare si diramano trasversalmente dalla superficie rientrante 15. Analogamente, la superficie di battuta 18 comprende una o più rientranze, ad esempio due rientranze 18a, 18b, che in particolare si diramano trasversalmente dalla superficie rientrante 16. Le rientranze 17a, 17b, 18a, 18b, sono anch’esse delle porzioni di superficie rientranti.

Quando la parte 10 e la parte 20 sono assemblate fra loro, si ha che:

- ciascuna superficie di battuta 17, 18 della parte 10 è in battuta con una rispettiva superficie di battuta della parte 20;

- ciascuna superficie 11, 12 della parte 10 è affacciata a, e distanziata da, una rispettiva superficie 21, 22 della parte 20, in modo che ciascuna coppia di superfici, ossia la coppia 11, 21 e la coppia 12, 22, delimiti un passaggio o canale, ossia un gap, per la fuoriuscita di gas o vapori dallo stampo;

- ciascuna superficie rientrante 15, 16 della parte 10 è affacciata a, e distanziata da, una rispettiva superficie rientrante 15, 16 della parte 20;

- ciascuna rientranza 17a, 17b, 18a, 18b della prima parte 10 è affacciata a, e distanziata da, una rispettiva rientranza (non visibile nelle Figure) della parte 20. Le rientranze 17a, 17b, 18a, 18b servono in particolare a mettere in comunicazione con l’atmosfera le superfici 15, 16.

Pertanto, con particolare riferimento alla Fig.4A, si può avere un passaggio di gas o vapori che passa attraverso il passaggio delimitato dalle coppie di superfici 11, 21 e 12, 22 (frecce F). Il flusso di gas o vapori si incanala poi nel sistema di canali formato delle rientranze 15, 16 e dalle rientranze 17a, 17b, 18a, 18b delle due parti 10, 20. Dai canali formati dalle rientranze 17a e 17b delle due parti 10, 20 e dai canali 18a, 18b delle due parti 10, 20, il flusso di gas o vapori fuoriesce all’esterno dello stampo del collo (frecce F1, F2, F3, F4).

Preferibilmente, la distanza tra le superfici rientranti 15 delle due parti 10, 20, la distanza tra le superfici rientranti 16 delle due parti 10, 20, la distanza tra le rientranze 17a, 17b delle due parti 10, 20, e la distanza tra le rientranze 18a, 18b delle due parti 10, 20 sono ciascuna in un intervallo da 0,2 a 2,5 mm.

Preferibilmente, la distanza, in particolare la distanza minima, tra la superficie 11 e la superficie 21, e tra la superficie 12 e la superficie 22 è in un intervallo da 0,01 mm a 0,1 mm, preferibilmente da 0,02 mm a 0,06 mm, detta distanza essendo preferibilmente costante o sostanzialmente costante.

Questo intervallo consente la fuoriuscita di gas o vapori e impedisce la fuoriuscita di materiale termoplastico.

Almeno una tra la superficie 11, la superficie 12, la superficie 21 e la superficie 22 è provvista di strutture LIPSS, preferibilmente di una pluralità di creste 101 e di una pluralità di canali 102 (Fig.5-7C).

Ad esempio, si può prevedere che tutte le superfici 11, 12, 21, 22 siano provviste di una pluralità di creste 101 e di una pluralità di canali 102; oppure, ad esempio, si può prevedere che solo le superfici 11, 12 della parte 10 siano provviste delle creste 101 e dei canali 102, o altre combinazioni.

Vantaggiosamente, la pluralità di creste 101 e canali 102 riduce sensibilmente il deposito di sporcizia sulla rispettiva superficie di cui, in particolare, viene diminuita la bagnabilità. Vantaggiosamente, la presenza delle strutture LIPSS non altera sostanzialmente, in particolare a livello micrometrico, la sezione attraverso cui passano gas e vapori.

Oltre ai passaggi di sfiato che sono stati descritti, lo stampo può facoltativamente comprendere anche ulteriori passaggi di sfiato.

Ad esempio, con particolare riferimento alle Fig. 4 e 4C, può essere previsto un passaggio 41, preferibilmente anulare intorno all’asse X, per gas o vapori delimitato da una porzione 42 (Fig. 1A) della superficie superiore della parte 10 e/o della parte 20 e dal componente dello stampo che nel settore è noto come core holder 40. La suddetta porzione 42 è preferibilmente una porzione anulare, ed è affacciata a, e distanziata da, una superficie 44 del core holder 40.

Almeno una, ad esempio entrambe, tra la suddetta porzione di superficie 42 e la superficie 44 del core holder 40 può facoltativamente essere provvista di strutture LIPSS, ad esempio di una pluralità di creste 101 e di una pluralità di canali 102. Preferibilmente, la distanza, in particolare la distanza minima, tra la porzione di superficie 42 e la superficie 44 è in un intervallo da 0,01 a 0,1 mm.

La porzione di superficie 42 e la superficie 44 non sono destinate ad andare a contatto con il materiale termoplastico.

Il passaggio 41 sfocia in un canale 43, preferibilmente anulare intorno all’asse X, che a sua volta comunica con la superficie rientrante 15 e/o con la superficie rientrante 16.

Un ulteriore passaggio 51, preferibilmente anulare, che può facoltativamente essere previsto è delimitato dal core holder 40 e dal componente che nel settore è noto come core 50 o elongated core.

In particolare, il passaggio 51 è delimitato dalla porzione di superficie 45 del core holder 40, e dalla porzione di superficie 55 del core 50, affacciate e distanziate fra loro.

Preferibilmente, la distanza, in particolare la distanza minima, tra le porzioni di superficie 45, 55 è in un intervallo da 0,01 mm a 0,1 mm.

Le porzioni di superficie 45, 55 non sono destinate ad andare a contatto con il materiale termoplastico.

Preferibilmente, almeno una, ad esempio entrambe, tra la porzione di superficie 45 del core holder 40, e la porzione di superficie 55 del core 50 è provvista di strutture LIPSS, ad esempio di una pluralità di creste 101 e di una pluralità di canali 102.

Il passaggio 51 comunica con un altro passaggio 53 che sfocia all’esterno dello stampo.

Preferibilmente, per tutte le superfici su cui sono previste, le strutture LIPSS comprendono o sono formate da detta pluralità di creste 101 e detta pluralità di canali 102.

Tutta la superficie o una o più parti di dette superfici possono essere provviste di dette strutture LIPSS, ad esempio di detta pluralità di creste 101 e canali 102. Nelle Figure 7A e 7C sono illustrati due esempi dell’aspetto delle strutture LIPSS, viste in pianta dall’alto. In Fig.5 è rappresentato il profilo di un esempio di strutture LIPSS, e la Fig. 6 illustra il profilo di un altro esempio di strutture LIPSS, tale profilo essendo ottenuto mediante un microscopio a forza atomica (AFM).

I profili delle Fig. 5 e 6 sono in particolare i profili su un piano perpendicolare alla direzione di orientazione delle strutture LIPSS (anche denominata prima direzione per fini descrittivi).

Preferibilmente, detta pluralità di creste 101 e detta pluralità di canali 102 sono orientate sostanzialmente in una stessa prima direzione.

Preferibilmente, detta prima direzione è trasversale, preferibilmente ortogonale, all’asse attorno a cui si sviluppa la superficie stampante 13, 23 del componente. In particolare, è preferibile che la prima direzione sia sostanzialmente parallela alla direzione del flusso di gas o vapori che fuoriesce dallo stampo. Ad esempio, detta prima direzione è sostanzialmente parallela alle frecce F in Fig. 4A, che sono rappresentative della direzione del flusso di gas o vapori.

Le creste 101 sono alternate ai canali 102, o almeno la maggior parte delle creste 101 sono alternate ai canali 102.

Le creste 101 e i canali 102 sono sostanzialmente paralleli fra loro o in altri termini sono longitudinalmente orientati sostanzialmente, o prevalentemente, lungo una stessa direzione, ossia la suddetta prima direzione.

Le creste 101 e i canali 102 sono sostanzialmente rettilinei oppure possono essere sostanzialmente delle linee ondulate lungo la prima direzione.

La lunghezza, lungo la prima direzione, delle creste 101 e dei canali 102 è molto maggiore rispetto alla loro altezza “h” e alla loro larghezza.

Le creste 101 sono in rilievo rispetto ai canali 102. In particolare, le creste 101 hanno un’altezza in un intervallo da 100 a 500 nm, oppure da 100 a 350 nm, detta altezza avendo preferibilmente un valore costante con una tolleranza di ±50 nm. Tale altezza è la distanza tra il fondo dei canali 102 e la sommità delle creste 101. Quando le strutture LIPSS hanno una conformazione diversa rispetto alle creste e ai canali, tale altezza è preferibilmente misurata a partire dal fondo della superficie da cui si estendono le strutture LIPSS.

Preferibilmente, ma non esclusivamente, la sommità delle creste 101 è curva, ad esempio arrotondata, caratteristica che aumenta l’idrofobicità (minore bagnabilità) della superficie.

Preferibilmente, il periodo “n” tra le creste 101 di detta pluralità di creste, è inferiore a 1000 nm, preferibilmente in un intervallo da 300 a 1000 nm, oppure da 400 a 900 nm, oppure da 500 a 800 nm, oppure da 600 a 700 nm. Preferibilmente detto periodo n ha un valore costante con una tolleranza di ±50 nm.

Preferibilmente, il periodo “n” corrisponde sostanzialmente al passo (pitch in inglese) delle creste 101, che è la distanza tra punti corrispondenti o sostanzialmente corrispondenti di due creste 101 consecutive, lungo una seconda direzione sostanzialmente perpendicolare alla prima direzione.

Preferibilmente, ma non esclusivamente, la rugosità media della superficie rettificata, su cui possono essere prodotte le strutture LIPSS, è compresa tra 0,30 e 0,35 µm.

Tale rugosità media (average roughness in inglese) è anche indicata nel settore come “Sa”.

Le caratteristiche delle strutture LIPSS si possono misurare, ad esempio, mediante un profilometro ottico preferibilmente in modalità confocale; e/o mediante un microscopio elettronico a scansione (SEM); e/o mediante un microscopio a forza atomica (AFM).

Preferibilmente, ma non esclusivamente, i valori medi della dispersione dell’angolo di orientazione, rispetto alla prima direzione, sono compresi tra 0 e 45°, preferibilmente tra 0 e 30°, più preferibilmente tra 0 e 26°.

Preferibilmente, ma non esclusivamente, le strutture LIPSS sono low spacial frequency LIPSS (anche denominate LSFL). In particolare, le strutture del tipo low spacial frequency LIPSS hanno un passo “n” inferiore alla lunghezza d’onda λ del laser con cui vengono prodotte. Tipicamente, ma non esclusivamente, tale passo “n” è compreso tra λ/2 e λ.

Preferibilmente, ma non esclusivamente, la lunghezza d’onda del laser è compresa tra 500 e 1100 nm.

Secondo un aspetto, l’invenzione comprende un processo per ottenere un componente avente almeno una superficie provvista delle strutture LIPSS, ad esempio delle creste 101 e dei canali 102, il processo comprendente almeno la fase di irradiare almeno una superficie di almeno una parte 10, 20 del componente mediante un fascio laser emesso da una sorgente laser per produrre dette strutture LIPSS, ad esempio detta pluralità di creste 101 e detta pluralità di canali 102.

Il suddetto processo è preferibilmente, ma non esclusivamente, un processo di Litografia Laser Non-lineare. Preferibilmente il fascio laser è pulsante, con impulsi di durata avente un valore in un intervallo da 1 a 10 ps, preferibilmente da 7 a 9 ps.

Preferibilmente, ma non esclusivamente, la potenza del laser ha un valore in un intervallo da 16 a 22 W.

Preferibilmente, ma non esclusivamente, l’energia per impulso è compresa tra 16 e 22 µJ.

Preferibilmente, ma non esclusivamente, la frequenza del laser è in un intervallo da 200 kHz a 1 MHz, preferibilmente è circa pari ad 1 MHz.

Preferibilmente, ma non esclusivamente, la superficie viene prima rettificata e successivamente irradiata. Preferibilmente, la direzione di rettifica è parallela alla direzione di orientazione delle creste 101 e dei canali 102.

Per eseguire il processo viene utilizzato un apparato comprendente una sorgente laser e un deflettore.

A monte della testa che emette il fascio laser sono preferibilmente previsti dei mezzi per concentrare il fascio laser.

Durante il processo, il deflettore può spostarsi opportunamente per irraggiare la parte, o le parti del componente dove si intendono realizzare le strutture LIPSS. Preferibilmente, la parte comprendente la superficie su cui si intendono realizzare le strutture LIPSS viene disposta su di un tavolo movimentato, atto a muoversi rispetto ad una testa da cui parte un fascio laser.

Tipicamente, ma non esclusivamente, la direzione di orientazione delle creste è correlata alla direzione di polarizzazione del laser. Tipicamente, ma non esclusivamente, la giacitura del piano di polarizzazione viene orientata in modo da ottenere l’opportuna direzione preferenziale di orientazione delle creste.

In particolare, le creste 101 sono preferibilmente orientate sostanzialmente ortogonalmente rispetto alla direzione di polarizzazione della luce laser. Inoltre, preferibilmente ma non esclusivamente, le creste 101 sono orientate ortogonalmente rispetto alla direzione di scansione del laser, la direzione di polarizzazione della luce essendo sostanzialmente parallela alla direzione di scansione.

A solo titolo esemplificativo e non limitativo, il processo può essere eseguito mediante una sorgente laser “Coherent HyperRapid NX, operante ad un’armonica fondamentale a 1064 nm con durata di impulso (pulse duration) di circa 8 ps.

Il deflettore può, ad esempio, essere uno scanner “Raylase Focusshifter CS, provvisto di una lente con 160 mm di lunghezza focale.

Preferibilmente, ma non esclusivamente, il diametro dello spot del fascio laser è di circa 30 µm.

Nella tabella seguente sono riportati i parametri di processo di due diversi processi, rispettivamente No.1 e No.2, riportati a solo titolo esemplificativo e non limitativo.

Preferibilmente, ma non esclusivamente, la lunghezza d’onda del laser è compresa tra 500 e 1100 nm. Preferibilmente, il laser è in grado di generare strutture periodiche indotte con periodo inferiore alla lunghezza d’onda del laser stesso.

Secondo un aspetto, l’invenzione comprende uno stampo per stampare preforme in materiale termoplastico, comprendente almeno un componente avente una o più tra le caratteristiche descritte precedentemente.

Sebbene la presente descrizione sia stata condotta con riferimento prevalente a delle strutture LIPSS che comprendono o sono formate da creste e canali, le strutture LIPSS possono avere anche altra forma. Ad esempio le strutture LIPSS possono comprendere o essere formate da una pluralità di pillars (pilastrini o colonnine), o comprendere o essere formate da una pluralità di scaglie, o comprendere o essere formate da due o più, ad esempio due o tre, tra le conformazioni menzionate precedentemente, ossia creste, pillars e scaglie.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Componente di uno stampo per stampare preforme in materiale termoplastico, comprendente almeno una prima parte (10) e almeno una seconda parte (20) atte a stampare parte della superficie esterna di una preforma, in cui, quando la prima parte (10) e la seconda parte (20) sono assemblate tra loro, almeno una prima superficie (11) della prima parte (10) e almeno una seconda superficie (21) della seconda parte (20) sono affacciate e distanziate tra loro delimitando un primo passaggio per la fuoriuscita di gas o vapori dallo stampo; e in cui almeno una tra detta prima superficie (11) e detta seconda superficie (21) comprende delle strutture superficiali periodiche indotte via laser (LIPSS).
2. Componente secondo la rivendicazione 1, in cui dette strutture superficiali periodiche indotte via laser (LIPSS) comprendono una pluralità di creste (101) e una pluralità di canali (102).
3. Componente secondo la rivendicazione 2, in cui detta pluralità di creste (101) e detta pluralità di canali (102) sono orientate sostanzialmente in una stessa direzione; preferibilmente in cui detta direzione è trasversale, preferibilmente ortogonale, all’asse (X) attorno a cui si sviluppa la superficie stampante (13, 23) del componente.
4. Componente secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il periodo (n) tra dette strutture periodiche indotte via laser, in particolare tra le creste (101) di detta pluralità di creste, è inferiore a 1000 nm, preferibilmente detto periodo (n) è in un intervallo da 300 a 1000 nm, oppure da 400 a 900 nm, oppure da 500 a 800 nm, oppure da 600 a 700 nm; preferibilmente in cui detto periodo (n) ha un valore costante con una tolleranza di ±50 nm.
5. Componente secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui dette strutture periodiche indotte via laser, in particolare le creste (101) di detta pluralità di creste, hanno un’altezza in un intervallo da 100 a 500 nm, oppure da 100 a 350 nm, detta altezza avendo preferibilmente un valore costante con una tolleranza di ±50 nm.
6. Componente secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la distanza tra detta prima superficie (11) e detta seconda superficie (21) è in un intervallo da 0,01 a 0,1 mm, preferibilmente in un intervallo da 0,02 mm a 0,06 mm.
7. Componente secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto componente è configurato per stampare la superficie esterna del collo di una preforma; preferibilmente in cui la prima parte (10) comprende una terza superficie (12) e la seconda parte (20) comprende una quarta superficie (22), in cui, quando la prima parte (10) e la seconda parte (20) sono assemblate tra loro, detta terza superficie (12) e detta quarta superficie (22) sono affacciate e distanziate tra loro delimitando un secondo passaggio per la fuoriuscita di gas o vapori dallo stampo; e in cui almeno una tra detta terza superficie (12) e detta quarta superficie (22) comprende delle strutture superficiali periodiche indotte via laser (LIPSS), preferibilmente una pluralità di creste (101) e una pluralità di canali (102).
8. Componente secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente un core holder (40); in cui, quando il core holder (40) è assemblato con la prima parte (10) e la seconda parte (20), tra il core holder (40) e la prima parte (10) e tra il core holder (40) e la seconda parte (20) è previsto un terzo passaggio (41) per la fuoriuscita di gas o vapori dallo stampo, detto terzo passaggio (41) essendo delimitato da una quinta superficie (44) del core holder (40), da una sesta superficie (42) della prima parte (10), e da una settima superficie della seconda parte (20), e in cui almeno una tra dette quinta superficie (44), detta sesta superficie (42) e detta settima superficie è provvista di strutture superficiali periodiche indotte via laser (LIPSS), preferibilmente di una pluralità di creste (101) e una pluralità di canali (102).
9. Componente secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente un core holder (40) e un core (50); in cui, quando il core holder (40) è assemblato con il core (50), tra il core holder (40) e il core (50) è previsto un quarto passaggio (51) per la fuoriuscita di gas o vapori dallo stampo, detto quarto passaggio (51) essendo delimitato da una ottava superficie (45) del core holder (40) e da una nona superficie (55) del core (50), e in cui almeno una tra detta ottava superficie (45) e detta nona superficie (55) è provvista di strutture superficiali periodiche indotte via laser (LIPSS), preferibilmente di una pluralità di creste (101) e una pluralità di canali (102).
10. Stampo per preforme comprendente un componente secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
11. Processo per ottenere un componente secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, comprendente almeno la fase di - irradiare almeno una superficie di almeno una parte (10, 20) del componente mediante un fascio laser emesso da una sorgente laser per produrre dette strutture superficiali periodiche indotte via laser (LIPSS); detto processo essendo preferibilmente un processo di Litografia Laser Non-lineare; preferibilmente in cui il fascio laser è pulsante, con impulsi di durata avente un valore in un intervallo da 1 a 10 ps, preferibilmente da 7 a 9 ps; una potenza avente preferibilmente un valore in un intervallo da 16 a 22 W; e preferibilmente una frequenza in un intervallo da 200 kHz a 1 MHz, preferibilmente di circa 1 MHz.
12. Processo secondo la rivendicazione 11, in cui detta almeno una superficie viene prima rettificata e successivamente irradiata, preferibilmente in cui la direzione di rettifica è parallela alla direzione di orientazione delle strutture superficiali periodiche indotte via laser (LIPSS), in particolare delle creste (101) e dei canali (102).