IT201900015141A1

IT201900015141A1 - Metodo di stampaggio multifase e stampo multistazione per la realizzazione di componenti plastiche colorate dall’alto valore estetico

Info

Publication number: IT201900015141A1
Application number: IT102019000015141A
Authority: IT
Inventors: Antonio Affinita
Original assignee: Sapa S P A
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2019-08-28
Publication date: 2021-02-28
Also published as: EP3785878A1; EP3785878B1

Description

Descrizione dell’invenzione avente per titolo:

“METODO DI STAMPAGGIO MULTIFASE E STAMPO MULTISTAZIONE PER LA REALIZZAZIONE DI COMPONENTI PLASTICHE COLORATE DALL’ALTO VALORE ESTETICO”

Descrizione

Campo della tecnica

La presente invenzione opera nell’ambito delle componenti in plastica realizzate mediante stampi a iniezione. Più dettagliatamente le componenti plastiche di interesse presentano almeno un lato verniciato che rimane a vista. Ancora più nello specifico, tali componenti plastiche colorate sono atte ad essere montate su un veicolo a motore.

Arte nota

La tecnica dello stampaggio a iniezione è nota da moltissimi anni ed è in continua evoluzione anche grazie alle numerose privative in essere la cui titolarità è la medesima della Richiedente.

Allo stato attuale dell’arte, per quanto riguarda gli articoli verniciati, quindi colorati, la tecnica più avanzata sembra essere quella rappresentata dal brevetto EP2207659B1, che riguarda la produzione di articoli stampati rivestiti. Il brevetto citato rivendica uno stampo a iniezione rotante a due stazioni modificato in modo tale che, dopo l’iniezione del materiale termoplastico nella prima stazione, si sviluppi, nella seconda stazione, uno spazio (intercapedine) tra la superficie esterna dell’articolo stampato e la superficie interna della seconda stazione dello stampo. Tale intercapedine, che di norma è di 5/10 mm, viene riempita con una miscela reattiva mediante stampaggio ad iniezione; e per indurire la miscela reattiva, la temperatura in almeno una parte dello stampo a iniezione viene aumentata.

Il problema tecnico che il brevetto citato intende risolvere è la forte suscettibilità ai graffi delle superfici a vista che sono verniciate. La presenza di graffi renderebbe le componenti plastiche prodotte inaccettabili per il cliente finale. Un secondo problema risolto dal medesimo brevetto è quello di rendere più economico il processo di produzione e colorazione delle componenti.

Per fare ciò il processo è velocizzato mediante la modificazione della temperatura di una delle due intercapedini durante i 60 secondi di indurimento del materiale.

Obiettivo del presente brevetto, invece, che rimane irrisolto da tutte le tecniche presenti sul mercato, è quello di poter aggiungere fasi di lavorazione al processo di produzione in modo da non allungare i tempi di realizzazione del singolo elemento.

Allo stesso tempo si intende mantenere l’elevata qualità della verniciatura che è già fornita dalla tecnica nota.

È da sottolineare che è comunemente nota la tecnica di raffreddare e riscaldare l’intercapedine dello stampo per determinare un più rapido indurimento dei polimeri in essa contenuti, con il conseguente aumento dei consumi dall’intero impianto industriale. Per questa ragione, un ulteriore obiettivo della presente invenzione è di economizzare la produzione, proponendo uno stampo ed un processo che evitino tali variazioni di temperatura.

Descrizione dell’invenzione

Secondo la presente invenzione viene realizzato metodo di stampaggio multifase e relativo stampo multistazione per la realizzazione di componenti plastiche colorate dall’alto valore estetico che risolve efficacemente le problematiche suesposte.

Vantaggiosamente lo stampo della presente invenzione, che è atto alla realizzazione di componenti plastiche colorate (verniciate) di veicoli a motore, comprende una pluralità di stazioni di iniezione, una pluralità di stazioni di controllo ed almeno una stazione di scarico, disposte attorno ad una tavola rotante.

Preferibilmente detta componente plastica verniciata, atta ad essere montata su un qualsiasi veicolo a motore, è costituita da una pluralità di strati costampati comprendente almeno un supporto, comunemente denominato “quarta parete”, una porzione a vista in gergo chiamata “pelle” e un rivestimento colorato.

Lo stampo, ciclicamente, assume una configurazione chiusa in cui avvengono le iniezioni dei polimeri nelle rispettive intercapedini e una configurazione aperta, in cui la tavola rotante centrale ruota trasferendo il contenuto dell’intercapedine di ogni stazione in corrispondenza della stazione successiva.

Durante la rotazione detta tavola rotante presenta la componente plastica appena stampata presso delle stazioni di controllo collocate tra una stazione d’iniezione e l’altra.

Dette stazioni di controllo sono vantaggiosamente preimpostate per verificare la rispondenza di caratteristiche come il colore e lo spessore dell’elemento plastico scansionato. I valori di tolleranza sono impostati da un elaboratore elettronico in comunicazione I/O con dette stazioni di controllo.

Più dettagliatamente, dette stazioni sono:

- una prima stazione di iniezione atta a ricevere il punzone della tavola rotante proveniente dalla stazione di scarico e pertanto vuoto. Essa è atta a iniettare nella relativa intercapedine il materiale termoplastico (preferibilmente ABS, PC+ABS, PC, PC+PBT, PC+ASA, ASA) atto a costituire la porzione a vista dell’oggetto da realizzare, ovvero la “pelle”; - una seconda stazione d’iniezione atta a ricevere il punzone della tavola rotante proveniente dalla prima stazione e pertanto l’intercapedine della seconda stazione sarà già parzialmente riempita con la “pelle” dell’oggetto da realizzare. Nella seconda stazione d’iniezione avviene l’immissione nella relativa intercapedine del materiale plastico (preferibilmente ABS, PC+ABS, PC, PC+PBT, PC+ASA, ASA) atto a costituire il supporto, ovvero la “quarta parete” dell’oggetto da realizzare, sovrapponendola a detta “pelle”;

- una terza stazione di iniezione atta a ricevere il punzone proveniente dalla seconda stazione e pertanto l’intercapedine sarà già parzialmente riempita con la “quarta parete” e la porzione in vista. La terza stazione inietta nella relativa intercapedine il materiale plastico colorato (preferibilmente una miscela reattiva a base di poliolio, isocianato e colorante) atto a rivestire la superficie esterna della porzione a vista dell’oggetto da realizzare;

- una stazione di smistamento e scarico, in cui un movimentatore meccanico afferra il pezzo ormai solidificato e pronto per allontanarlo dallo stampo e lo dispone su un nastro trasportatore che lo allontana dallo stampo.

Eventualmente, in una forma di realizzazione della presente invenzione che potrebbe avere dei risvolti vantaggiosi, la terza stazione d’iniezione e la stazione di scarico possono coincidere.

Ad ogni chiusura dello stampo, quindi avvengono tre iniezioni contemporanee, vantaggiosamente ottimizzando i tempi di realizzazione. La durata della configurazione chiusa dello stampo può durare da 30 secondi a 120 secondi, preferibilmente 60 secondi entro i quali tutti i polimeri inizialmente fusi si sono ormai solidificati all’interno delle rispettive intercapedini.

Ad ogni apertura dello stampo, pertanto avviene una rotazione della tavola rotante ed uno scaricamento di un oggetto finito dalla stazione di scarico.

Tra i vantaggi principali della presente invenzione, inoltre, c’è un’ulteriore ottimizzazione dei tempi. Durante la rotazione della tavola rotante quando lo stampo è nella configurazione aperta, gli elementi appena stampati vengono sottoposti simultaneamente alle stazioni di controllo che ne verificano la presenza di eventuali imperfezioni, ricali o carenze di materiale plastico. Dette stazioni di controllo sono le seguenti:

- una prima stazione di controllo posta tra la prima stazione d’iniezione e la seconda stazione d’iniezione. La prima stazione di controllo è atta ad eseguire un controllo ottico sulla “pelle” appena iniettata;

- una seconda stazione di controllo interposta tra la seconda stazione d’iniezione e la terza stazione d’iniezione. La seconda stazione di controllo esegue un primo passo di controllo dimensionale della “quarta parete” appena stampata e un secondo passo di controllo ottico del colore della superficie visibile;

- una terza stazione di controllo interposta tra detta terza stazione d’iniezione e la stazione di smistamento e scarico. La terza stazione di controllo esegue un passo finale di controllo dimensionale e un passo finale di controllo del colore.

Vantaggiosamente tutte le stazioni di controllo sono in comunicazione di dati con l’elaboratore elettronico dal quale sono impostate le tolleranze dimensionali e colorimetriche che fanno da discriminante tra un pezzo accettabile o uno da scartare.

Quando la prima o la seconda stazione di controllo dovessero rilevare delle lievi imperfezioni, che comunque non eccedono le soglie di tolleranza, vantaggiosamente, l’elaboratore elettronico, nella forma di realizzazione preferita della presente invenzione, abbasserà le soglie accettabili per la terza stazione di controllo.

Quest’ultima stazione è quella atta al rilevamento definitivo dell’accettabilità o meno di un pezzo. Proprio quest’ultima stazione, quindi, emette il giudizio definitivo e lo comunica a detto elaboratore elettronico il quale, a sua volta, invia alla stazione di smistamento e scarico il comando relativo a dove posizionare il pezzo appena scaricato: se sul nastro dei pezzi accettati o su quello dei pezzi da scartare.

In una versione alternativa dello stampo in oggetto, le stazioni di controllo sono configurate alla stregua delle stazioni d’iniezione. La tavola rotante avrà quindi sette lati e, a stampo chiuso, tre dei pezzi in produzione saranno sottoposti a un accurato scanning ottico, colorimetrico e dimensionale, mentre altri tre pezzi sono in fase d’iniezione.

Infine, un ulteriore vantaggio dello stampo, che garantisce la produzione di pezzi verniciati dal valore estetico elevatissimo, prevede la predisposizione di un filtro immediatamente a valle di ogni ugello d’immissione per evitare l’immissione di eventuali impurità nella miscela plastica.

I vantaggi offerti dalla presente invenzione sono evidenti alla luce della descrizione fin qui esposta e saranno ancora più chiari grazie alle figure annesse e alla relativa descrizione dettagliata.

Descrizione delle figure

L’invenzione verrà qui di seguito descritta in almeno una forma di realizzazione preferita a titolo esplicativo e non limitativo con l’ausilio delle figure annesse, nelle quali:

- FIGURA 1 mostra il diagramma di flusso che sottostà al metodo oggetto della presente invenzione.

- FIGURA 2 rappresenta lo stampo 200 nella configurazione aperta;

- FIGURA 3 illustra lo stampo 200 nella configurazione chiusa;

- FIGURA 4 mostra nel dettaglio l’iniezione di materiale plastico che avviene in una qualsiasi delle stazioni di iniezione 100-120-130. In particolare in questa figura si noti il filtro 180 posizionato immediatamente a valle dell’ugello d’immissione;

- FIGURA 5 mostra la successiva apertura dello stampo 100 e la rotazione della tavola rotante 150 durante la quale le stazioni di controllo 110-121-131 revisionano il materiale plastico appena stampato;

- FIGURA 6 mostra schematicamente la comunicazione tra dette stazioni di controllo 110-121-131 e un elaboratore centrale 400.

Descrizione dettagliata dell’invenzione

La presente invenzione verrà ora illustrata a titolo puramente esemplificativo ma non limitativo o vincolante, ricorrendo alle figure le quali illustrano alcune realizzazioni relativamente al presente concetto inventivo.

Con riferimento alla FIG. 1 è mostrato il diagramma di flusso che rappresenta il metodo di produzione che lo stampo 200 precedentemente descritto esegue, nella sua forma di realizzazione ad oggi ritenuta la più vantaggiosa.

In una prima stazione d’immissione 100 avviene la prima fase d’immissione 1000 della miscela plastica che costituisce la parte in vista dell’elemento plastico in produzione. Come in tutte le stazioni d’immissione 100-120-130 a valle dell’ugello d’immissione è presente un filtro 180 che trattiene le eventuali impurità.

Dopo l’attesa del tempo di solidificazione del polimero, in un intorno di 60 secondi, lo stampo 200 che si trovava in una configurazione chiusa, si apre e la tavola rotante 150 presente al centro ruota.

Durante la rotazione il pezzo appena stampato attraversa una prima stazione di controllo 110 dove uno scanner ottico effettua una prima fase di controllo 1100 ovvero verifica l’omogeneità del colore ottenuto. L’esito positivo o negativo di tale verifica è determinato dalle soglie di tolleranza preimpostate in un elaboratore elettronico 400. In caso di esito positivo il metodo procederà senza fasi intermedie. In caso di rilevamento di un valore molto vicino alla soglia limite, l’elaboratore elettronico determinerà l’abbassamento delle tolleranze accettabili nei successivi controlli. In caso di superamento eccessivo della soglia limite il pezzo verrà immediatamente scartato.

La tavola rotante 150 prosegue la sua rotazione sino a presentare il pezzo appena stampato presso una seconda stazione d’iniezione 120. Qui avviene la seconda fase d’iniezione 1200 in cui nell’intercapedine dello stampo, che assume nuovamente la configurazione chiusa, viene iniettato il supporto, o “quarta parete” sovrapponendolo alla “pelle”.

Come prima, dopo l’attesa della solidificazione del polimero iniettato, lo stampo 200 si apre nuovamente e la tavola rotante 150 fa sì che l’elemento stampato subisca una seconda fase di controllo 1210-1220 in una seconda stazione di controllo 120. Più dettagliatamente verrà eseguito dapprima un controllo dimensionale 1210, per controllare che lo spessore del materiale sia costante e non ci siano ricali, e successivamente un controllo colorimetrico 1220.

Come a precedente fase di controllo 1100, il pezzo potrà essere approvato, scartato se oltre le soglie limite oppure messo “in osservazione” 1500, vale a dire che saranno abbassate le soglie di tolleranza per il successivo controllo in quanto i valori rilevati sono molto vicini alla soglia preimpostata tramite detto elaboratore 400.

Al superamento della seconda stazione di controllo 120, la tavola rotante 150 dispone il pezzo stampato presso una terza stazione d’iniezione 130 nella quale viene iniettato a stampo 200 chiuso, in una terza fase d’iniezione 1300, il polimero colorato che farà da rivestimento al pezzo.

Alla solidificazione anche di questa terza componente polimerica lo stampo 200 si aprirà nuovamente e la tavola rotante 150 sottoporrà il componente finito a una terza stazione di controllo 131 che procederà, in sequenza, a una terza fase di controllo dimensionale 1310 e colorimetrico 1320.

In base ai parametri di tolleranza eventualmente abbassati in seguito ai controlli a monte, la terza stazione di controllo 131 invierà il dato rilevato all’elaboratore elettronico 400 il quale, governando una stazione di smistamento e scarico 140, determinerà se, nella fase di smistamento 1400 il pezzo appena ottenuto andrà collocato su un nastro trasportatore dedicato ai pezzi accettati o su uno dedicato ai pezzi da scartare.

È infine chiaro che all’invenzione fin qui descritta possono essere apportate modifiche, aggiunte o varianti ovvie per un tecnico del ramo, senza per questo fuoriuscire dall’ambito di tutela che è fornito dalle rivendicazioni annesse.

Claims

Rivendicazioni 1. Stampo (200) multistazione per la realizzazione di componenti plastiche colorate dall’alto valore estetico, dotato di una tavola rotante (150) dotata di una pluralità di lati ciascuno dei quali comprendente almeno una matrice della forma della componente plastica desiderata, detto stampo (200) comprendendo una pluralità di punzoni atti a chiudersi reversibilmente su dette matrici di detta tavola rotante (150), ciascun punzone definendo una stazione d’iniezione di un polimero plastico atto a costituire una parte della componente plastica in produzione; detto stampo (200) essendo atto ad assumere, ciclicamente, una prima configurazione chiusa, in cui in dette stazioni di iniezione avviene l’iniezione a pressione di un predeterminato polimero plastico all’interno della relativa intercapedine, e una seconda configurazione aperta in cui le matrici di dette stazioni di iniezione sono lontane da detta tavola rotante (150) centrale per consentire a detta tavola rotante (150) di ruotare attorno al proprio asse trasferendo il contenuto dell’intercapedine di ogni stazione in corrispondenza della stazione successiva; detto stampo (200) essendo caratterizzato dal fatto di comprendere: - una prima stazione d’iniezione (100) atta a ricevere uno dei punzoni di detta tavola rotante (150) vuoto; detta prima stazione d’iniezione (100) essendo atta a iniettare nella relativa intercapedine il materiale plastico atto a costituire la porzione a vista della componente plastica da realizzare, comunemente denominata “pelle”; - una prima stazione di controllo (110) atta a eseguire una scansione ottica del prodotto proveniente dalla prima stazione d’iniezione (100), inviando il dato colorimetrico rilevato a un elaboratore elettronico (400); - una seconda stazione d’iniezione (120) atta a ricevere uno dei punzoni di detta tavola rotante (150) proveniente da detta prima stazione di controllo (110) e pertanto l’intercapedine di detta seconda stazione (120) essendo già parzialmente riempita con detta “pelle” della componente plastica da realizzare; detta seconda stazione d’iniezione (120) essendo atta a iniettare nella relativa intercapedine il materiale plastico atto a costituire il supporto, comunemente denominato la “quarta parete” del componente plastico da realizzare, sovrapponendola a detta “pelle”; - una seconda stazione di controllo (121) atta a eseguire una scansione ottica del prodotto proveniente dalla seconda stazione d’iniezione (120), inviando i dati, dimensionale e colorimetrico, rilevati a un elaboratore elettronico (400); - una terza stazione d’iniezione (130) atta a ricevere uno dei punzoni di detta tavola rotante (150) proveniente da detta seconda stazione (120) e pertanto l’intercapedine di detta terza stazione (130) essendo già parzialmente riempita con detta “quarta parete” e detta porzione in vista della componente plastica da realizzare; detta terza stazione d’iniezione (130) essendo atta a iniettare nella relativa intercapedine il materiale plastico colorato atto a verniciare la superficie esterna della porzione a vista della componente plastica da realizzare; - una terza stazione di controllo (131) atta a eseguire una scansione ottica del prodotto proveniente dalla terza stazione d’iniezione (130), inviando i dati, dimensionale e colorimetrico, rilevati a un elaboratore elettronico (400); - una stazione di scarico e smistamento (140) in cui, tramite un comune movimentatore meccanico, la componente plastica appena prodotta viene afferrata e posta su un primo nastro trasportatore per i prodotti accettati oppure su un secondo nastro trasportatore per i prodotti da scartare; - detto elaboratore elettronico (400) atto a ricevere tutti i dati da dette stazioni di controllo (110-121-131) e a eseguire un confronto con i valori limite prestabiliti, eventualmente emettendo un segnale di allarme in caso di superamento di tali limiti.
2. Stampo (200) multistazione per la realizzazione di componenti plastiche colorate dall’alto valore estetico, secondo la precedente rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta terza stazione di controllo (131) e detta stazione di scarico (140) coincidono.
3. Stampo (200) multistazione per la realizzazione di componenti plastiche colorate dall’alto valore estetico, secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto di essere atto ad eseguire l’apertura delle matrici e la rotazione di detta tavola rotante (150) ad intervalli di tempo regolari e prestabiliti di un tempo compreso tra 30 secondi e 120 secondi, preferibilmente 60 secondi.
4. Stampo (200) multistazione per la realizzazione di componenti plastiche colorate dall’alto valore estetico, secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che immediatamente a valle di ogni ugello d’immissione di ogni stazione d’immissione (100-120-130) è presente un filtro (180) atto a trattenere eventuali impurità presenti nella miscela polimerica iniettata.
5. Metodo di stampaggio multifase per la realizzazione di componenti plastiche colorate dall’alto valore estetico, eseguito da uno stampo (200) multistazione secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi che si ripetono ciclicamente: - prima iniezione (1000) della porzione a vista o “pelle” della componente plastica da realizzare, nell’intercapedine di una prima stazione (100) d’iniezione di uno stampo (200) a tavola rotante (150) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni; - attesa del tempo di solidificazione del materiale plastico, prima apertura dello stampo (200), prima rotazione di detta tavola rotante (150); - primo controllo ottico (1100) in una prima stazione di controllo (110) e invio del dato dimensionale rilevato a un elaboratore elettronico (400) preimpostato con le soglie limite di accettabilità dimensionale e con eventuali tolleranze; - nuova chiusura dello stampo (200) e seconda iniezione (1200) del supporto o “quarta parete” della componente plastica da realizzare, nell’intercapedine di una seconda stazione (120) d’iniezione di detto stampo (200), detta intercapedine presentando al suo interno, prima della seconda iniezione, detta “pelle” già solidificata; - attesa del tempo di solidificazione del materiale plastico, seconda apertura dello stampo (200), seconda rotazione di detta tavola rotante (150); - secondo controllo ottico comprensivo di un passo di controllo dimensionale (1210) e di un passo di controllo colorimetrico (1220) per verificare spessore e colore dell’intera componente, inviando i dati rilevati a un elaboratore elettronico (400) preimpostato con le soglie limite di accettabilità dimensionale e con eventuali tolleranze; - nuova chiusura dello stampo (200) e terza iniezione (1300) del polimero plastico di rivestimento di detta porzione a vista della componente plastica da realizzare, nell’intercapedine di una terza stazione (130) d’iniezione di detto stampo (200); detta intercapedine presentando al suo interno, prima della terza iniezione (1300), detta “quarta parete” e detta porzione a vista già solidificate; - attesa del tempo di solidificazione del materiale plastico, terza apertura dello stampo (200), terza rotazione di detta tavola rotante - terzo controllo ottico comprensivo di un passo di controllo dimensionale (1310) e di un passo di controllo colorimetrico (1320) per verificare spessore e colore dell’intera componente, inviando i dati rilevati a un elaboratore elettronico (400) preimpostato con le soglie limite di accettabilità dimensionale e con eventuali tolleranze; - nuova chiusura dello stampo (200) e scarico della componente plastica in una stazione di scarico (140) di detto stampo (200) tramite un comune movimentatore meccanico che afferra la componente plastica ormai verniciata e la allontana da detto stampo (200) su un primo nastro trasportatore dedicato ai pezzi accettati e su un secondo nastro trasportatore dedicato ai pezzi da scartare poiché rilevati eccedenti le soglie preimpostate.
6. Metodo di stampaggio multifase per la realizzazione di componenti plastiche colorate dall’alto valore estetico, secondo la precedente rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto elaboratore elettronico (400) è atto a emettere un segnale di allarme (1500) nel caso in cui una qualsiasi delle stazioni di controllo (110-121-131) rilevasse un valore eccedente i limiti di soglia preimpostati.
7. Metodo di stampaggio multifase per la realizzazione di componenti plastiche colorate dall’alto valore estetico, secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 5 o 6, caratterizzato dal fatto che nel caso in cui la prima stazione di controllo (110) o la seconda stazione di controllo (121) dovessero rilevare dei valori entro un intorno di tolleranza di detti limiti di soglia, detto elaboratore elettronico (400) esegue una riduzione dei limiti di tolleranza per la successiva stazione di controllo.
8. Metodo di stampaggio multifase per la realizzazione di componenti plastiche colorate dall’alto valore estetico, secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 5 a 6, caratterizzato dal fatto che detto supporto o “quarta parete” è realizzata in materiale termoplastico a scelta tra ABS, PC+ABS, PC, PC+PBT, PC+ASA, ASA.
9. Metodo di stampaggio multifase per la realizzazione di componenti plastiche colorate dall’alto valore estetico, secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 5 a 7, caratterizzato dal fatto che detta porzione a vista o “pelle” è realizzata in materiale termoplastico a scelta tra ABS, PC+ABS, PC, PC+PBT, PC+ASA, ASA.
10. Metodo di stampaggio multifase per la realizzazione di componenti plastiche colorate dall’alto valore estetico, secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 5 a 9, caratterizzato dal fatto che detto rivestimento è realizzato in poliuretano o poliurea colorato.