IT202100005450A1 - Processo di formatura e relativa stazione di formatura - Google Patents

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Andrea Fumagalli
Sergio Battista Gastaldi
Matteo Radi
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Persico Spa
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Description

DESCRIZIONE
Titolo: PROCESSO DI FORMATURA E RELATIVA STAZIONE DI FORMATURA Campo tecnico dell?invenzione
La presente invenzione riguarda un processo di formatura e una relativa stazione di formatura di un materiale termoplastico per la produzione di articoli quali ad esempio isolanti acustici, ovatte, filtri, imbottiture, finiture interne per autovetture, etc.
Stato della tecnica
Sono noti processi di formatura in cui un semilavorato in materiale termoplastico viene alloggiato all?interno di uno stampo avente la forma finale dell?articolo da produrre. Per alcune tipologie di materiale termoplastico, ad esempio caratterizzate da una struttura fibrosa o spugnosa come per la produzione di articoli finiti per imbottiture o simili, ? vantaggioso pre-riscaldare lo stampo (tipicamente a temperature al di sopra di 120?C). Una volta inserito il semilavorato nella cavit? dello stampo, lo stampo viene chiuso.
In alcuni di tali processi, dopo la chiusura dello stampo viene introdotto nella cavit? del vapore saturo o surriscaldato (o altro fluido riscaldante) ad alta pressione e ad alta temperatura per velocizzare il riscaldamento e il conseguente rammollimento del semilavorato. La compressione nello stampo del semilavorato riscaldato favorisce la formatura del semilavorato, che assume la forma determinata dalle superfici di conformazione dello stampo. In tale processo di formatura con fluido riscaldante lo stampo caldo riduce o evita la condensazione del vapore nello stampo.
Una volta terminata la formatura del materiale, il vapore saturo viene scaricato nell?ambiente esterno. A questo punto lo stampo viene aperto e l?articolo viene estratto dallo stampo per consentire il completo raffreddamento del semilavorato.
Il brevetto US2006278322A1 descrive un processo di formatura di un semilavorato polimerico.
Sommario dell?invenzione
Nell?ambito dei processi di formatura di materiale termoplastico a stampo caldo, (tipicamente a temperature sopra 120?C), in particolare laddove tali materiali hanno una struttura fibrosa o spugnosa (e quindi tipicamente sono permeabili all?aria), la Richiedente ha osservato che la formatura del semilavorato viene favorita da una parziale fusione e/o da un parziale rammollimento degli elementi costituenti il semilavorato in materiale termoplastico (quali ad esempio fibre o filamenti o celle del semilavorato). Tali elementi costituenti, in seguito alla compressione del semilavorato nello stampo, entrano in reciproco contatto e/o compenetrazione tra loro, aderendo gli uni agli altri.
La stabilizzazione e il consolidamento della forma del semilavorato formato per ottenere l?articolo finito avvengono durante la fase di raffreddamento del semilavorato, in cui gli elementi costituenti il semilavorato vanno incontro ad una solidificazione. La Richiedente ha osservato che un raffreddamento incompleto pu? far s? che alcune porzioni di semilavorato si mantengano in una condizione tale per cui gli elementi costituenti tali porzioni si trovino ancora (almeno parzialmente) nello stato fuso/rammollito quando il semilavorato (o l?articolo finito) viene estratto dallo stampo e/o movimentato. Infatti, quando subito dopo la formatura lo stampo viene aperto, il semilavorato (e in particolare la superficie del semilavorato a contatto con il semistampo inferiore) si trova ad una temperatura relativamente elevata.
Secondo la Richiedente, durante la fase di rimozione del semilavorato dallo stampo e/o di successiva movimentazione, tale stato fuso/rammollito degli elementi costituenti le suddette porzioni pu? determinare un comportamento plastico di tali porzioni di semilavorato, con conseguente indesiderata deformazione plastica (ossia permanente). Ci? pu? comportare la perdita della forma impartita durante la compressione in stampo e/o la formazione di difetti superficiali (e.g. solchi, impronte, grinze e/o danneggiamento delle decorazioni superficiali) nell?articolo finito.
La Richiedente si ? quindi posta il problema di ridurre o evitare il rischio di danneggiare la forma e/o l?aspetto superficiale dell?articolo finito in materiale termoplastico successivamente alla formatura a stampo caldo, riducendo al contempo i tempi del processo di formatura (in particolare i tempi richiesti per il raffreddamento del semilavorato).
Secondo la Richiedente il suddetto problema ? risolto da un processo di formatura e una stazione di formatura di un materiale termoplastico in accordo con le allegate rivendicazioni e/o aventi una o pi? delle seguenti caratteristiche.
Secondo un aspetto l?invenzione riguarda un processo di formatura di un materiale termoplastico per produrre un articolo finito.
Il processo comprende:
- predisporre uno stampo comprendente un primo e un secondo semi-stampo aventi ciascuno una rispettiva superficie di conformazione;
- realizzare un semilavorato in detto materiale termoplastico, detto semilavorato essendo permeabile all?aria;
- chiudere detto stampo con detto semilavorato interposto tra dette superfici di conformazione per comprimere detto semilavorato tra dette superfici di conformazione; - riscaldare detti primo e secondo semi-stampo per riscaldare detto semilavorato. Preferibilmente, successivamente a detto chiudere detto stampo e riscaldare detti primo e secondo semi-stampo, il processo comprende:
- aprire detto stampo;
- con detto semilavorato accoppiato a detto secondo semi-stampo, porre a contatto una superficie libera di detto semilavorato con una superficie di accoppiamento di un dispositivo di presa;
- generare un flusso d?aria che attraversa in modo distribuito detta superficie di accoppiamento, detto flusso d?aria essendo diretto da detto semilavorato a detta superficie di accoppiamento, per vincolare detto semilavorato a detto dispositivo di presa;
- mantenendo detto flusso d?aria, rimuovere detto semilavorato da detto stampo tramite movimentazione di detto dispositivo di presa;
- interrompere detto flusso d?aria per svincolare detto semilavorato da detto dispositivo di presa ed ottenere detto articolo finito.
Secondo un aspetto l?invenzione riguarda una stazione di formatura di un materiale termoplastico per produrre un articolo finito.
Preferibilmente detta stazione di formatura comprende:
- uno stampo comprendente:
- un primo e un secondo semi-stampo aventi ciascuno una rispettiva superficie di conformazione;
- un rispettivo sistema di riscaldamento in corrispondenza di ciascuno di detti primo e secondo semi-stampo,
- un dispositivo di presa distinto da detto stampo, detto dispositivo di presa avendo una superficie di accoppiamento, dove una pluralit? di aperture ? distribuita su detta superficie di accoppiamento;
- un organo di movimentazione per movimentare detto dispositivo di presa almeno tra una prima posizione prossima a detto secondo semi-stampo e una seconda posizione distante da detto secondo semi-stampo;
- un?unit? di aspirazione in comunicazione di fluido con detta pluralit? di aperture. L?espressione ?permeabile all?aria? significa in senso lato che il semilavorato ? attraversabile da un flusso d?aria, come tipicamente avviene in caso di materiale fibroso, filamentoso o spugnoso (i.e. a celle).
Secondo la Richiedente, il contatto tra il semilavorato e un dispositivo di presa (in particolare la superficie di accoppiamento del dispositivo di presa) distinto sia dal primo sia dal secondo semi-stampo, e quindi vantaggiosamente a temperatura minore di quella dello stampo (e.g. tipicamente a temperatura ambiente prima del contatto), favorisce il raffreddamento del semilavorato. Inoltre, la generazione di un flusso d?aria che attraversa in modo distribuito la superficie di accoppiamento (in corrispondenza delle aperture distribuite su tale superficie) e che ? diretto dal semilavorato alla superficie di accoppiamento (ossia il flusso d?aria attraversa il semilavorato ed ? diretto verso il dispositivo di presa) permette, in modo sinergico alla precedente caratteristica, di abbassare rapidamente, omogeneamente ed efficacemente la temperatura del semilavorato al termine della compressione. Il passaggio di aria all?interno del semilavorato permette infatti la rimozione del calore residuo rimasto all?interno del semilavorato e la sostituzione con aria fresca dall?ambiente esterno (tipicamente a temperatura ambiente). Ci? favorisce il raffreddamento e la conseguente solidificazione degli elementi costituenti il semilavorato per stabilizzare la forma finale dell?articolo finito. La Richiedente ritiene anche che il suddetto flusso d?aria favorisca l?asciugatura del semilavorato, ossia la rimozione di eventuale umidit? residua, ad esempio in caso di utilizzo di vapore acqueo come fluido riscaldante del semilavorato. Inoltre, il flusso d?aria diretto dal semilavorato alla superficie di accoppiamento (ossia in aspirazione dal semilavorato) e distribuito sulla superficie di accoppiamento (grazie alla presenza delle suddette aperture) consente, sinergicamente al raffreddamento, di mantenere il semilavorato in spinta contro la superficie di accoppiamento (?effetto vuoto?), realizzando quindi lo stabile vincolo meccanico tra il semilavorato e il dispositivo di presa per consentire la rimozione del semilavorato dallo stampo (in particolare dal secondo semi-stampo, tipicamente disposto inferiormente) tramite movimentazione del dispositivo di presa e il suo allontanamento dallo stampo (in particolare dal secondo semi-stampo), il tutto senza la necessit? di un intervento manuale di un operatore e/o senza l?utilizzo di utensili meccanici che, dato lo stato plastico del materiale termoplastico, potrebbero danneggiare la forma e/o l?aspetto superficiale dell?articolo finito, in particolare nel caso di materiale termoplastico fibroso, filamentoso o spugnoso che risulta particolarmente cedevole.
Il processo di formatura secondo la presente invenzione permette una diminuzione dei tempi di processo, sia per la velocizzazione del processo di raffreddamento sopra spiegato, sia perch? ? possibile sinergicamente raffreddare il semilavorato tramite il flusso d?aria (anche) durante la rimozione e la movimentazione del semilavorato. La presente invenzione in uno o pi? dei suddetti aspetti pu? presentare una o pi? delle seguenti caratteristiche preferite.
Preferibilmente detta superficie libera di detto semilavorato comprende una superficie superiore di detto semilavorato (che si trova tipicamente da parte opposta a detto secondo semi-stampo), pi? preferibilmente detta superficie libera consiste solamente in detta superficie superiore. In tal modo il semilavorato viene preso dal dispositivo di presa in modo efficiente.
Preferibilmente detta superficie di accoppiamento del dispositivo di presa ha una conformazione sostanzialmente corrispondente ad una conformazione di detta superficie di conformazione del primo semi-stampo, ad esempio la conformazione della superficie di accoppiamento corrisponde alla conformazione della superficie di conformazione del primo semi-stampo per almeno il 60% (preferibilmente per almeno il 70%, pi? preferibilmente almeno 80%, ancor pi? preferibilmente almeno 90%) di una estensione superficiale di detta superficie di conformazione del primo semi-stampo. Ci? da un lato favorisce, in sinergia al flusso d?aria, il vincolo tra semilavorato e dispositivo di presa, e dall?altro permette di rimuovere il semilavorato dallo stampo mantenendo intatta la conformazione superficiale del semilavorato.
In una forma realizzativa detta superficie di accoppiamento ha conformazione coincidente con la conformazione di detta superficie di conformazione del primo semistampo. In tal modo, ? possibile ottenere conformazioni superficiali del semilavorato di alta qualit?.
Preferibilmente detta stazione comprende una unit? di comando e controllo operativamente collegata a detto organo di movimentazione per comandare un movimento di detto organo di movimentazione.
Preferibilmente detta unit? di comando e controllo ? operativamente collegata anche a detta unit? di aspirazione per inviare un segnale di attuazione a detta unit? di aspirazione per generare detto flusso d?aria.
Preferibilmente detto organo di movimentazione ? un braccio meccanico robotizzato, pi? preferibilmente antropomorfo, ancor pi? preferibilmente ad almeno cinque assi. In tal modo viene utilizzato un macchinario facilmente reperibile sul mercato che favorisca una semplice ed efficacie movimentazione del dispositivo di presa.
Preferibilmente detto flusso d?aria ha una portata per unit? di estensione superficiale di detta superficie di accoppiamento maggiore o uguale a 1500 m<3>/h*m<2 >e/o minore o uguale a 3000 m<3>/h*m<2>. In tal modo il raffreddamento e l?asciugatura del semilavorato avvengono in modo rapido e compatibilmente con i tempi richiesti da un processo di tipo industriale. Inoltre, i suddetti valori di portata di flusso d?aria permettono di ottenere un accoppiamento tra semilavorato e superficie di accoppiamento sufficientemente forte da evitare il rischio di disaccoppiamento involontario.
Preferibilmente ciascuna di dette aperture ha una sezione maggiore o uguale a 3 mm<2>, pi? preferibilmente maggiore o uguale a 5 mm<2>, e/o minore o uguale a 20 mm<2>, pi? preferibilmente minore o uguale a 10 mm<2>. In tal modo le aperture hanno una superficie sufficientemente ampia per permettere il passaggio di un sufficiente quantitativo d?aria, senza al contempo causare deformazioni alla superficie libera del semilavorato, e.g. dovute ad un effetto di risucchio.
Preferibilmente una distanza (da centro a centro) media tra dette aperture ? maggiore o uguale a 3 mm, pi? preferibilmente maggiore o uguale a 4 mm, e/o minore o uguale a 20 mm, pi? preferibilmente minore o uguale a 10 mm. In tal modo si facilita la generazione di un flusso d?aria sufficiente a vincolare saldamente il semilavorato. Preferibilmente detta pluralit? di aperture ? distribuita su una porzione della superficie di accoppiamento avente estensione maggiore o uguale a 70%, pi? preferibilmente maggiore o uguale a 80%, ancor pi? preferibilmente maggiore o uguale a 90%, di una estensione totale di detta superficie di accoppiamento. In tal modo le aperture sono distribuite su una porzione della superficie di accoppiamento tale da permettere una distribuzione omogenea del flusso d?aria per ottenere sia il raffreddamento omogeneo del semilavorato che un vincolo saldo del semilavorato con la superficie di accoppiamento per una rimozione affidabile del semilavorato dallo stampo.
Preferibilmente detta pluralit? di aperture ? distribuita sull?intera superficie di accoppiamento. In tal modo si massimizza la superficie di contatto tra semilavorato e dispositivo di presa.
Preferibilmente detta pluralit? di aperture ? distribuita su detta superficie di accoppiamento in modo omogeno, e pi? preferibilmente in modo equispaziato. In tal modo si realizza un vincolo saldo.
Preferibilmente detta stazione comprende un?unit? di scarico comprendente:
- una superficie di scarico avente una pluralit? di ulteriori aperture; e
- un?ulteriore unit? di aspirazione in comunicazione di fluido con dette ulteriori aperture. Preferibilmente dette ulteriori aperture sono distribuite su detta superficie di scarico. In tal modo, si realizza un accoppiamento saldo tra semilavorato e superficie di scarico. Preferibilmente dette ulteriori aperture hanno una o pi? delle caratteristiche sopra descritte in relazione alle aperture della superficie di accoppiamento.
Preferibilmente detto generare detto flusso d?aria inizia solamente successivamente a detto porre a contatto detta superficie libera del semilavorato con detta superficie di accoppiamento del dispositivo di presa. In tal modo si evita il rischio che il flusso d?aria possa causare uno spostamento del semilavorato nel secondo semi-stampo e un conseguente inadeguato vincolo con la superficie di accoppiamento (tale rischio si creerebbe infatti qualora il flusso d?aria fosse generato precedentemente al contatto tra semilavorato e dispositivo di presa).
Preferibilmente detto porre a contatto comprende movimentare detto dispositivo di presa in una prima posizione prossima a detto secondo semi-stampo.
Preferibilmente ? previsto movimentare detto dispositivo di presa da detta prima posizione ad una seconda posizione distante da detto secondo semi-stampo, e preferibilmente prossima a detta superficie di scarico.
Preferibilmente, precedentemente a detto interrompere detto flusso d?aria, ? previsto appoggiare detto semilavorato su detta superficie di scarico.
Preferibilmente, mantenendo detto flusso d?aria, ? previsto movimentare detto semilavorato da una rispettiva prima posizione in cui detto semilavorato ? accoppiato (e.g. appoggiato) a detto secondo semi-stampo, ad una rispettiva seconda posizione in cui detto semilavorato ? appoggiato su detta superficie di scarico (i.e. in posizione distante da detto stampo).
Preferibilmente, ? previsto (pi? preferibilmente solo successivamente ad aver appoggiato detto semilavorato su detta superficie di scarico) generare un ulteriore flusso d?aria che attraversa in modo distribuito detta superficie di scarico, detto ulteriore flusso d?aria essendo diretto da detto semilavorato a detta superficie di scarico (in altre parole detto ulteriore flusso d?aria attraversa detto semilavorato in direzione opposta rispetto a detto flusso d?aria). In tal modo secondo la Richiedente si favorisce lo svincolo del semilavorato dal dispositivo di presa, senza un intervento manuale da parte di un operatore e/o senza l?utilizzo di utensili meccanici, in quanto si genera una forza sul semilavorato (tramite l?ulteriore flusso d?aria) diretta in allontanamento dal dispositivo di presa. In tal modo si limita il rischio di danneggiare l?articolo finito.
Preferibilmente detto generare detto ulteriore flusso d?aria inizia contemporaneamente o successivamente a detto interrompere detto flusso d?aria. In tal modo si evitano possibili danneggiamenti del semilavorato dovuti alla contemporanea presenza di due forze (il flusso d?aria e l?ulteriore flusso d?aria) agenti in direzione opposta sul semilavorato.
Preferibilmente detto ulteriore flusso d?aria ha una portata per unit? di estensione superficiale di detta superficie di scarico maggiore o uguale a 1500 m<3>/h*m<2 >e/o minore o uguale a 3000 m<3>/h*m<2>. Tale intervallo di valori della portata dell?ulteriore flusso d?aria permette secondo la Richiedente di svincolare il semilavorato dal dispositivo di presa in modo semplice.
Preferibilmente ? previsto, successivamente a detto svincolare detto semilavorato da detto dispositivo di presa (e preferibilmente successivamente a detto generare detto ulteriore flusso d?aria), allontanare detto dispositivo di presa da detto semilavorato (per liberare il semilavorato).
In una forma realizzativa ? previsto, successivamente a detto allontanare detto dispositivo di presa, mantenere detto ulteriore flusso d?aria per un intervallo temporale (pi? preferibilmente maggiore o uguale a 5 s e/o minore o uguale a 30 s), per ottenere detto articolo finito. In tal modo l?ulteriore flusso d?aria completa il raffreddamento del semilavorato.
In una forma realizzativa alternativa, l?articolo finito (ossia il semilavorato sufficientemente freddo da mantenere stabilmente la forma finale per assenza di porzioni soggette a deformazioni plastiche) ? ottenuto gi? al distacco dal dispositivo di presa.
Si definisce ?direzione di chiusura? una direzione di movimento relativo (tipicamente verticale) tra il primo e secondo semi-stampo durante l?apertura e chiusura dello stampo.
Preferibilmente, con detto stampo chiuso, ? previsto immettere un fluido riscaldante tra dette superfici di conformazione, detto semilavorato essendo permeabile a detto fluido riscaldante. In tal modo ? possibile accelerare il riscaldamento del semilavorato e la conseguente parziale fusione e/o rammollimento del semilavorato.
Preferibilmente detto stampo comprende almeno un condotto di ingresso per un fluido riscaldante, dove un?estremit? di detto condotto di ingresso ? affacciata (direttamente) su detta superficie di conformazione di detto primo o secondo semi-stampo.
Preferibilmente detto immettere detto fluido riscaldante ? eseguito mediante detto almeno un condotto di ingresso.
Preferibilmente detto fluido riscaldante ? immesso ad una temperatura maggiore o uguale a 100?C, pi? preferibilmente maggiore o uguale a 120?C, e/o minore o uguale a 250?C, pi? preferibilmente minore o uguale a 200?C. In tal modo ? possibile rammollire o fondere parzialmente il semilavorato in modo rapido e/o uniforme per poter ottenere, unitamente alla compressione del semilavorato, il desiderato legame interno del semilavorato.
Preferibilmente detto fluido riscaldante ? vapore (preferibilmente acqueo), pi? preferibilmente saturo o surriscaldato. L?utilizzo di vapore, in particolare vapore saturo o surriscaldato, permette di ridurre notevolmente i tempi ciclo del processo di formatura rispetto ad esempio a processi che utilizzano forni ad aria calda, adattandoli alle tempistiche richieste dai processi industriali.
Preferibilmente ? previsto evacuare detto fluido riscaldante da detto stampo, pi? preferibilmente precedentemente a detto aprire lo stampo. In tal modo ? possibile favorire un parziale raffreddamento del semilavorato in modo da velocizzare la successiva fase di raffreddamento mediante flusso d?aria. L?evacuazione del vapore saturo permette anche una parziale asciugatura del semilavorato.
Preferibilmente detto stampo comprende almeno un condotto di uscita per detto fluido riscaldante, dove un?estremit? di detto condotto di uscita ? affacciata (direttamente) su detta superficie di conformazione di detto primo o secondo semi-stampo. Preferibilmente detto evacuare detto fluido riscaldante ? eseguito mediante detto almeno un condotto di uscita.
Preferibilmente detto riscaldare detti primo e secondo semi-stampo ? eseguito prima di detto chiudere detto stampo (e comunque prima di immettere il fluido riscaldante). Preferibilmente detti primo e secondo semi-stampo sono riscaldati ad una temperatura maggiore o uguale a 130?C, pi? preferibilmente maggiore o uguale a 150?C, e/o minore o uguale a 250?C, pi? preferibilmente minore o uguale a 230?C.
Preferibilmente detto materiale termoplastico ? selezionato nel gruppo: poliestere, poliuretano, polietilene, polipropilene e poliammide, pi? preferibilmente ? poliestere, ancor pi? preferibilmente ? PET (poli-etilen-tereftalato), PBT (poli-butilen-tereftalato), PTT (poli-trimetilen-tereftalato).
Preferibilmente detto semilavorato comprende una pluralit? di strati tra loro distinti e sovrapposti lungo detta direzione di chiusura, pi? preferibilmente aventi la medesima struttura e/o il medesimo spessore e/o nel medesimo materiale termoplastico. In tal modo, ? possibile conferire all?articolo finito la desiderata densit? e/o spessore.
In una forma realizzativa detto semilavorato consiste in un singolo strato (omogeneo). Preferibilmente detto semilavorato (pi? preferibilmente ciascuno strato di detto semilavorato) comprende, o consiste in, fibre in detto materiale termoplastico.
Preferibilmente detto semilavorato (pi? preferibilmente ciascuno strato di detto semilavorato) comprende un tessuto non tessuto, pi? preferibilmente faldato verticalmente (in inglese vertically lapped NWF). In tal modo il semilavorato presenta desiderate propriet? meccaniche.
Preferibilmente detto tessuto non tessuto faldato verticalmente ha una direzione ?verticale? lungo uno spessore, che coincide con una direzione di orientamento prevalente delle falde e, tipicamente, delle fibre che costituiscono le falde. Preferibilmente tale direzione verticale ? disposta parallelamente a detta direzione di chiusura dello stampo.
Preferibilmente, come ad esempio in caso di tessuto non tessuto faldato verticalmente, detto semilavorato (pi? preferibilmente ciascuno strato di detto semilavorato) comprende un foglio di fibre avente una pluralit? di falde orientate in modo che ciascuna falda si sviluppa dalla superficie di conformazione del primo semi-stampo alla superficie di conformazione del secondo semi-stampo. In tal modo si fornisce una struttura al semilavorato particolarmente adatta ad essere sottoposta alla compressione in stampo.
Breve descrizione delle figure
la figura 1 mostra schematicamente una stazione di formatura secondo una forma realizzativa della presente invenzione;
le figure 2a-g mostrano schematicamente alcune fasi di un processo di formatura eseguito con la stazione di formatura della figura 1 in accordo con una forma realizzativa della presente invenzione;
Descrizione dettagliata di alcune forme realizzative dell?invenzione
Le caratteristiche e i vantaggi della presente invenzione saranno ulteriormente chiariti dalla seguente descrizione dettagliata di alcune forme realizzative, presentate a titolo esemplificativo e non limitativo della presente invenzione, con riferimento alle figure allegate.
In figura 1 con il numero 99 ? esemplarmente indicata una stazione di formatura di un materiale termoplastico che pu? essere utilizzata ad esempio per la formatura di articoli finiti quali finiture interne per autovetture, imbottiture per sedili, schienali, braccioli, poggiatesta, pannelli fonoassorbenti, ovatte, etc., o loro parti.
La stazione 99 comprende uno stampo 90. Esemplarmente la stazione 99 comprende anche un telaio e ulteriori sistemi e dispositivi funzionali alla formatura, come ad esempio un sistema di apertura/chiusura dello stampo 90 e sistemi di alimentazione per un fluido riscaldante e un mezzo riscaldante, che non vengono mostrati in quanto ad esempio possono essere di tipo noto.
Lo stampo 90 comprende un primo 1 e un secondo semi-stampo 2 aventi ciascuno una rispettiva superficie di conformazione 3, 4. Le superfici di conformazione 3, 4 definiscono, a stampo chiuso, una cavit? chiusa 11come mostrato nelle figure 2a-c, o alternativamente uno spazio aperto interposto tra le superfici (non mostrato).
Esemplarmente ciascun semi-stampo 1 e 2 comprende almeno un rispettivo condotto di ingresso 6 e 6?, e esemplarmente anche almeno un rispettivo condotto di uscita 7, 7?, per un fluido riscaldante, dove un?estremit? di ciascun condotto di ingresso 6 e 6? e di uscita 7, 7? ? affacciata direttamente sulla superficie di conformazione del rispettivo semi-stampo. In tal modo, si pu? immettere ed evacuare il fluido riscaldante da entrambe le estremit? dello stampo, ottenendo un riempimento/svuotamento uniforme e rapido dello spazio interposto tra le superfici di conformazione.
Lo stampo 90 comprende un sistema di riscaldamento del primo 1 e del secondo semistampo 2 esemplarmente comprendente una pluralit? di rispettivi condotti di passaggio 8, 8? per un mezzo riscaldante in corrispondenza di ciascuno semi-stampo.
Esemplarmente i condotti di passaggio 8, 8? attraversano tutto il corpo del rispettivo semi-stampo (e.g. nella direzione ortogonale al piano delle figure).
Esemplarmente i condotti di passaggio 8, 8? sono canali per far scorrere olio diatermico. Alternativamente il mezzo riscaldante pu? essere elettricit? e i condotti di passaggio sono resistenze elettriche.
La stazione 99 comprende anche un dispositivo di presa 71 avente una superficie di accoppiamento 80 su cui ? distribuita una pluralit? di aperture 88. Esemplarmente il dispositivo di presa 71 comprende un corpo principale 84 che definisce la superficie di accoppiamento 80 e, all?interno del corpo principale 84, una camera di aspirazione 82 in comunicazione di fluido con le aperture 88 (come mostrato in modo schematico tramite linee tratteggiate nelle figure).
Esemplarmente la superficie di accoppiamento 80 ha una conformazione (i.e. una forma 3D nello spazio) corrispondente alla conformazione della superficie di conformazione 3 del primo semi-stampo 1 per circa l?80% dell?estensione superficiale della superficie di conformazione 3 (nell?esempio puramente illustrativo le due superfici sono uguali a meno dei due rilievi sulla superficie di conformazione 3).
Esemplarmente le aperture 88 (ad esempio di forma circolare) hanno ciascuna sezione uguale a circa 7 mm<2>.
Esemplarmente le aperture sono distribuite, esemplarmente in modo omogeneo ed equispaziato, su una porzione della superficie di accoppiamento 80 avente estensione esemplarmente uguale a circa il 90% dell?estensione totale della superficie di accoppiamento 80.
La stazione 99 comprende un organo di movimentazione 72 per movimentare il dispositivo di presa 71 (almeno) tra una prima posizione prossima al secondo semistampo 2 e una seconda posizione distante dal secondo semi-stampo 2.
La stazione 99 comprende anche un?unit? di aspirazione 77 collegata alla camera di aspirazione 82 tramite un condotto 83 (mostrato schematicamente tramite una linea tratteggiata) che, esemplarmente, si sviluppa lungo l?organo di movimentazione 72. Esemplarmente l?organo di movimentazione 72 ? un braccio meccanico robotizzato antropomorfo a sei assi di rotazione (mostrato solo schematicamente).
La presente invenzione contempla un qualsiasi numero di elementi in serie dell?organo di movimentazione e una qualsiasi combinazione di gradi di libert? traslazionale e rotazionale di tali elementi in serie.
Esemplarmente la stazione 99 comprende un?unit? di scarico 95 comprendente una superficie di scarico 96 avente una pluralit? di ulteriori aperture 98 distribuite su di essa. Esemplarmente le ulteriori aperture hanno anch?esse forma circolare e sezione esemplarmente uguale a 7 mm<2>.
Esemplarmente le ulteriori aperture 98 sono distribuite, esemplarmente in modo omogeneo ed equispaziato, sull?intera superficie di scarico 96.
Esemplarmente l?unit? di scarico 95 comprende un corpo di scarico 94 che definisce la superficie di scarico 96, e, all?interno del corpo di scarico 94, una rispettiva camera di aspirazione 92 in comunicazione di fluido con le ulteriori aperture 98 (come mostrato in modo schematico dalle linee tratteggiate nelle figure). L?unit? di scarico 95 comprende anche un?ulteriore unit? di aspirazione 97 collegata alla camera 92 tramite un rispettivo condotto 93 (mostrato schematicamente in linea tratteggiata).
Esemplarmente la stazione 99 comprende una unit? di comando e controllo 50 operativamente collegata (mediante la linea di comunicazione R con o senza fili) all?organo di movimentazione 72 per inviare un segnale di comando.
Esemplarmente l?unit? di comando e controllo 50 ? operativamente collegata (mediante una rispettiva linea di comunicazione A, A? con o senza fili) anche all?unit? di aspirazione 77 e, esemplarmente anche all?ulteriore unit? di aspirazione 97, per inviare un rispettivo segnale di attuazione all?unit? di aspirazione 77 e all?ulteriore unit? di aspirazione 97 per generare un rispettivo flusso d?aria.
La presente invenzione contempla una qualsiasi disposizione e ripartizione logica e/o fisica dell?unit? di comando e controllo, la quale pu? ad esempio essere un?unica unit? fisica e/o logica (come esemplarmente mostrato in figura 1) oppure composta da pi? unit? fisiche e/o logiche tra loro distinte e cooperanti, tali unit? potendo essere collocate, in tutto o in parte, rispettivamente nell?organo di movimentazione, nell?unit? di aspirazione e nell?ulteriore unit? di aspirazione.
Con riferimento alle figure 2a-g, ? mostrato un esempio di processo di formatura di un materiale termoplastico per produrre un articolo finito secondo la presente invenzione, tramite l?uso della stazione di formatura 99.
Il processo di formatura comprende realizzare un semilavorato 10 nel materiale termoplastico, esemplarmente PET.
Esemplarmente il semilavorato 10 comprende una pluralit? di strati (esemplarmente tre strati) tra loro distinti e sovrapposti lungo la direzione di chiusura 400 dello stampo 90. Esemplarmente gli strati sono tra loro uguali (hanno la medesima struttura, il medesimo spessore e sono nel medesimo materiale termoplastico). Inoltre, gli strati hanno tutti spessore e densit? costante, in modo tale che il semilavorato abbia inizialmente uno spessore e una densit? costante per tutta l?estensione delle superfici di conformazione.
Esemplarmente ciascuno strato del semilavorato 10 comprende un tessuto non tessuto faldato verticalmente (vertically lapped NWF), ad esempio realizzato utilizzando i macchinari commercializzati dalla V-Lap Pty Ltd (si veda ad esempio US2008155787A1) o dalla Struto International, Inc. oppure il processo descritto in US8357256B2. Esempi di tessuti non tessuti faldati verticalmente sono descritti in US2019/0248103A1.
In un esempio alternativo ciascuno strato del semilavorato 10 pu? comprendere un tessuto non tessuto faldato orizzontalmente.
Esemplarmente ciascuno strato del semilavorato 10 comprende un foglio di fibre (inizialmente tipicamente debolmente legate tra loro) continuo e ripiegato su s? stesso ripetutamente per realizzare una pluralit? di falde con un andamento complessivo a creste e valli. In tal modo il tessuto non tessuto faldato verticalmente ha una direzione verticale lungo lo spessore che coincide con la direzione di orientamento prevalente delle falde ed esemplarmente anche delle fibre del foglio.
Il semilavorato 10 viene disposto nello stampo 90 aperto, ossia con i due semi-stampi reciprocamente allontanati (fig. 2a), con la direzione verticale (i.e. la direzione dello spessore del tessuto non tessuto faldato verticalmente) disposta parallelamente alla direzione di chiusura 400. In tal modo le falde (e tipicamente anche le fibre) sono orientate in modo da svilupparsi dalla superficie di conformazione 3 del primo semistampo 1 alla superficie di conformazione 4 del secondo semi-stampo 2.
Inizialmente ? previsto riscaldare il primo 1 e il secondo semi-stampo 2 per mezzo del mezzo riscaldante, esemplarmente olio diatermico, esemplarmente ad una temperatura uguale a circa 170?C.
A questo punto lo stampo 99 viene chiuso, ossia i due semi-stampi 1, 2 vengono reciprocamente avvicinati, con il semilavorato 10 interposto tra le superfici di conformazione 3, 4 (figura 2b), per comprimere il semilavorato tra le superfici di conformazione.
A stampo chiuso, (tramite i condotti di ingresso 6 e 6?) viene immesso tra le superfici di conformazione 3, 4 (i.e. nella cavit? 11 nell?esempio mostrato) il fluido riscaldante, ad esempio vapore saturo, per riscaldare il semilavorato 10 che ? permeabile al fluido riscaldante. Alternativamente il fluido riscaldante pu? essere aria surriscaldata.
Esemplarmente il vapore saturo ? immesso ad una temperatura uguale a circa 160?C (vantaggiosamente il primo 1 e il secondo semi-stampo 2 sono riscaldati ad una temperatura maggiore della temperatura di immissione del fluido riscaldante).
Esemplarmente il vapore saturo ? immesso ad una pressione uguale a circa 6 bar (tipicamente la pressione di formatura ? compresa tra 1 e 20 bar).
Esemplarmente il vapore saturo ? mantenuto tra le superfici di conformazione 3, 4 per un intervallo di tempo uguale a circa 10 s (tipicamente tale intervallo di tempo ? minore di 60 s).
Successivamente il vapore saturo ? evacuato dallo stampo 90, esemplarmente tramite i condotti di uscita 7, 7? che collegano ciascuna superficie di conformazione 3, 4 con l?ambiente esterno allo stampo 90, per favorire un parziale raffreddamento del semilavorato 10 e per depressurizzare la cavit? 11.
A questo punto lo stampo 90 viene aperto, ossia i due semi-stampi vengono nuovamente allontanati tra loro, (figura 2c) per permettere il completamento del raffreddamento e la rimozione del semilavorato 10 dallo stampo.
Tramite il comando dell?organo di movimentazione 72, il dispositivo di presa 72 viene movimentato in una prima posizione prossimale al secondo semi-stampo 2 (mostrata in figura 2d), e la superficie di accoppiamento 80 del dispositivo di presa 71 viene posta in contatto con una superficie libera del semilavorato 10, esemplarmente consistente nella sola superficie superiore del semilavorato 10, con il semilavorato 10 ancora appoggiato sul secondo semi-stampo 2 (caldo).
A questo punto, esemplarmente successivamente al contatto, viene generato (tramite comando dell?unit? di aspirazione 77 in comunicazione di fluido con le aperture 88) un flusso d?aria 200 diretto dal semilavorato 10 alla superficie di accoppiamento 80 (indicato in modo schematico dalle frecce in figura 2d) per vincolare il semilavorato 10 alla superficie di accoppiamento 80. Fintanto che il semilavorato 10 ? a contatto con la superficie di conformazione 4 del secondo semi-stampo 2, esemplarmente il flusso d?aria 200 parte dall?ambiente esterno, attraversa la superficie laterale del semilavorato 10 (permeabile all?aria), (almeno in parte) il semilavorato 10 stesso, le aperture 88, e arriva alla camera di aspirazione 82 (e da qui fino all?unit? di aspirazione 77 tramite il condotto 83).
Successivamente, mantenendo il flusso d?aria 200 in aspirazione (figura 2e), il semilavorato 10 viene rimosso dallo stampo 90 per movimentazione del dispositivo di presa 71. In tale situazione, il flusso d?aria 200 tipicamente attraversa anche la superficie inferiore del semilavorato 10, precedentemente a contatto con il secondo semi-stampo (i.e. il semi-stampo inferiore) e coinvolge l?intero semilavorato 10.
Il dispositivo di presa 71 con il semilavorato 10 vincolato alla superficie di accoppiamento 80 viene quindi allontanato dal secondo semi-stampo, e viene appoggiato sulla superficie di scarico 96 (figura 2f).
Esemplarmente successivamente all?appoggio del semilavorato 10 sulla superficie di scarico 96, il flusso d?aria 200 diretto dal semilavorato 10 alla superficie di accoppiamento 80 viene interrotto. Esemplarmente contemporaneamente (o successivamente) a tale interruzione del flusso d?aria 200, viene generato (tramite attivazione dell?ulteriore unit? di aspirazione 97) un ulteriore flusso d?aria 201 (indicato in modo schematico dalle frecce in figura 2f) diretto dal semilavorato 10 alla superficie di scarico 96.
L?interruzione del flusso d?aria 200 e la generazione dell?ulteriore flusso d?aria 201 permettono di svincolare il semilavorato 10 dal dispositivo di presa 71, il quale viene successivamente allontanato dalla superficie di scarico 96 (figura 2g).
Esemplarmente l?ulteriore flusso d?aria 201 viene mantenuto attivo per un intervallo di tempo uguale a circa 30 s dopo l?allontanamento del dispositivo di presa 71 dalla superficie di scarico 96, per completare il raffreddamento del semilavorato 10 per ottenere l?articolo finito.
Interrompendo poi anche l?ulteriore flusso d?aria 201 ? possibile rimuovere l?articolo finito dalla superficie di scarico 96.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI
1. Processo di formatura di un materiale termoplastico per produrre un articolo finito, il processo comprendendo:
- predisporre uno stampo (90) comprendente un primo (1) e un secondo semi-stampo (2) aventi ciascuno una rispettiva superficie di conformazione (3, 4);
- realizzare un semilavorato (10) in detto materiale termoplastico, detto semilavorato (10) essendo permeabile all?aria;
- chiudere detto stampo (90) con detto semilavorato (10) interposto tra dette superfici di conformazione (3, 4) per comprimere detto semilavorato (10) tra dette superfici di conformazione (3, 4);
- riscaldare detti primo (1) e secondo semi-stampo (2) per riscaldare detto semilavorato (10),
dove, successivamente a detto chiudere detto stampo (90) e riscaldare detti primo (1) e secondo semi-stampo (2), il processo comprende:
- aprire detto stampo (90);
- con detto semilavorato (10) accoppiato a detto secondo semi-stampo (2), porre a contatto una superficie libera di detto semilavorato (10) con una superficie di accoppiamento (80) di un dispositivo di presa (71);
- generare un flusso d?aria (200) che attraversa in modo distribuito detta superficie di accoppiamento (80), detto flusso d?aria essendo diretto da detto semilavorato (10) a detta superficie di accoppiamento (80), per vincolare detto semilavorato (10) a detto dispositivo di presa (71);
- mantenendo detto flusso d?aria (200), rimuovere detto semilavorato (10) da detto stampo (90) tramite movimentazione di detto dispositivo di presa (71);
- interrompere detto flusso d?aria (200) per svincolare detto semilavorato (10) da detto dispositivo di presa (71) ed ottenere detto articolo finito.
2. Processo secondo la rivendicazione 1, dove detta superficie libera di detto semilavorato (10) comprende una superficie superiore di detto semilavorato (10), e dove detta superficie di accoppiamento (80) del dispositivo di presa (71) ha una conformazione corrispondente ad una conformazione di detta superficie di conformazione (3) del primo semi-stampo (1) per almeno il 60% di una estensione superficiale di detta superficie di conformazione (3) del primo semi-stampo (1).
3. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, dove detto flusso d?aria (200) ha una portata per unit? di estensione superficiale di detta superficie di accoppiamento (80) maggiore o uguale a 1500 m<3>/h*m<2 >e/o minore o uguale a 3000 m<3>/h*m<2>, dove detto generare detto flusso d?aria inizia solamente successivamente a detto porre a contatto detta superficie libera del semilavorato (10) con detta superficie di accoppiamento (80) del dispositivo di presa (71), dove detto porre a contatto comprende movimentare detto dispositivo di presa (71) in una prima posizione prossima a detto secondo semi-stampo (2), e dove detto processo comprende movimentare detto dispositivo di presa (71) da detta prima posizione ad una seconda posizione distante da detto secondo semi-stampo (2) e prossima a una superficie di scarico (96).
4. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente:
- mantenendo detto flusso d?aria (200), movimentare detto semilavorato (10) da una rispettiva prima posizione in cui detto semilavorato (10) ? accoppiato a detto secondo semi-stampo (2), ad una rispettiva seconda posizione in cui detto semilavorato (10) ? appoggiato su una superficie di scarico (96);
- generare un ulteriore flusso d?aria (201) che attraversa in modo distribuito detta superficie di scarico (96), detto ulteriore flusso d?aria (201) essendo diretto da detto semilavorato (10) a detta superficie di scarico (96),
dove detto generare detto ulteriore flusso d?aria (201) inizia contemporaneamente o successivamente a detto interrompere detto flusso d?aria (200), e dove detto ulteriore flusso d?aria (201) ha una portata per unit? di estensione superficiale di detta superficie di scarico (96) maggiore o uguale a 1500 m<3>/h*m<2 >e/o minore o uguale a 3000 m<3>/h*m<2>.
5. Processo secondo la rivendicazione 4, comprendente:
- successivamente a detto svincolare detto semilavorato (10) da detto dispositivo di presa (71) e successivamente a detto generare detto ulteriore flusso d?aria (201), allontanare detto dispositivo di presa (71) da detto semilavorato (10); e
- successivamente a detto allontanare detto dispositivo di presa (71), mantenere detto ulteriore flusso d?aria (201) per un intervallo temporale maggiore o uguale a 5 s e/o minore o uguale a 30 s, per ottenere detto articolo finito.
6. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente:
- con detto stampo (90) chiuso, immettere un fluido riscaldante tra dette superfici di conformazione (3, 4), detto semilavorato (10) essendo permeabile a detto fluido riscaldante;
- evacuare detto fluido riscaldante da detto stampo (90) precedentemente a detto aprire lo stampo (90),
dove detto fluido riscaldante ? vapore saturo, dove detto fluido riscaldante ? immesso ad una temperatura maggiore o uguale a 100?C e/o minore o uguale a 250?C, e dove detto riscaldare detti primo (1) e secondo semi-stampo (2) ? eseguito prima di detto chiudere detto stampo (90) e ad una temperatura maggiore o uguale a 130?C e/o minore o uguale a 250?C.
7. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, dove detto materiale termoplastico ? selezionato nel gruppo: poliestere, poliuretano, polietilene, polipropilene e poliammide, dove detto semilavorato (10) comprende un tessuto non tessuto faldato verticalmente, e dove detto semilavorato (10) comprende un foglio di fibre avente una pluralit? di falde orientate in modo che ciascuna falda si sviluppa dalla superficie di conformazione (3) del primo semi-stampo (1) alla superficie di conformazione (4) del secondo semi-stampo (2).
8. Stazione (99) di formatura di un materiale termoplastico per produrre un articolo finito, la stazione (99) di formatura comprendendo:
- uno stampo (90) comprendente:
- un primo (1) e un secondo semi-stampo (2) aventi ciascuno una rispettiva superficie di conformazione (3, 4);
- un rispettivo sistema di riscaldamento in corrispondenza di ciascuno di detti primo (1) e secondo semi-stampo (2),
- un dispositivo di presa (71) distinto da detto stampo (90), detto dispositivo di presa (71) avendo una superficie di accoppiamento (80), dove una pluralit? di aperture (88) ? distribuita su detta superficie di accoppiamento (80);
- un organo di movimentazione (72) per movimentare detto dispositivo di presa (71) almeno tra una prima posizione prossima a detto secondo semi-stampo (2) e una seconda posizione distante da detto secondo semi-stampo (2);
- un?unit? di aspirazione (77) in comunicazione di fluido con detta pluralit? di aperture (88).
9. Stazione (99) secondo la rivendicazione 8, comprendente una unit? di comando e controllo (50) operativamente collegata a detto organo di movimentazione (72) per comandare un movimento di detto organo di movimentazione (72), e a detta unit? di aspirazione (77) per inviare un segnale di attuazione a detta unit? di aspirazione (77) per generare un flusso d?aria (200), e dove detto organo di movimentazione (72) ? un braccio meccanico robotizzato antropomorfo ad almeno cinque assi.
10. Stazione secondo la rivendicazione 8 o 9, comprendente un?unit? di scarico (95) comprendente:
- una superficie di scarico (96) avente una pluralit? di ulteriori aperture (98) distribuite su detta superficie di scarico (96); e
- un?ulteriore unit? di aspirazione (97) in comunicazione di fluido con dette ulteriori aperture (98),
dove ciascuna di dette aperture (88) e di dette ulteriori aperture (98) ha una sezione maggiore o uguale a 3 mm<2 >e/o minore o uguale a 20 mm<2>, dove una distanza media tra dette aperture (88) e una distanza media tra dette ulteriori aperture (98) ? maggiore o uguale a 3 mm e/o minore o uguale a 20 mm, dove detta pluralit? di aperture (88) e detta pluralit? di ulteriori aperture (98) sono distribuite su una porzione rispettivamente della superficie di accoppiamento (80) e della superficie di scarico (96) avente estensione maggiore o uguale a 70%, preferibilmente maggiore o uguale a 90%, di una estensione totale di rispettivamente detta superficie di accoppiamento (80) e detta superficie di scarico (96), e dove detta pluralit? di aperture (88) e detta pluralit? di ulteriori aperture (98) sono distribuite rispettivamente su detta superficie di accoppiamento (80) e detta superficie di scarico (96) in modo omogeno e equispaziato.
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