Stampaggio a iniezione di tecnopolimeri con le presse elettriche Fanuc

Fondata nel 1963 a San Martino in Rio (RE), Cattini è una realtà altamente specializzata e riconosciuta a livello internazionale come eccellenza del settore dello stampaggio a iniezione di termoplastici, tecnopolimeri, superpolimeri e ultrapolimeri.

Cattini è guidata da quasi 60 anni da una vocazione pionieristica: già nel 1966 è la prima azienda in Europa a sperimentare lo stampaggio del Nylon rinforzato con fibra di vetro corta in supporto a SNIA; è tra le prime al mondo a stampare materiali caricati in fibra lunga; ed è in netto anticipo sui tempi con la stampa nei primi anni ‘80 di superpolimeri top di gamma quali PEEK e PAI in supporto alle necessità di Ferrari. Annovera inoltre collaborazioni di pregio con l’Istituto Ortopedico Rizzoli di Bologna (test su Biopol, la prima vera plastica biodegradabile e biocompatibile), con scuderie di Formula 1 (uso dei tecnopolimeri per far guadagnare leggerezza alle monoposto) e con il Dipartimento d’Ingegneria “Enzo Ferrari” dell’Università di Modena e Reggio Emilia, solo per citarne alcune.

“Oggi i materiali su cui stanno puntando i nostri mercati di riferimento – che sono automotive, medicale e general industry – non sono cambiati più di tanto. I PEEK e PAI sono di grande attualità”, spiega Simone Malagola, responsabile di produzione presso Cattini. “Questi superpolimeri sono però ancora più specializzati ed evoluti, dato che vengono utilizzati anche in ambito biomedicale come impiantabili, e richiedono pertanto certificazioni e omologazioni che si ottengono solo dopo una rigorosa verifica”.

Il PEEK per il medicale, ad esempio, può arrivare a costare fino a 3.000 euro al kg, e richiede accuratezza e necessità molto particolari nel processo di trasformazione e stampaggio.

Diversificarsi e investire in qualità

L’alta specializzazione di Cattini nello stampaggio di tecnopolimeri e superpolimeri è una scelta strategica dettata dall’elevata concorrenza del comparto stampatori del reggiano, che utilizzano soprattutto materiali più tradizionali per lo stampaggio di commodities.

“Inoltre, investendo nello stampaggio di superpolimeri con tolleranze molto strette, anche la struttura si è di conseguenza specializzata”, aggiunge Malagola. “Su 40 dipendenti, ben 6 sono dedicati interamente al controllo qualità e dispongono di sofisticati strumenti di misura adeguati ad ogni tipologia di misurazione. Normalmente questa proporzione non si trova in aziende come la nostra”.

In questo modo, Cattini si dimostra competitiva nello stampaggio di componenti e particolari che richiedono un alto grado di competenza, dalla fase progettuale alla realizzazione del pezzo certificato in ogni fase del processo. Piccoli lotti, quando si tratta di pezzi per il medicale, ma anche milioni di pezzi al mese, quando il componente stampato è per l’industria dell’auto.

Cattini si occupa dell’intero processo produttivo: dalla progettazione alla realizzazione del pezzo finito. In azienda sono presenti 10 presse, quasi tutte elettriche. Parte dello stabilimento è dedicata alla costruzione di stampi, con macchine utensili ed elettroerosioni a CN 3 e 5 assi; qui non solo vengono fabbricati gli stampi, ma anche asservito lo stampaggio con cambi versione, eventuali modifiche d’efficentamento dello stampo e un rigoroso programma di manutenzione.

La transizione verso lo stampaggio elettrico

La conversione delle presse a iniezione da oleodinamiche ad elettriche è un processo intrapreso da Cattini a partire dal 2017. “Le presse che avevamo in dotazione non erano particolarmente usurate”, ricorda Malagola. “A spingerci a convertire il reparto presse in elettrico è stato un discorso legato più alle prestazioni, dato che riscontravamo difficoltà a mantenere le tolleranze da rispettare”.

L’indagine avviata da Cattini si è svolta in modo metodico e ha preso in esame diverse presse per lo stampaggio a iniezione, evidenziando per ciascuna pregi e difetti. “Abbiamo analizzato nel dettaglio macchine idrauliche, ibride ed elettriche di produttori europei e giapponesi. Fanuc è stata una vera e propria sorpresa”.

La precisione delle presse Fanuc Roboshot – il cui cuore è costituito dal controllo numerico più affidabile al mondo, il 31i-B – era nota. Sussistevano però alcuni dubbi in merito al fatto che le presse Fanuc fossero idonee per soddisfare tutti i requisiti richiesti da Cattini. “Abbiamo comunque contattato Fanuc per un preventivo, e lì abbiamo scoperto una filosofia di vendita completamente diversa rispetto a quella dei produttori europei di presse”.

Una scelta non scontata

Quando si acquista una pressa europea, chiarisce Malagola, è necessario prevedere in anticipo tutto quello che andrà montato sulla macchina – dalla centralina per i canali caldi, al doppio gruppo di iniezione, fino alla centralina idraulica. Un bel problema per i contoterzisti, perché è difficile immaginare che tipo di commessa o cliente si avrà in futuro. Il rischio è quello d’investire in optional che, magari, non saranno mai nemmeno utilizzati, o solo raramente.

“Fanuc si è presentata in modo completamente diverso. Roboshot ha una struttura modulare, data dalla macchina base e dalla possibilità già prevista di aggiungere anche in un secondo momento accessori e unità per lo stampaggio bicomponente. Tutte cose che vengono applicate in modo semplice e con un’assistenza attenta che ci ha dato una mano quando era il momento di equipaggiare la pressa con gli optional”.

Assieme all’architettura modulare, hanno fatto la differenza anche le prestazioni e le funzioni avanzate, insieme a garanzie come la disponibilità dei ricambi per 25 anni e il servizio di assistenza tempestivo e capillare. Tutte cose fondamentali, quando bisogna assicurare il massimo controllo e performance di livello per mercati competitivi come l’automotive e che richiedono certificazioni e omologazioni come il medicale.

“Caratteristiche che non abbiamo trovato in altri produttori di presse o che non erano sviluppate appieno come in Fanuc. Tutto considerato, non c’è stata una grande concorrenza: Roboshot era decisamente la macchina migliore che potessimo scegliere”, conferma Malagola.

L’ultima incognita era riferita allo stampaggio di grossi spessori, dov’è richiesto il mantenimento a lungo di pressioni elevate; ma anche per questo Fanuc offre una soluzione conveniente, ovvero una macchina dedicata con un gruppo di iniezione che permette di effettuare questi stampaggi. “Non abbiamo quindi avuto nessun dubbio a passare a Fanuc”.

Oggi in Cattini sono presenti 6 presse Fanuc Roboshot, con forza di chiusura di 50 / 100 / 130 / 300 ton (quest’ultima con gruppi d’iniezione alternabili).

Massima stabilità del processo di stampaggio

Utilizzando le funzioni per lo stampaggio integrate nel controllo di Roboshot, Cattini riesce ad ottenere una stabilità di processo e tolleranze stringenti che con altre macchine non sarebbe possibile assicurare, quanto meno in tempi brevi e con il minimo dispendio di risorse – ed essere in grado di rispondere immediatamente e con successo a nuove condizioni e variabili produttive è un must irrinunciabile per i contoterzisti.

“Funzioni come la pre-iniezione, la protezione stampo intelligente, l’ottimizzazione della forza di chiusura sono state estese a tutte le produzioni fatte con presse Roboshot”, fa notare Malagola. “Sicuramente poi nuovi vantaggi competitivi arriveranno dall’impiego dell’Intelligenza Artificiale nello stampaggio a iniezione”.

Fondamentale per Cattini è la collaborazione costante con il team tecnico Fanuc, per valutare la fattibilità di progetti e come ottimizzare i processi, come nel caso dello stampaggio di termoindurenti, oggi considerati l’applicazione migliore nei circuiti di raffreddamento dei motori elettrici e più conveniente di termoplastici come il PAI. Anche in questo caso, Roboshot è già predisposta per lo stampaggio di questo materiale, semplicemente integrando un solo cilindro di plastificazione dedicato.

Cattini monta sulla pressa Roboshot α-S100iA un robot cartesiano powered by Fanuc. “Anche in questo caso, il robot ha una struttura modulare e si adatta in modo versatile alle diverse produzioni, grazie al cambio mano di presa semplice e ad una considerevole facilità di programmazione”. L’automazione delle produzioni e la manipolazione dei pezzi in fase di scarico pressa è un vantaggio aggiuntivo che consente di ridurre ulteriormente il tempo ciclo.

Produzione urgente per il medicale

Precisione, flessibilità e ripetibilità garantita anche su turni non presidiati sono caratteristiche della Roboshot che hanno consentito a Cattini di soddisfare una richiesta legata alla produzione urgente di un particolare impiegato nei ventilatori polmonari.

Nello specifico, il componente da stampare era una membrana con fori calibrati che determinano la quantità d’ossigeno che il paziente riceve dal respiratore. Si tratta di un pezzo che non presenta particolari complicazioni dal punto di vista progettuale, ma che ha tolleranze molto strette sui fori, nell’ordine di 2 centesimi di millimetro.

Per stampare la membrana è stata utilizzata la resina acetalica (POM), un materiale semicristallino con ritiro di stampaggio molto elevato ma che assicura una ottima ripetibilità. La pressa Fanuc impegnata nello stampaggio è la Roboshot α-S50iA, con forza di serraggio 500kN.

Ricorda Malagola: “Stampando questo particolare con presse tradizionali, abbiamo sempre avuto bisogno di applicare continui ritocchi ai parametri d’iniezione. Con Fanuc siamo riusciti a ridurre il tempo ciclo con la sovrapposizione dei movimenti e funzioni come la pre-iniezione, perché non era possibile agire sui tempi di raffreddamento e mantenimento, e allo stesso tempo ottenere una ripetibilità assoluta. Una volta fissato il processo, questo è invariabile, e la produzione può proseguire H24 senza interruzioni posticipando il controllo qualità a inizio turno del giorno successivo”.

L’ordine è arrivato durante la prima parte dell’emergenza Covid-19 (marzo 2020), e nel giro di pochi giorni è stata richiesta la produzione di un numero di pezzi che solitamente viene evasa in 6 mesi, dedicando una pressa esclusivamente allo stampaggio di questa membrana. Una seconda parte dell’ordine prevede la fornitura a inizio 2021 di una quantità equivalente. Non solo, nel mese di marzo l’intera produzione di Cattini è stata dedicata esclusivamente allo stampaggio di pezzi per il medicale, che normalmente costituisce il 35% del fatturato aziendale.

“Avevamo le macchine sature e mancava il polimero per soddisfare questa richiesta. Avevamo già preso impegni con altri clienti, non disponevamo di tutto il personale ed il lead time della materia prima non consentiva di evadere in pochi giorni la domanda”. E qui entra in gioco la fase emozionale vissuta da tutti a inizio pandemia.

“Una volta saputo di questa commessa, tutti i nostri clienti hanno accettato di mettere le loro commesse in standby e ci hanno permesso di dare la priorità a questo lavoro”. Un gesto di solidarietà inedito e inatteso, a cui si è aggiunta la rinuncia da parte di un altro cliente al proprio materiale, cosa che ha consentito al fornitore di “sviare” verso Cattini la resina POM per stampare le membrane. Senza dimenticare il contributo importante dato dal personale di Cattini, che si è offerto di lavorare in una fase di lockdown quando ancora persistevano paure e incognite relative alla diffusione del virus.

Alla fine, Cattini è riuscita a fornire al suo cliente nei tempi richiesti le membrane necessarie al funzionamento dei respiratori.

Stampaggio a iniezione con tecnologia green e IoT oriented

Cattini è da sempre molto attenta a contenere l’impatto ambientale della produzione. L’obiettivo aziendale era quello di ridurre del 20% i consumi di energia entro il 2020, e in questo le presse Fanuc Roboshot hanno dato un contributo importante, aiutando Cattini a passare dai consumi di 14 kW di una pressa idraulica da 100 ai 6-7 attuali, con una riduzione del 50% in termini di energia consumata. Roboshot utilizza infatti il 10-15% di energia in meno rispetto alle macchine elettriche paragonabili e fino al 70% in meno rispetto alle macchine idrauliche comparabili, grazie al recupero energetico intelligente e alla tecnologia servo di Fanuc. Senza dimenticare il vantaggio della pulizia e del minor spreco di materiale.

Anche la parte IIoT con collegamento in rete delle presse, funzionamento del monitoraggio remoto con il tool Roboshot-LINKi, verifica delle produzioni, controllo dei parametri è stata semplificata dalla predisposizione delle presse Fanuc al rispetto dei parametri Industria 4.0, con vantaggi sia in termini d’ottimizzazione della produzione che di tracciabilità dei pezzi stampati.

“Quello che però costituisce il vero valore aggiunto di Fanuc sono le persone”, conclude Malagola. “Il team tecnico è sempre disponibile a collaborare e ad aiutarci ad ottenere i migliori risultati con le presse, testando sia in stabilimento da noi che in sede a Milano parametri e configurazioni ideali per le nostre esigenze di stampaggio. Una disponibilità assoluta ad affrontare le sfide e a risolvere i problemi”.