Evoluzione della stampa flessografica con l'introduzione dei materiali composi7 - Atif
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Evoluzione della stampa flessografica con l’introduzione dei materiali composi7
Cosa intendiamo per materiali compositi ? Principi generali sulla fibra di Carbonio e le sue principali applicazioni Componenti dove viene usata la fibra di Carbonio nelle macchine da stampa flessografica Perché l’uso della fibra di Carbonio migliora la performance nella stampa flessografica?
Cosa intendiamo per materiali composi0 ?
I materiali compositi o semplicemente “i compositi” constano,
come minimo, di due componenti
1- Elemento di coesione o matrice
2- Elemento di rinforzo o fibra
Il composito più antico che
conosciamo è il mattone
formato da argilla (matrice)
e paglia ( rinforzo)
Compositi attualmente usati
I più comuni a livello industriale (e non solo) sono i compositi con fibre
di rinforzo come :
Fibra di vetro
Fibra di Carbonio
Aramide
Basalto, etc.
Utilizzando, come matrice, resine di elevate caratteristiche come :
Epossidica
Poliestere
Vinil-estere
Fenolica, etc
Principi generali
• Il processo con cui si produce quasi il 90% della FC u7lizza come materiale
di base un polimero vinilico denominato PAN (POLIACRILONITRILE)
(ricordiamoci che risale all’anno 1959)
• Un proceso di estrusione permeKe di avere dei filamen7 che sono poi
soKopos7 a traKamen7 termici a differen7 stadi fino a 2500°C per arrivare
alla carbonizzazione della fibra
• A questo punto si eliminano la maggior parte dei materiali che non sono
Carbonio raggiungendo una purezza fino al 95%
• É un processo molto costoso
• I fili di carbonio, aven7 un diametro di
5 micron, si avvolgono in funi con
diverse dimensioni e caraKeris7che
denomina7 ROVING
FILAMENTO di CARBONIO (5 Micron)
rapportato ad un CAPELLO UMANO
Ogni intreccio di filamenB di
carbonio cosBtuisce un
insieme formato dall'unione
di molte migliaia di
filamenB. Ciascun singolo
filamento ha una forma
approssimaBvamente cilindri
ca del diametro di 5-8 μm e
consiste quasi
esclusivamente di carbonio
Principali Caratteristiche della FC
• Altissima resistenza meccanica e tenacità
• Modulo elastico molto elevato
– Acciaio 210 Giga Pascal
– Carbonio 220-800 Giga Pascal
• Bassa densità, molto inferiore ai metalli :
– Acciaio 7,9 gr/cm3
– Alluminio 2,7 gr/cm3
– Carbonio tra 1,5 e 1,8 gr/cm3
• Bassa dilatazione termica a seguito variazioni di temperatura
• Alta resistenza a variazioni di temperatura
• Capacità di ammortizzazione delle vibrazioni
• Resistenza alla fatica
• Resistenza chimica
Di contro il materiale composito in fibre di carbonio risulta non omogeneo e presenta
spesso una spiccata anisotropia, ovvero le sue caratteristiche meccaniche hanno una
direzione privilegiata.
DENSITÀ [gr/cm3]
9
8
7
6 • Il tipo di fibra di carbonio
5
4
con maggior modulo
3 elastico si denomina PITCH
2 che deriva dalla
1
0
carbonizzazione della pece
ACCIAIO TITANIO ALLUMINIO FIBRA CARBONIO di catrame od olio
purificato
MODULO ELASTICO [GIGAPASCAL]
900 • Il Pitch ha migliori
800 caratteristiche meccaniche
700
600
rispetto al PAN ma è molto
500 più costosa e fragile
400
300
200
100
0
ALLUMINIO TITANIO ACCIAIO FIBRA CARBONIO
Dove si u)lizza maggiormente la Fibra di Carbonio a livello mondiale ?
10% Materiale sportivo
30% - Industria aeronau1ca
ed aerospaziale
35 ton CFRP
10 ton CFRP60% Utilizzo industriale
Produzione energia eolica Serbatoi
Cavi per trasporto energia
TUBI
L’anima interna in FC perme>e
un peso lineare molto inferiore
con miglior resistenza meccanicaOvviamente ci sono altre ed innumerevoli applicazioni…
Componenti che utilizzano Fibra di Carbonio nelle macchine da stampa flessografiche
• MANDRINO per ANILOX
• MANDRINO per MANICA PORTACLICHE’
• ADATTATORI O CARRIER PORTA MANICHE
• CAMERA RACLA
Tamburo
centrale
Clichè
Manica portacliché
Carrier
Anilox
Camera
raclaFocus su :
• MANDRINI
• ADATTATORI O CARRIER PORTA MANICHE
MANDRINI IN CARBONIO CARRIERMANDRINO in ACCIAIO VS MANDRINO con tubo in CARBONIO HM Applicazione : Stampa Flessografica - STEP 1 : ANALISI DIMENSIONALE DEL PRODOTTO SOTTOPOSTO A CARICO UNIFORMEMENTE DISTRIBUITO (FEM)
ANALISI DIMENSIONALE MANDRINO
FEM - FINITE ELEMENT METHOD
Il programma software FEM calcola il comportamento sotto carico del mandrino e permette il
dimensionamento ottimale del tubo una volta inseriti i vincoli, i parametri di carico, le dimensioni ed i
parametri meccanici di riferimento.
Rossini dispone della configurazione del programma per la scelta corretta del tipo di fibra di carbonio da
utilizzare (Pitch/Pan) e gli spessori necessari per realizzare il tubo che soddisfi ai requisiti impostiMANDRINO in ACCIAIO VS MANDRINO con tubo in CARBONIO HM Applicazione : Stampa Flessografica - STEP 2 : ANALISI ANDAMENTO VIBRAZIONE GENERATA DA IMPATTO CLICHÉ/CILINDRO
Vibrazioni prodotte
per impatti ripetitivi su mandrini in acciaio
Per dare un’ordine di grandeza temporale : una sleeve portacliché sviluppo 500 mm
in stampa alla velocità di 400 metri/min subisce un impaVibrazioni prodotte
per impatti ripetitivi su mandrini in Carbonio
Per dare un’ordine di grandeza temporale : una sleeve portacliché sviluppo 500 mm
in stampa alla velocità di 400 metri/min subisce un impatto dal cliché ogni 0,075
secondi à da qui l’importanza della capacità di assorbimento delle vibrazioni !ANALISI COMPARATA Mandrino con tubo in Carbonio Mandrino con tubo in Acciaio
ANALISI COMPARATA IN FASE DI STAMPA
SU CLICHÉ MULTI-STRISCE
STAMPA
AD ALTA VELOCITÀ
RIFERIMENTO DI STAMPA
Mandrino con
tubo in Acciaio
STAMPA NON ACCETTABILE PER ZONE
COMPLETAMENTE MANCANTI
Mandrino con
tubo in CarbonioANALISI VIBRAZIONI
Video 1 SIMULAZIONE FASE STAMPA
METODO DI TEST – ROSSINI
Rossini è attrezzata per lo
studio sulla capacità del
mandrino di resistere ed
assorbire le vibrazioni generate
dalle battute del cliché
Video 2
Video 1 – Metodo : l’analisi dei
carichi e delle vibrazioni
avviene applicando un cliché a
doppia striscia lineare come da
video (1,14 + 0,5 [mm)]
Video 2 – Cosa succede ? La
distribuzione delle forze agenti
in funzione dell’angolo di
rotazioneReport Test Interno
Risulta evidente la
MANDRINO ACCIAIO VS CARBONIO capacità del mandrino
con tubo di carbonio
MANDRINO D.108MM - CLICHE 2 BARRE - 300 m/min - 120um
(linea blu) di
ammortizzare il picco ed
assorbire la vibrazione in
un tempo molto minore
se confrontato a quello in
Spostamento [mm]
acciaio (linea rossa).
Questa caratteristica si
evidenzia ancor più
all’aumentare della
velocità di lavoro
imponendo l’uso del
carbonio per ottenere le
MANDRINO ACCIAIO
MANDRINO CARBONIO
prestazioni richieste
Tempo [s]Report Test Interno
AIR CARRIER IN MANDRINO ACCIAIO VS CARBONIO
D.162MM - CLICHE 2 BARRE - 200 m/min - 120um Come già visto
precedentemente,
le caratteristiche di
rigidità e prestazione
meccanica del mandrino
in carbonio si evidenzia
Spostamento [mm]
anche avendo un sistema
carrier/sleeve installato.
I grafici successivi sono
ricavati con mandrino in
carbonio.
AIRCARRIER IN MANDRINO ACCIAIO
AIRCARRIER IN MANDRINO CARBONIO
Tempo [s]CARRIER
Il sistema mandrino/carrier viene ora
analizzato confrontando differenti tecniche
di progettazione :
- Utilizzo di un tubo in fibra di carbonio
alto modulo (CARBOBRIDGE) paragonato
ad un Carrier con solo rivestimento in
fibra di carbonio (AIR CARRIER) con
interno in poliuretano
- Sistema di accoppiamento
mandrino/carrier
- Accoppiamento pneumatico
CarboBridge HM
- Accoppiamento idraulico
HydrobridgeReport Test Interno
AIR CARRIER VS CARBOBRIDGE
MANDRINO CARBONIO D.108MM - CLICHE 2 BARRE - 300 m/min - 120um Il Carrier con monotubo in
fibra di Carbonio HM
CARBOBRIDGE HM mostra
migliori prestazioni dal punto
di vista di assorbimento delle
vibrazioni garantendo la
Spostamento [mm]
possibilità di utilizzo ad alta
velocità e con ottima qualità
di stampa.
Grafico del Test a 300 m/min
perché a 500 m/min la curva
dell’Air Carrier supera i valori
AIRCARRIER di spostamento ammessi.
CARBOBRIDGE
Tempo [s]
I seguen( grafici sono tu0 ricava( con mandrino in carbonioReport Test Interno
CARBOBRIDGE VS HYDROBRIDGE
MANDRINO CARBONIO D.108MM - CLICHE 2 BARRE - 300 m/min - 120um
Sistema di accoppiamento
mandrino/carrier
- Accoppiamento pneumatico
Spostamento [mm]
CarboBridge HM
- Accoppiamento idraulico
Hydrobridge
CARBOBRIDGE
HYDROBRIDGE L’analisi teorica eseguita sui due
Tempo [s]
sistemi di bloccaggio (entrambi i
CARBOBRIDGE VS HYDROBRIDGE
MANDRINO CARBONIO D.108MM - CLICHE 2 BARRE - 500 m/min - 120um
prodotti hanno una costruzione con
monotubo in fibra di carbonio e due
flange laterali) mostra un vantaggio a
favore del sistema idraulico.
Spostamento [mm]
Hydrobridge ha inoltre il vantaggio di
poter essere impiegato sia in
macchine che montano mandrini
CARBOBRIDGE
HYDROBRIDGE
pneumatici o mandrini idraulici
Tempo [s]
I seguenti grafici sono tutti ricavati con mandrino in carbonioUlGmo sviluppo ROSSINI - Report Test Interno
-0.1
HYDROBRIDGE VS FASTBRIDGE - 1 A seguito delle prestazioni evidenziate dall’
Hydrobridge Rossini ha progettato un nuovo
MANDRINO CARBONIO D.108MM - CLICHE 2 BARRE - 500 m/min - 120um
-0.15
carrier pneumatico CON PRESTAZIONI
EQUIVALENTI che sarà presentato a breve al
Spostamento [mm]
-0.2
mercato
-0.25
-0.3
FASTBRIDGE
HYDROBRIDGE
FASTBRIDGE
• CARRIER PNEUMATICO CON TUBO IN
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06
Tempo [s]
HYDROBRIDGE VS FASTBRIDGE - 1
-0.1
MANDRINO CARBONIO D.108MM - CLICHE 2 BARRE - 300 m/min - 120um FIBRA DI CARBONIO 100% PITCH
-0.15
• FLANGE LATERALI IN FIBRA DI CARBONIO
• MASSIMA RIGIDITA’ MECCANICA
• PROGETTATO PER ALTE VELOCITA’ E
Spostamento [mm]
-0.2
-0.25
GRANDI FORMATI STAMPA
-0.3
IL CLIENTE ROSSINI POTRA’ AVERE LE
0 0.02 0.04 0.06 0.08
HYDROBRIDGE
FASTBRIDGE
0.1
MASSIME PRESTAZIONI CON LE DUE
TECNICHE DI BLOCCAGGIO SUL MANDRINO
Tempo [s]
I seguenti grafici sono tutti ricavati con mandrino in carbonioPERCHÉ LA FIBRA DI CARBONIO MIGLIORA
LA STAMPA FLESSOGRAFICA ?
Installando nel gruppo stampa dei componen1 in fibra di carbonio
abbiamo in seguen1 vantaggi quando paragona1 a componen1 in
acciaio :
– Riduzione del fa1ore peso quindi minor carico inerziale sugli
assi motorizza1 (vantaggio per le motorizzazioni e la loro rápida
risposta alle sollecitazioni)
» Un tubo di un mandrino porta maniche del diametro 105 mm e
tavola 1300 mm pesa approx :
• Acciaio 56 Kg
• Carbonio 11 Kg
– Miglior capacità assorbimento vibrazioni generate dalla
stampa garantendo maggiori velocità di stampa
specialmente con grandi forma:, oPERCHÉ LA FIBRA DI CARBONIO MIGLIORA
LA STAMPA FLESSOGRAFICA ?
L’introduzione di tubi in carbonio nella costruzione dei carrier o
ada'atori porta maniche perme4e il raggiungimento di elevate
velocità produ8ve su un più ampio range di sviluppi stampa
mantenendo o8me qualità e con un vantaggio nel tempo di
preparazione (set-up) della macchina da stampa grazie all’uso di
sleeves porta-lastra più leggere
Ad Esempio:
Il sistema Carrier+sleeve
mostra una capacità di
assorbimento delle
vibrazioni decisamente
migliore se paragonato ad
una sleeve di grande
spessoreATTREZZATURE DI LABORATORIO PER TEST ED ANALISI - ROSSINI SPAIN -
MACCHINA PER TEST VIBRAZIONI CON SIMULAZIONE DELLA FASE STAMPA – VIDEO
LABORATORIO ROSSINI SPAIN
ANALISI MATERIA PRIMA ANALISI MECCANICHE
Dinamometro fino a 25 ton
Rossini ha inves6to nelle più moderne
a>rezzature per verifiche di laboratorio
su materia prima, semi-lavorato e
prodo>o finito con possibilità di analisi
sull’applicazione sia in condizioni
sta6che che dinamicheLABORATORIO ROSSINI SPAIN Seconda macchina per controllo tri- dimensionale del gruppo Rossini installata 2018 facendo seguito alla prima installata nel 2017 nello stabilimento di Rescaldina (MI). --------------------------------------------------------- ProduBore COORD Mod. UNIVERSAL.30.9.8.cnc. MDM a portale mobile Controllo Renishaw SP25 Scansione ConPnua Unitable desk for MOT CMM Punto Punto/conPnuo Unità a Leve ARKEY NT PC, Video, TasPera mous SW Touch Dmis Renishaw PH10MQ Plus testa motorizzata indexabile SP25 Kit.2 Kit.3 Sfera di riqualifica cerPficata
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