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La riduzione dei costi nella pressofusione è un’attività che deve essere eseguita senza inficiare la qualità e la funzionalità del componente prodotto. Tutte le attività volte ad aumentare la produttività, diminuire gli scarti e semplificare i processi produttivi sono strategie di riduzione dei costi, così come lo sono le scelte fatte a livello di materiali e di lavorazioni.

Strategie di riduzione dei costi nella pressofusione di zinco

La riduzione dei costi nella pressofusione di zinco può essere attuata a diversi livelli. Lo zinco, infatti, è un metallo versatile che, se lavorato con le giuste tecnologie, permette di risparmiare sia in termini assoluti, riducendo il tempo, l’energia e la quantità di materia prima utilizzati nei processi produttivi, sia relativamente ad altri metalli.

Nella produzione di pressofusi è quindi possibile attuare una riduzione di costi:

• Scegliendo lo zinco al posto di altri metalli o di altre leghe metalliche
• Ottimizzando il processo produttivo
• Progettando processi e componenti assieme al cliente attraverso metodologie di co-design

Vantaggi dello zinco: qualità e caratteristiche chimico-fisiche, temperatura di fusione, economia circolare

Le leghe di zinco comunemente usate nel processo di pressofusione hanno proprietà che le rendono competitive rispetto ad altri metalli. Queste proprietà, di natura chimico-fisica, permettono di ottenere una riduzione dei costi relativa sia ai processi di produzione sia alle fasi successive, come ad esempio quelle di smaltimento e di riciclo. Analizziamole più nel dettaglio.

Qualità e caratteristiche chimico-fisiche

Nel processo di pressofusione sono impiegate diverse leghe di zinco, le più comuni sono Zamak 2, 3 e 5. Queste leghe, per la realizzazione dei diversi prodotti, sono scelte in funzione delle loro proprietà chimico-fisiche. Infatti, a seconda delle percentuali e dei valori relativi dei metalli che contengono assumono diverse caratteristiche che le rendono più o meno adatte alla realizzazione di determinate tipologie di componenti. Se, per esempio, il componente da realizzare è un componente di sicurezza si privilegia la lega in grado di offrire maggiori resistenza ad usura, corrosione e pressione, sopportazione del carico di snervamento e stabilità dimensionale. Nel caso di componenti tecnici, invece, per i quali è spesso importante ottenere dettagli e sottili nervature, la Zamak da preferire sarà quella più fluida, in grado di riversarsi nello stampo con la maggiore uniformità possibile. In questo modo sarà infatti possibile ottenere spessori sottili, determinanti per garantire la funzionalità dei prodotti. Per i prodotti estetici, infine, sono preferibili le qualità di Zamak in grado di assicurare la migliore qualità superficiale e la migliore resa se sottoposte a lavorazioni successive e finiture. È quindi importante conoscere le caratteristiche fisico-chimiche delle diverse leghe di zinco per poter scegliere quella più appropriata alla realizzazione di uno specifico componente. Solo così, infatti, sarà possibile fare una scelta vincente e ottenere, con percentuali di scarto ridotte, pressofusi di qualità e che necessitano di un numero ridotto di finiture e lavorazioni ulteriori.

Per scoprire di più sulle diverse leghe di zinco e su come sfruttare al meglio le loro diverse caratteristiche puoi leggere gli articoli Le migliori leghe di zinco per la pressofusione a camera calda e Composizione della Zamak per pressofusione.

Se invece desideri approfondire i vantaggi dello zinco rispetto ad altri metalli leggi  L’importanza della pressofusione nel settore automobilistico  e Vernici, placcature e altri tipi di rivestimenti superficiali.

Temperatura di fusione

Una proprietà chimico fisica con un grande impatto in termini di riduzione dei costi è il basso punto di fusione della Zamak che ne rende possibile la pressofusione in camera calda. A differenza dell’alluminio, che ha un punto di fusione molto più elevato e che è pressofuso in camera fredda, la zama consente un risparmio energetico dato dalla diversa tecnologia di fusione impiegata. Il vantaggio dato dalla pressofusione in camera calda è ulteriore ed è relativo al tempo: la pressofusione in camera calda è un processo più veloce della pressofusione in camera fredda e ciò consente di aumentare la produttività. Un altro elemento di risparmio, sempre correlato alla temperatura di fusione, è costituito dal fatto che lo stampo, sottoposto a minori temperature, incorre in una minore usura ed ha quindi una vita più lunga, con benefiche ripercussioni soprattutto nel caso della produzione di grandi volumi.

Economia circolare

In questo breve passaggio sulle qualità della zama rispetto ad altri metalli merita di essere ricordata un’ultima proprietà: la riciclabilità. Lo zinco infatti si inscrive nei processi di economia circolare e va quindi incontro alle recenti tendenze di sostenibilità ambientale. La riciclabilità dello zinco non si traduce solo in un vantaggio per il consumatore finale, che può riciclare i propri prodotti ed elettrodomestici, ma è anche un importante fattore di riduzione dei costi per il produttore di pressofusi. Lo zinco infatti, se gli accordi con il cliente lo consentono, può essere rifuso e, in percentuali controllate, reintrodotto nel processo produttivo, con evidenti conseguenze di riduzione dei materiali di scarto e di ottimizzazione dei processi produttivi.

Se desideri leggere di più sulla possibilità di riciclare la zama clicca qui se quello che cerchi è invece un approfondimento sull’economia circolare dello zinco ti consigliamo di leggere l’articolo Pressofusione ed economia circolare: il ruolo dello zinco.

Ottimizzazione del processo produttivo

Non sono solo le proprietà dello zinco come materiale ad essere importanti ai fini della riduzione dei costi nella pressofusione. Anche il processo produttivo con cui il metallo viene lavorato è molto importante. Infatti le tecniche di pressofusione e i macchinari, per essere efficienti, devono essere aggiornati allo sviluppo tecnologico: sono quindi necessarie ricerca e innovazione costanti.

Per un’overview generale su queste tematiche si consiglia di leggere Come migliorare il processo produttivo per l’industria della pressofusione.

Automazione e tempo ciclo

Un importante passo in direzione di riduzione dei costi è, ad esempio, l’introduzione di automazione nei processi produttivi. L’automazione rende infatti il sistema più efficiente diminuendo la percentuale di scarti e consentendo agli operatori a bordo macchina di dedicarsi ad attività a maggior valore aggiunto.

L’acquisizione di automazione è poi strettamente correlata alla capacità di aggiornare ed implementare il parco macchine. Grazie all’acquisto di nuove macchine, infatti, attività prima manuali diventano meccaniche facendo sì che lead time, tempo ciclo e percentuale di scarto diminuiscano a fronte di un aumento di produttività. Il tempo ciclo, in particolare, è molto importante in relazione alle strategie di riduzione dei costi, diminuire il tempo ciclo vuol dire infatti incrementare l’OEE, l’indice di rendimento produttivo dello stabilimento, e di conseguenza la produzione. Nel settore specifico della pressofusione in camera calda, inoltre, la diminuzione del tempo di ciclo rappresenta un’ulteriore opportunità di risparmio perché, in un tempo ciclo ridotto, aumenta la potenza termica che il materiale fuso apporta allo stampo con una diminuzione dei fronti freddi e dei difetti correlati.

Per approfondire gli apporti dell’automazione al processo produttivo leggi L’importanza dell’automazione per migliorare il processo produttivo; per scoprire di più sul tempo ciclo e sulla sua ottimizzazione si consiglia invece di leggere l’articolo Riduzione dei costi tramite l’ottimizzazione del tempo ciclo.

Simulazione

Un’ulteriore strategia per ottimizzare il processo produttivo è quella di ricorrere a software di simulazione che consentano di prevedere quanto avverrà durante il processo di pressofusione. La simulazione è un utile strumento per prevenire problemi, errori e difetti durante lo stampaggio dei pressofusi ed è, inoltre, un fondamentale ausilio in fase di progettazione, prototipazione e test.

Puoi trovare un approfondimento sui vantaggi apportati dalla simulazione nella pressofusione di zinco cliccando qui.

Certificazioni qualitative

Una garanzia dell’ottimizzazione del processo produttivo e della conseguente riduzione dei costi è l’ottenimento di certificazioni di qualità. Smeta 4 Pillars, ad esempio, è una certificazione di standard qualitativi, gestione ambientale, integrità aziendale, salute e sicurezza con importanti ripercussioni a livello di riduzione dei costi. Smeta 4 Pillars infatti, attraverso la condivisione di approcci standardizzati, migliora e uniforma il processo produttivo proteggendo la brand reputation e garantendo una filiera etica.

Co-design

Il co-design consiste in una serie di attività che hanno come obiettivo l’aumento del valore del prodotto e il suo miglioramento in termini di qualità ed efficienza. Spesso queste attività non si traducono in un aumento dei costi di produzione ma, al contrario, risultano in una diminuzione di prezzo. Già in fase di progettazione, infatti, attraverso il co-design, è possibile concordare con il cliente riduzioni di peso, eliminazione di lavorazioni secondarie, ottimizzazioni dello stampo e una serie di altre azioni che si traducono direttamente in una notevole riduzione dei costi. Ottenere un disegno già ottimizzato per la mass production permette così al cliente di avere un prodotto finale in linea con le attese e con meno rischi e scarti. Come ulteriore garanzia di riduzione dei costi in fase di co-design è possibile fare analisi di valore VA/VE  ed ottimizzare il DFM. Le analisi di valore VA/VE sono un sistema di risoluzione dei problemi che permette di identificare efficacemente i costi superflui rendendone possibile una riduzione mentre il DEF, Design for Manufacturability, è uno studio di fattibilità in cui si valuta il design di un prodotto e in cui si propongono adattamenti, trattamenti particolari e modifiche strutturali che rendono possibile ottimizzarne la produzione.

Per una trattazione di più ampio respiro sul co-design si suggerisce di leggere l’articolo Design del prodotto per la pressofusione.

I metodi per realizzare riduzione dei costi nella pressofusione di zinco ed ottimizzare processi e prodotti non si esauriscono qui. Dalla lettura di questo articolo dovrebbero però essere emersi quelli che sono solo alcuni, ma evidenti, vantaggi.

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Lo zinco è un materiale che può essere impiegato in diversi ambiti industriali, tra i quali figura il settore dei piccoli elettrodomestici. Nel seguente articolo verranno descritti i principali vantaggi dell’utilizzo dello zinco per la produzione di componenti di piccoli elettrodomestici, in particolare di macchine del caffè.

1. Libertà di design

Lo zinco, più specificatamente le leghe Zama, è un materiale che consente di produrre componenti aventi molteplici tipologie di forme. Grazie allo zinco è infatti possibile ottenere superfici molto sottili, che non potrebbero essere ottenute utilizzando altri materiali, come l’alluminio. Ciò si traduce in una più ampia libertà di design nella progettazione di un componente, con conseguente singolarità e unicità del pezzo prodotto. Lo zinco rappresenta così un ottimo metallo da utilizzare per la produzione di componenti complessi dal punto di vista della forma. Nella tabella sottostante sono riportati i valori di spessore minimo ottenibile di zinco e alluminio:

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Scegliendo lo zinco per la produzione di piccoli elettrodomestici è possibile ottenere numerosi vantaggi relativi alla qualità dei componenti, dal momento che le leghe di zinco presentano un ritiro stabile e un’elevata resistenza. Per esempio, rispetto ai materiali plastici, lo zinco ha una tolleranza migliore e un carico di snervamento e di rottura superiore (Tabella 1): queste caratteristiche permettono di ottenere una maggiore libertà di design e notevoli qualità del prodotto finito.

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Tabella 1 – Valori di tolleranza, carico di snervamento e carico di rottura di zinco e materie plastiche

2. Trattamenti estetici di alta gamma

Alle leghe di zinco possono essere applicati numerosi trattamenti superficiali. Nello specifico, è possibile migliorare le caratteristiche estetiche dei componenti attraverso trattamenti che trasformano l’oggetto e ne migliorano la finitura. I principali trattamenti estetici realizzabili sullo zinco sono:

• Trattamenti galvanici: cromature lucide, cromature satinate, rivestimenti galvanici di diverso colore
• Verniciature a liquido
• Verniciature a polvere
• Trattamenti speciali per evitare l’usura del materiale

Inoltre, sui componenti in zinco è possibile effettuare specifici trattamenti che sfruttano le caratteristiche fisiche della lega. Tra i trattamenti sopracitati, la verniciatura a polvere costituisce un eccellente esempio di trattamento estetico ottenibile attraverso un processo di deposizione elettrostatica della polvere e di successiva cottura ad elevata temperatura (circa 200°C). Questa tipologia di verniciatura permette di ottenere una migliore texture al tatto rispetto alla classica verniciatura a liquido. Eseguire questo trattamento su un componente in zinco gli conferisce un importante valore aggiunto.
I trattamenti dei materiali solitamente seguono i trend del settore di rifermento: per soddisfare questa mutevole esigenza esiste una varietà infinita di soluzioni che si applicano allo zinco.

3. Supporto del fornitore

Un cliente che si affida a un fornitore di zinco qualificato può trovare nella sua esperienza verticale la capacità di lavorare anche sul design e di consigliare al cliente geometrie innovative e finiture speciali. Questo servizio, denominato co-design, è la collaborazione tra cliente e fornitore volta alla realizzazione di un prodotto con specifiche funzioni e caratteristiche meccaniche, che sia allo stesso tempo conforme al processo di produzione. Il co-design può aiutare i designer a comprendere nel dettaglio le caratteristiche dello zinco e a sfruttare appieno il know-how del proprio fornitore. Lo zinco è un materiale versatile che consente di sperimentare con forme e design, permettendo così la concezione e la creazione di pezzi unici. Dal momento che la pressofusione di zinco rappresenta un mercato estremamente verticale, i suoi fornitori hanno una profonda conoscenza verticale della materia e possono supportare i clienti nella produzione di pezzi esclusivi.

L’adattabilità delle leghe di zinco si dimostra particolarmente utile nell’ambito dei piccoli elettrodomestici: mentre altri prodotti sono più standardizzati e la progettazione creativa è limitata, i piccoli elettrodomestici si rivelano un prodotto appropriato per testare la versatilità dello zinco. Essendo composti da molteplici componenti, per i piccoli elettrodomestici è possibile immaginare un’ampia varietà di soluzioni con l’utilizzo di leghe di zinco, migliorando in questo modo l’aspetto, la performance e l’unicità del prodotto.

4. Customer experience

Quando si seleziona un materiale un ulteriore aspetto che deve essere tenuto in considerazione è la cosiddetta customer experience, ovvero l’esperienza del consumatore. La relazione tra consumatore finale e prodotto è costituita da numerose variabili, come performance e utilità, ma anche aspetto visivo, texture e resistenza. I componenti in zinco trasmettono eccellenti percezioni in termini di impatto visivo e sensazione al tatto. Un prodotto realizzato in zinco ha maggiori probabilità di essere percepito come pulito, resistente e di ottima qualità.
In merito a queste caratteristiche, è bene tenere a mente che il fruitore ha accesso all’utilizzo della macchina attraverso maniglie e tasti. Se il corpo del prodotto è realizzato in plastica, la maniglia o il tasto dovrebbe essere realizzato in zinco, in modo da offrire all’utilizzatore una diversa esperienza nella fruizione del prodotto. Questi dettagli potenziano la customer experience e fanno la differenza per la scelta del consumatore.

5. Pulizia dei componenti

Dal punto di vista del consumatore finale poter pulire in modo facile e veloce un prodotto costituisce un aspetto rilevante, che influenza la scelta d’acquisto. Per esempio pulire componenti in zinco cromato è più facile rispetto ad altre superfici, perché presentano una superficie dura, compatta e liscia. Un prodotto con queste caratteristiche semplifica il processo di pulizia, rendendolo più rapido ed efficace: ciò si traduce in un vantaggio per il consumatore. Non solo i componenti in zinco cromato sono più semplici da pulire, ma trasmettono anche una sensazione di pulizia e lucentezza che ha un forte impatto sull’occhio del consumatore. Grazie a queste qualità i componenti in zinco risaltano a confronto con altre superfici.

6. Riciclabilità dello zinco

Sempre più aziende virtuose sono alla ricerca di sostenibilità. In questa ottica di sviluppo sostenibile è consigliabile utilizzare materiali riciclabili, tra i quali figura lo zinco. Le leghe di zinco possono essere riutilizzate e fuse numerose volte senza che ciò intacchi le loro proprietà. Generalmente l’utilizzo di leghe di zinco riciclate viene limitato approssimativamente al 50%: ciò permette di esaurire completamente gli scarti di produzione. Oggigiorno l’attuazione di questo sistema di riciclaggio permette di riciclare una grande quantità di scarti provenienti dalla pressofusione dello zinco. Lo zinco rappresenta un materiale con una ridottissima tossicità, che prevede un basso consumo energetico per la sua produzione e riciclabile. Queste proprietà rendono lo zinco un materiale environmentally friendly.

7. Lead time ridotto

Il lead time è il periodo di tempo che un’azienda necessita per soddisfare la richiesta di un cliente in termini di offerta. Logicamente, un breve periodo di tempo si traduce in risultati più rapidi e clienti più soddisfatti. Al fine di conseguire questa condizione, lo zinco rappresenta un ottimo materiale grazie al suo breve tempo ciclo. Infatti, il lead time è un concetto correlato al tempo ciclo, cioè il periodo di tempo richiesto per completare la produzione di un prodotto. Considerando il tempo ciclo di un prodotto è così possibile supporre il relativo lead time. Scegliendo lo zinco invece di altri materiali, come l’alluminio e la plastica, il lead time verrà ridotto, determinando un servizio più rapido ed efficiente.

I tempi ciclo legati allo stampaggio delle leghe di zinco sono, infatti, inferiori rispetto a quelli delle leghe di alluminio e delle materie plastiche. Nel primo caso, l’alluminio viene stampato a temperature notevolmente superiori, quindi il tempo ciclo risulta maggiore a causa dei tempi di raffreddamento. Per quanto riguarda la plastica, questa presenta invece dei tempi di riempimento superiori.

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Tabella 2 – Produttività tipica e Range di produttività di zinco, alluminio e materie plastiche

CASE STUDY N. 1

La Bruschi produce numerosi componenti per macchine del caffè. In questo particolare caso l’azienda è stata contattata per realizzare un vassoio porta tazza per una macchina del caffè. Il vassoio è interamente realizzato in zinco e integralmente cromato. Tutta la superficie del componente è considerata superficie estetica, poiché l’esterno è visibile all’occhio dell’utilizzatore e l’interno diventa visibile nel momento in cui viene rimosso il coperchio in plastica ed è possibile accedere alla parte interna del vassoio e pulirla.

Il processo di cromatura prevede delle fase preliminari per la preparazione del pezzo. In particolare, il componente deve essere pulito e lucidato tramite l’impiego di rulli, nastri e materiale abrasivo. Il componente necessita di essere pulito anche internamente, per questo motivo la Bruschi ha ideato delle modifiche al processo tecnologico che hanno permesso di ottenere un risultato equivalente.
La Bruschi è così riuscita a creare un vassoio porta tazza in Zama, cromato esternamente e internamente.

CASE STUDY N. 2

In questo secondo caso il cliente ha richiesto alla Bruschi la produzione di manopole cromate per macchine del caffè. La difficoltà di realizzare questo componente risiede nella geometria, nella produttività e nella qualità superficiale. La manopola costituiva un componente particolarmente critico perché il layout delle cavità dello stampo standard di produzione delle maniglie non permetteva di raggiungere i livelli di produttività e di costi richiesti dal cliente. Grazie all’esperienza e alle competenze dei designer della Bruschi, l’azienda ha ideato un metodo alternativo per alimentare lo stampo: i designer hanno così progettato un nuovo stampo che consentisse di rientrare nei parametri richiesti. Infatti, grazie al nuovo layout si sono ridotti sia i costi che i livelli di produttività.

In conclusione, l’utilizzo dello zinco per la produzione di componenti di macchine del caffè apporta notevoli vantaggi. Prediligendo l’impiego di zinco è infatti possibile progettare e creare un prodotto funzionale ed estetico, capace di coniugare libertà di design e trattamenti estetici di alta gamma e che al contempo tenga conto delle variabili di produzione e di costi.

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Il termine design del prodotto definisce il processo di progettazione di un prodotto caratterizzato da specifiche caratteristiche estetiche e funzionali, che deve essere conforme al processo di produzione in serie. Il design del prodotto è dunque un processo che necessita di essere sviluppato considerando i diversi aspetti che caratterizzano un componente e, di conseguenza, se realizzato con la tecnologia della pressofusione, richiede l’integrazione di diverse attività, quali servizio di co-design, compilazione di un DFM, progettazione dello stampo, simulazione e analisi delle lavorazioni successive.

Il design del prodotto è un’attività strettamente correlata alla progettazione del processo produttivo: i due concetti si influenzano a vicenda, infatti il prodotto deve essere conforme alla produzione di massa e il processo produttivo deve al contempo tenere in considerazione le specificità del prodotto. Il design del prodotto è un processo complesso e sfaccettato, che non concerne solamente prodotto e produzione, ma anche scelta dei materiali, caratteristiche estetiche e funzionali, lavorazioni meccaniche, trattamenti superficiali e qualità richiesta dal cliente.

Servizio di co-design

Allo scopo di ottenere un risultato equilibrato in termini di estetica, funzionalità e fattibilità, il design del prodotto è spesso sviluppato da un’azienda manifatturiera insieme al cliente che ha ordinato il prodotto. La cooperazione tra fornitore e cliente viene definita servizio di co-design: una collaborazione che promuove la condivisione di informazioni e know-how, al fine di conseguire risultati soddisfacenti per entrambe le parti. Gli ingegneri e i tecnici procedono all’analisi delle caratteristiche fisiche e meccaniche del prodotto, così da trovare soluzioni per assicurare la funzionalità e la fattibilità produttiva, ottenendo di conseguenza un riscontro positivo da parte dei clienti.

Il servizio di co-design apporta benefici non solo in termini di ottimizzazione di processo e design, ma anche relativamente alla relazione tra cliente e fornitore: un continuo scambio di informazioni promuove incremento di fiducia e stima reciproca e permette, inoltre, di accrescere le conoscenze di entrambe le parti.

Per ulteriori informazioni relative al servizio di co-design, clicca sul post sotto:
• Vantaggi del co-design: alleggerimento mirato

DFM: studio di fattibilità del prodotto

Cliente e fornitore si scambiano informazioni relative al design del prodotto e al suo processo produttivo attraverso un documento denominato DFM: Design For Manufacturability, cioè uno studio di fattibilità del prodotto. Lo scopo di un DFM è, infatti, quello di presentare il prodotto in relazione al suo processo produttivo, per analizzare la fattibilità tecnica del progetto e suggerire soluzioni al fine di facilitare la produzione. Attraverso questo documento i tecnici possono stabilire se il design è conforme ai sistemi tecnologici del dipartimento di produzione e, successivamente, possono apportare modifiche a determinate caratteristiche del prodotto o delle fasi di produzione.
La scelta della pressofusione come metodo di produzione implica l’attuazione di specifiche analisi inerenti ad angoli di sformo, estrattori e punti di iniezione: il design del prodotto è, infatti, strettamente collegato alla progettazione dello stampo, e di conseguenza al processo produttivo. L’utilizzo di stampi risulta vantaggioso poiché consente la replicabilità del componente, ma allo stesso tempo richiede specifiche analisi tecniche che permettano di ottenere uno stampo adatto per il prodotto: il DFM contiene tutte le informazioni necessarie al raggiungimento di questo obiettivo.

Per conoscere nel dettaglio la struttura di un DFM, ecco un post sull’argomento:
• Design del prodotto per pressofusione: ottimizzare il DFM

Progettazione dello stampo

Considerando la pressofusione come metodo di produzione, il primo aspetto da esaminare è la progettazione dello stampo: l’elemento centrale del processo di pressofusione. Cliente e fornitore collaborano per sviluppare un sistema che sia adeguato sia per il componente che per lo stampo, considerando le caratteristiche estetiche e funzionali del prodotto, ma anche le proprietà meccaniche dello stampo: deve essere resistente, solido e funzionale al processo di produzione.
Innanzitutto è necessario verificare la producibilità del prodotto con il metodo della pressofusione, analizzando le dimensioni e la geometria del componente. Una volta che la geometria e le caratteristiche tecniche sono state definite, il processo di progettazione dello stampo può iniziare: questa fase prevede l’analisi delle specifiche tecniche del prodotto, del numero di cavità, dell’area di proiezione, del volume e della forma dello stampo. I due elementi principali che costituiscono la progettazione dello stampo sono il design del sistema di alimentazione a camera calda e la simulazione: la modalità di alimentazione rappresenta infatti l’elemento centrale della progettazione dello stampo, mentre la simulazione costituisce un utile strumento per definire i parametri più appropriati da applicare prima che il componente venga prodotto.

Progettazione del sistema di alimentazione a camera calda

Nella realizzazione dello stampo un elemento centrale da considerare è la progettazione del sistema di alimentazione a camera calda. Infatti, il metodo di alimentazione influenza l’ottimizzazione della produzione e le caratteristiche del prodotto. Il diffusore e il canale di colata sono i due elementi principali che compongono il sistema di alimentazione: la definizione della loro configurazione e dimensione risulta fondamentale per l’output finale del processo di pressofusione, poiché la scelta di diverse forme conduce a diversi risultati e può inoltre determinare una riduzione di potenziali difetti sul pressofuso.

Per informazioni dettagliate sul sistema di alimentazione a camera calda, di seguito un post sull’argomento:
• Ottimizzazione del processo di pressofusione: sistema di alimentazione

Simulazione

Come precedentemente menzionato, la simulazione costituisce un valido strumento per il design del prodotto e dello stampo: con software di simulazione, come programmi CAD e software 3D, gli ingegneri esaminano le proprietà tecniche del prodotto e definiscono i migliori parametri da applicare. Questi dispositivi rappresentano un supporto fondamentale per l’analisi di caratteristiche fisiche, dal punto di vista strutturale e della resistenza, e consentono agli ingegneri di identificare preventivamente potenziali criticità sul pressofuso, riducendo così eventuali problemi che potrebbero emergere a posteriori. Infatti, già nelle prime fasi del riempimento dello stampo potrebbero verificarsi errori che comprometterebbero la produzione del pezzo, ad esempio una solidificazione del metallo troppo rapida: la simulazione aiuta a evitare queste problematiche fin dal principio.

Per ulteriori informazioni sulla simulazione, ecco una serie di case studies:
• Simulazione per pressofusione: conservazione dello stampo e ottimizzazione dei parametri
• Simulazione per pressofusione: studio della porosità da ritiro
• Simulazione per pressofusione: studio per la riduzione degli scarti
• I vantaggi della simulazione HPDC nella pressofusione

Lavorazioni successive allo stampaggio

Il design del prodotto riguarda anche l’analisi di lavorazioni successive che devono essere effettuate a seguito della fase di stampaggio. Infatti, durante la progettazione di un prodotto è importante considerare eventuali lavorazioni successive a cui il pezzo dovrà sottoporsi: le operazioni successive allo stampaggio possono essere lavorazioni meccaniche, trattamenti superficiali, operazioni di assemblaggio o processi di automazione. Prestare attenzione a queste lavorazioni già nella fase di design del prodotto consente di effettuare specifiche azioni e impostare determinati parametri al fine di ottenere un risultato senza difetti. Di seguito alcuni esempi di lavorazioni successive.

Lavorazioni meccaniche

Tra le più diffuse lavorazioni meccaniche figurano filettatura e alesatura: se un componente necessita di essere filettato, già nella fase di progettazione dello stampo dovranno essere definiti specifici parametri per agevolare quest’operazione.

Trattamenti superficiali

Se un prodotto è soggetto a trattamenti superficiali, come verniciatura o cromatura, è importante prevedere in anticipo potenziali difetti che potrebbero manifestarsi dopo il trattamento. Ad esempio, alcuni trattamenti superficiali vengono effettuati a temperature molto alte che possono potenzialmente determinare la formazione di inclusioni d’aria nel componente: durante la fase di design dello stampo sarà quindi necessario prevedere l’evacuazione d’aria.

Assemblaggio

Relativamente all’assemblaggio, è opportuno definire specifiche tolleranze che siano funzionali a questa lavorazione. Per esempio, se il pezzo deve essere inserito in un altro componente, come un perno e un foro, è necessario prevedere la giusta interferenza tra i due.

Automazione

L’automazione rappresenta un fattore comune a tutte le lavorazioni successive: le operazioni automatiche per i trattamenti successivi allo stampaggio garantiscono un’adeguata produttività e costi ridotti.

Vantaggi design del prodotto

Il design del prodotto è una fase indispensabile nella produzione di un componente poiché consente di identificare i processi e le caratteristiche maggiormente performanti, allo scopo di produrre eccellenti risultati in termini di estetica, funzionalità e conformità al processo di produzione. Sviluppare un processo di design del prodotto ben strutturato è perciò fondamentale per ottenere importanti benefici, quali riduzione dei costi di produzione, soddisfazione del cliente e produzione di componenti esteticamente accattivanti, funzionali e conformi alla produzione di massa.

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La Bruschi ha da sempre considerato la coesistenza di caratteristiche funzionali ed estetiche in un unico prodotto una questione centrale. Questa convinzione ha portato alla concezione della filosofia aziendale denominata bellezza funzionale. Secondo questa filosofia un prodotto è composto da elementi funzionali e caratteristiche estetiche che coesistono e si influenzano a vicenda.

L’intersezione di co-design e bellezza funzionale, unitamente alle competenze dei propri ingegneri e ai processi di produzione, ha permesso alla Bruschi di produrre Nespresso KitchenAid Artisan 5KES0503. La creazione di questa macchina del caffè di design ha condotto la Bruschi alla vittoria della prestigiosa European Zinc Die Casting Competition per il design nel 2016.

Co-design

Il co-design è fondamentale per ottenere un prodotto capace di soddisfare requisiti tecnici di funzionalità ed essere allo stesso tempo conforme al processo di pressofusione. Questo tipo di approccio è strettamente collegato alla relazione tra fornitore e cliente. Il co-design permette di analizzare approfonditamente ogni dettaglio del design di un prodotto e di un processo e aiuta a consolidare la collaborazione giorno per giorno. Adottando questo metodo, tutti gli eccessi stilistici e le caratteristiche inutili vengono eliminati. Nel momento in cui rimane solamente la parte funzionale, è possibile concentrare tutti gli sforzi nel miglioramento dell’estetica della parte meccanica, garantendo prodotti dall’aspetto accattivante. Questo approccio aiuta a migliorare il processo di produzione, a ridurre i costi e a realizzare prodotti esteticamente attraenti, coerentemente con la teoria della bellezza funzionale.

Bellezza funzionale

Secondo la Bruschi, la bellezza funzionale è basata sulla rimozione di dettagli superflui e sul contemporaneo miglioramento delle qualità estetiche delle rimanenti parti funzionali. La coesistenza di estetica e performance è il nucleo della bellezza funzionale. Un requisito estetico può quindi trasformarsi in un vantaggio funzionale e viceversa. Queste teorie sono state formulate attraverso la collaborazione tra la Bruschi e KitchenAid. Le due società hanno profuso sforzi comuni in merito alla scelta della lega, alla forma del coperchio, alla modalità di riduzione del peso e alla finitura della superficie. L’idea alla base del progetto era di ridurre al minimo i dettagli superflui e di migliorare esteticamente le parti funzionali.

Il caso di Nespresso KitchenAid Artisan

Lo zinco costituisce il materiale ideale per comunicare questo concetto. Infatti può essere utilizzato per ottenere sia componenti strettamente funzionali che componenti esterni estetici, e tutto ciò che è compreso tra questi due estremi. Questa adattabilità del materiale è particolarmente apprezzabile nella custodia in Zama realizzata dalla Bruschi per Nespresso KitchenAid Artisan. La macchina del caffè di design è composta da otto pressofusi di zinco, con peso tra 2.2 kg e 75 g.

La cooperazione tra Bruschi e KitchenAid ha avuto inizio con l’idea di creare una nuova macchina del caffè caratterizzata da splendide forme e finiture innovative. Il design includeva forme rotonde e sinuose, valorizzate da una verniciatura a polvere rosso brillante.
La finitura della superficie costituiva un ulteriore punto focale. Il nuovo design avrebbe dovuto attirare l’attenzione dei consumatori e la scelta del colore distintivo di KitchenAid, noto come Bright Candy Apple Red, avrebbe garantito il risultato. Tuttavia, l’applicazione di una verniciatura a polvere avrebbe sicuramente accentuato ogni imperfezione della finitura della superficie.

Scelta del materiale

Durante il processo di co-design, la prima scelta da operare era quella relativa al materiale da utilizzare. Era necessario scegliere un materiale che rappresentasse la filosofia della bellezza funzionale. La lega selezionata avrebbe dovuto essere adatta per creare forme complesse e resistere ai trattamenti di finitura e verniciatura richiesti, allo scopo di soddisfare sia i requisiti funzionali che i requisiti estetici del prodotto.

ZP5 è stato scelto per la sua eccellente finitura superficiale, resistenza, colabilità (capacità di realizzare attraverso stampaggio pezzi con spessori sottili) e texture di qualità al tatto. Le forme desiderate sarebbero state irrealizzabili con altri metalli. Lo zinco pressofuso permette infatti la creazione di angoli di sformo ridotti, fori più piccoli e lunghi e spessori più sottili, mantenendo al contempo la superficie liscia.

Questo è un eccellente esempio di come la funzionalità della lega influenzi l’estetica del prodotto. La funzionalità e le caratteristiche meccaniche del materiale avrebbero limitato la creatività dei designer, impedendogli di progettare design audaci e innovativi.

Nessuna ulteriore lavorazione

L’obiettivo principale consisteva nell’ottenere una superficie perfettamente liscia. La Bruschi ha collaborato con i designer di KitchenAid per realizzare un design elegante, con il minor numero di lavorazioni e operazioni di assemblaggio possibile. Attraverso un’analisi approfondita delle tolleranze e delle geometrie in posizioni di accoppiamento, tutte le otto parti sono state fuse senza ulteriore bisogno di operazioni di lavorazione. Uno studio sugli angoli di sformo dei componenti che si devono accoppiare ha consentito di evitare ulteriori operazioni nel processo di assemblaggio. In questo modo è stato possibile garantire la continuità estetica a cui miravano i designer di KitchenAid. Le tolleranze del pressofuso di 0.05 mm tra i fori di assemblaggio sono state raggiunte, senza bisogno di adattamento durante l’assemblaggio e di operazioni secondarie.

Inoltre, questa qualità puramente estetica ha condotto a due vantaggi funzionali:

• la lavorazione ridotta ha determinato una riduzione dei costi nella produzione di componenti
• il controllo della compatibilità dei pezzi è diventato più rapido, poiché consente di riconoscere istantaneamente getti difettosi

Planarità della superficie

L’ultima sfida riguardava la planarità della superficie. Le difficoltà del progetto sono state superate attraverso la stretta collaborazione tra la Bruschi e i tecnici di KitchenAid. Definire insieme le criticità ha permesso di gestirle al meglio sin dalla fase iniziale di design, evitando errori nella prototipazione e riducendo gli scarti.

Al fine di ottenere la qualità superficiale richiesta la struttura interna del pressofuso avrebbe dovuto essere eccellente e senza porosità. Questo perché durante il processo di verniciatura a polvere i pressofusi sono scaldati fino a 200°C. Inoltre, gli estrattori e i punti di iniezione avrebbero dovuto essere posizionati nella parte interna del componente per evitare di lasciare tracce sulla superficie esterna.

Per questa ragione, la giusta posizione dei punti di iniezione e degli sfoghi è stata progettata con MAGMASOFT. L’utilizzo di un software di simulazione per determinare il posizionamento degli estrattori e dei punti di iniezione ha assicurato il corretto riempimento senza lasciare alcun segno sulla superficie, evitando così inclusioni d’aria e porosità indesiderate.

Per ridurre ulteriormente il rischio di inclusioni d’aria, la Bruschi ha adottato il metodo di pressofusione sottovuoto. L’utilizzo della valvola del vuoto permette la produzione di pressofusi senza problemi di creazione di bolle, determinando un tasso di scarto vicino allo zero.

Tutti questi sforzi hanno portato a risultati altamente soddisfacenti. Alla fine della cottura termica la planarità della superficie rientrava ancora in una tolleranza di 0.3 mm. Un notevole risultato, che è ulteriormente valorizzato dalla lucentezza della verniciatura finale in un rosso brillante.

L’approvazione di KitchenAid

Alla fine della collaborazione con la Bruschi, Darrin Keiser – Kitchen Aid Small Appliances Global Senior Quality Manager – era soddisfatto e impressionato dal risultato. Keiser ha affermato:

“La mia esperienza con la Bruschi è stata un percorso molto gratificante. Fin dai primi giorni del progetto, durante i quali si doveva procedere alla selezione di un fornitore con dipendenti, metodi e processi di produzione altamente competenti e performanti, per me era chiaro che la Bruschi sarebbe stata una scelta vincente. Il suo team è dedito alla prospettiva di alta qualità alla quale è associato il nostro brand”.

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Il peso delle componenti gioca un ruolo importante nella produzione di qualunque prodotto – basti pensare al risparmio in termini di costi di spedizione –  ma è nel settore automobilistico che si rivela determinante. Il peso delle automobili cala di anno in anno, nonostante l’aumento dei comfort a bordo: il peso medio di una berlina al giorno d’oggi è circa 1300 chilogrammi, contro gli oltre 2000 chili dei modelli di 30 anni fa. L’utilizzo di componenti più leggere permette infatti forti riduzioni del peso e quindi del consumo, oltre ad avere ripercussioni sul funzionamento di determinate parti, come ad esempio le portiere o i tettucci apribili.

Per questo è sempre più importante riuscire a progettare delle componenti che siano sì più leggere, ma comunque funzionali. In quest’ambito la collaborazione tra fornitore e produttore è fondamentale: questo processo collaborativo già nella fase di progettazione viene detto co-design. Il co-design permette di applicare le conoscenze tecniche del fornitore già in fase di progettazione, tramite studi preliminari e l’applicazione di tecniche consolidate per il miglioramento strutturale.

Vantaggi dell’alleggerimento mirato

Durante la fase di progettazione è spesso possibile individuare dei punti in cui lo spessore elevato causerebbe un inutile aumento del costo di produzione del pezzo: per questo è necessario procedere ad un’ottimizzazione delle forme attraverso l’uso di software di simulazione, che permette in alcuni casi una riduzione della massa fino al 30-40%.

Il metodo più efficace ed utilizzato per l’alleggerimento mirato è uno studio del prodotto e l’applicazione di nervature strategiche di rinforzo. Queste nervature dovranno essere progettate mantenendo le giuste proporzioni per evitare di sovraccaricare i punti di giunzione, in modo da resistere a sollecitazioni elevate e, attraverso l’uso di angoli arrotondati, assecondare le posizioni delle linee di sformatura permettendo così di creare pareti più sottili.

Oltre alla riduzione di peso, i vantaggi insiti nell’uso di pareti più sottili sono molteplici:

• Riduzione di porosità e depressioni:
  Nei pressofusi le pareti spesse tendono ad esser soggette ad una maggiore porosità, a causa della riduzione di volume data dal raffreddamento del materiale, che genera tensioni molecolari durante la fase di trasformazione conducendo il fluido verso la parte già solidificata, causando porosità interne caratteristiche per la loro forma irregolare e frastagliata;
• Scambio termico migliorato:
  Una maggiore area superficiale permette di ottenere raffreddamenti più rapidi e uno scambio termico più efficiente;
• Aumento della resistenza:
  In alcuni casi un cambio strutturale finalizzato ad un alleggerimento può anche portare ad un aumento della resistenza, grazie ad una più equa distribuzione delle forze;
• Riduzione dei costi di produzione;

Studio dell’alleggerimento tramite co-design: l’analisi FEM

Strumento fondamentale nella progettazione degli alleggerimenti strutturali è un software di analisi FEM (Finite Element Method), che permette di calcolare il comportamento strutturale di un sistema. In particolare, questo tipo di analisi viene utilizzata per simulare la resistenza di un oggetto posto sotto sforzo da un determinato carico in un determinato punto. Come per altre simulazioni, sarà necessario formare una mesh che identificherà i nodi, ovvero i punti di connessione, e gli elementi di carico  e fissaggio.

Nel posizionare i nodi sulla struttura bisogna assicurarsi che il loro numero sia sufficiente a descrivere la geometria del pezzo e che siano posti in corrispondenza di punti in cui sono applicati carichi concentrati o masse nodali. Inoltre è possibile collocare dei nodi in punti di cui si vogliono conoscere gli spostamenti e le sollecitazioni interne. Infine, è bene accertarsi che la mesh sia sufficientemente fitta per cogliere le variazioni di sforzo o di spostamento nelle regioni importanti ai fini dell’analisi.

Sarà quindi possibile simulare diversi tipi di forze:

• Forza rotante
• Forza di pressione
• Forza di carico
• Forza di trazione

In una situazione di co-design è quindi fondamentale che il cliente fornisca tutti i dettagli riguardanti l’uso del componente richiesto, soprattutto in termini di sforzi a cui esso viene sottoposto, temperature estreme o altre condizioni eccezionali di cui tenere conto. Attraverso questo procedimento si otterrà una mappatura delle zone sotto sforzo per ogni punto, permettendo quindi di identificare le aree di criticità, siano esse eccessivamente spesse o, al contrario, a rischio rottura.

Tecniche per la riduzione del peso

A seguito dell’identificazione delle zone problematiche, il designer può procedere attraverso la simulazione alla modifica della struttura. Per ovviare alla perdita di resistenza causata dall’assottigliamento delle pareti, saranno necessari altri interventi di rinforzo strutturale: è possibile ad esempio modificare i raccordi attraverso un ispessimento mirato degli angoli soggetti a fragilità, modificare l’inclinazione delle pareti per ottimizzare la distribuzione delle forze, applicare una croce di rinforzo oppure una nervatura a T. Altre volte è la riduzione di peso stessa a contribuire all’incremento della robustezza del pezzo, poiché le concavità prodotte possono generare una migliore distribuzione delle forze.

L’alleggerimento passa anche attraverso la scelta del materiale, più specificamente della lega che si decide di utilizzare. Solitamente si prediligono composti con una bassa densità, come la ZAMA 8, che contiene l’8,4% di alluminio risultando quindi più leggera, più resistente ed elastica rispetto alla ZAMA 5 che rimane tuttavia la più utilizzata, grazie anche alla sua elevata tolleranza delle precisioni e flessibilità nel processo produttivo.

In conclusione, l’alleggerimento mirato studiato tramite un’attività di co-design può portare diversi vantaggi sia di tipo economico che funzionale ai produttori, vantaggi di cui beneficiano anche gli utenti finali, migliorando l’esperienza d’uso e riducendo talvolta i costi di spedizione o – nel caso delle automobili – di mantenimento.

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Design del prodotto

Quando si parla di design del prodotto si pensa immediatamente alla componente estetica, ma essa è solo la parte visibile del complesso processo di design. L’aspetto è infatti inscindibile dalla funzione e dal sistema produttivo scelto, che determinano le regole a cui il designer dovrà sottostare. Il design evolve nel tempo e nella forma andando incontro quindi al gusto estetico dell’epoca, ma è anche vincolato da limiti imposti dal materiale scelto e dallo stato della tecnologia produttiva.

Il gusto estetico o la funzione dell’oggetto sono infatti intrinsecamente legati ai limiti imposti dal sistema produttivo e quindi, in quest’ottica, il metodo di lavorazione si rivela determinante.

La scelta di utilizzare come metodo produttivo la fusione in stampo impone di tenere conto di alcune esigenze, come gli angoli di sformatura, linee di chiusura e punti di estrazione. I vantaggi offerti dall’uso di stampi includono la riproducibilità del pezzo. Allo stesso tempo, a conseguenza di problemi nella fase di raffreddamento si potrebbe avere una riduzione di alcune caratteristiche meccaniche come la robustezza del pezzo, rendendo necessario intervenire tramite una diversa distribuzione del materiale o l’utilizzo di nervature strategiche.

Il processo di design del prodotto per pressofusione è quindi inscindibilmente legato al processo produttivo, rendendo necessario un rapporto tra cliente e fornitore che in questa fase si materializza con un DFM.

Struttura di un DFM

Un documento DFM funge da ponte comunicativo tra il cliente, i designer e i tecnici dell’azienda produttrice. Scopo di questo documento è presentare il prodotto in relazione con la sua produzione e riproducibilità nel tempo. Si tratta infatti di uno studio di fattibilità, ovvero il reparto tecnico dovrà valutare se il design si adatta alla tecnologie a disposizione dell’azienda e la disponibilità di un accordo economico.

Dopo l’analisi possono essere suggerite delle modifiche legate alla funzione produttiva o a migliorie strutturali per aumentare la resistenza del prodotto, senza però intaccare l’aspetto estetico o la funzionalità del prodotto richiesto. Queste richieste vengono incluse nel DMF, che si compone solitamente di questi punti:

• Aree critiche: la sezione in cui vengono evidenziati i punti che necessitano di trattamenti particolari o di modifiche strutturali;
• Area di Deformazione: a causa dell’uso dello stampo, è necessario tenere conto delle forze applicate nel momento dell’estrazione dallo stampo;
• Incongruenze o richiesta di precisazioni riguardo ai disegni;
• Tolleranze;
• Pianificazione delle posizioni degli estrattori;

La documentazione viene quindi trasmessa ai diversi uffici competenti al fine di trovare un accordo che soddisfi sia i requisiti tecnici che quelli estetico-funzionali.

L’utilizzo di uno stampo impone infatti una necessaria discriminazione tra le scelte estetiche e quelle strutturali, ma non sempre le prime dipendono dalle seconde. Ne sono un esempio i segni lasciati dal processo di estrazione, che si presentano come dei piccoli cerchi di uguali dimensioni e vengono solitamente posti sulla superficie interna o in altre posizioni non visibili. Lo stesso si può dire per i segni di iniezione, come l’attacco di colata.

Altre volte è invece l’aspetto tecnico a prevalere, come nel caso degli angoli di sformatura che non possono risultare inferiori a 1°, imponendo quindi cambiamenti al modello o il ricorso ad altri tipi di lavorazione. Un altro esempio sono le nervature di rinforzo, utilizzate per incrementare la resistenza del pezzo a stampa e ridurre il rischio di avvallamenti strutturali, che avrebbero ripercussioni sul piano estetico, ad esempio nelle strutture a cuspide.

O ancora, è possibile alterare il design originale per migliorare la funzionalità del prodotto, ad esempio creando concavità per ridurre o ottimizzare il bilanciamento del peso. La riduzione della massa può portare non solo ad un alleggerimento, ma, grazie alle modifiche della geometria strutturale, anche ad un aumento della resistenza alla sollecitazione meccanica.

Come ottimizzare e velocizzare il processo di stesura di un DFM

Lo sviluppo tecnologico ha rivoluzionato completamente il mondo del design, a partire dalla progettazione: se un tempo era necessario un modellista che fosse in grado, attraverso l’uso delle resine, di trasmutare l’idea dalla bidimensionalità della carta alla tridimensionalità del plastico, ora il procedimento è stato reso più semplice dai programmi di progettazione CAD, dai software di simulazione e da una serie di programmi dedicati per affrontare le più differenti tematiche relative al design del prodotto per pressofusione e mass production. Ad esempio è infatti possibile valutare in breve tempo la producibilità dell’oggetto, per poi consultarsi rapidamente riguarda alle modifiche e sottolineare dubbi o criticità emerse dai disegni.

Per ottimizzare e velocizzare questo processo il fonditore può offrire ai proprio clienti un servizio di co-design, nella fase di creazione del prodotto, che possa allineare già dalle primissime fasi di elaborazione del progetto design del prodotto per pressofusione e mass production. Questa fase è antecedente alla stesura e analisi del DFM ed è composta da una serie di attività che hanno come obiettivo quello di aumentare il valore del prodotto e nel contempo ridurne i costi, sia dal lato del prodotto che dal lato del processo di produzione.

Il co-design è quindi la collaborazione tra il cliente e il die caster in un momento importante nella fase di progettazione del prodotto. Infatti, in questa fase, lo scambio di informazioni e di esperienze consente al fornitore di evidenziare i punti critici richiesti dal cliente, quali quelli estetici, funzionali e strutturali per agire direttamente sui disegni in concerto con il cliente.

Riduzione del peso, nessuna lavorazione secondaria, consulenza diretta per le finiture, l’ottimizzazione dello stampo, riduzione di componenti e di costi per l’assemblaggio sono solo alcuni dei vantaggi in un ciclo produttivo che prevede la progettazione, la fusione, le operazioni di lavorazione e l’assemblaggio. Benefici che permettono di risparmiare tempo, materiale e di evitare costi aggiuntivi.

Nel caso quindi di una stratta collaborazione tra il cliente e il fonditore in termini di co-design nella fase di design del prodotto per pressofusione, la fase di stesura e analisi del DFM sarà più veloce ed ottimizzata. Un disegno già ottimizzato per la produzione, già adattato ai processi di mass production, fornirà al cliente un prodotto finale in linea con le sue attese, con meno rischi e meno scarti.

A seguire un breve schema del processo con l’aggiunta della fase di co-design.

Vantaggi del co-design

Processo convenzionale

Processo co-design

I vantaggi offerti dal co-design sono numerosi: potete trovare più informazioni al riguardo nella sezione dedicata del nostro blog.

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