Produzione di stampi per prodotti in polpa di cellulosa con la stampa 3D PRO

Cos’è la polpa di cellulosa?

I prodotti in polpa di cellulosa sono utilizzati principalmente per l'imballaggio, il packaging e il trasporto di alimenti: ne sono un esempio i contenitori. In passato i prodotti in polpa di cellulosa erano limitati ai cartoni per le uova, ma negli ultimi anni sono state sviluppate nuove soluzioni, anche con la stampa 3D Roboze, che hanno ampliato gli utilizzi di questi particolari prodotti. Ciò è dovuto a forti preoccupazioni di carattere ambientale, economico e sociale: nell'ultimo decennio, infatti, è stata posta una forte enfasi sulla riduzione dell'uso di imballaggi in plastica e sul passaggio a soluzioni più sostenibili.

Produzione della polpa di cellulosa: come si ottiene?

Essendo composta semplicemente da acqua e fibra di legno, la polpa di cellulosa è un materiale rinnovabile e una soluzione biodegradabile, che la rende un perfetto sostituto dei materiali tradizionali come il polistirolo. Il tipico processo di formatura prevede due passaggi fondamentali: in primo luogo, uno stampo viene immerso nell'impasto di polpa di cellulosa e acqua, dove le fibre si attaccano all'esterno degli stampi grazie a un processo sottovuoto; in secondo luogo, il prodotto viene rimosso dallo stampo ed essiccato in forno. L'impasto liquido cellulosa-acqua è composto da prodotti di carta misti e può includere anche contenitori di polpa di carta riciclata, chiudendo così il ciclo di produzione.

Principali tipi di prodotti in polpa di cellulosa stampata

Esistono quattro tipologie fondamentali di prodotti in polpa di cellulosa stampata:

• A parete spessa (5 – 10 mm): realizzati con uno stampo aperto e poi asciugati in una sovracoperta, hanno un lato ruvido e un lato liscio;
• Stampato a trasferimento (3 – 5 mm): qui il prodotto viene trasferito tra due stampi, risultando in entrambi i lati lisci;
• Termoformato (parete sottile): come l'imballaggio stampato a trasferimento, qui uno dei due stampi viene riscaldato, quindi non è necessaria la polimerizzazione in forno;
• Processato: si tratta di tipi di imballaggio che richiedono ulteriori trattamenti come verniciatura o additivi.

I prodotti stampati a parete spessa e a trasferimento sono i più semplici da realizzare e i più comuni. Comprendono oggetti come contenitori per uova, tappi e porta bevande. I prodotti termoformati sono più recenti e hanno una finitura superficiale più liscia: comprendono posate, piatti e tazze. I prodotti in pasta di carta lavorata prevedono semplicemente una fase aggiuntiva di verniciatura o di miscelazione di un additivo all'impasto di carta e acqua.

Limiti e costi della produzione degli stampi in polpa di cellulosa

I vantaggi ambientali dei prodotti in polpa di cellulosa sono molto evidenti, quindi sempre più aziende impiegano questa tecnologia per le loro esigenze. Sfortunatamente, come avviene con molti altri tipi di prodotti e con lo stampaggio a iniezione, la produzione degli stampi stessi può essere un collo di bottiglia poiché sono costosi e richiedono tempo per essere realizzati.

Gli stampi sono in genere realizzati in alluminio o acciaio, materiali costosi e pesanti; le tecniche di produzione tradizionali come la lavorazione CNC richiedono che il materiale venga rimosso dal grezzo fino al raggiungimento della forma finale, con un notevole spreco di metallo. Essendo pesanti, sono anche ingombranti da maneggiare e rappresentano un pericolo per gli addetti ai lavori. Infine, questi stampi in metallo possono raggiungere costi compresi tra 10.000$ e 30.000$ ciascuno e possono richiedere settimane se non mesi per la produzione, rallentando notevolmente l'inizio della produzione.

Ciò è ancora più evidente quando sono necessari sia lo stampo principale sia quello a trasferimento, il che raddoppia i costi e i tempi. Le geometrie dei prodotti in polpa di cellulosa possono variare ed essere molto semplici, come i paraspigoli, oppure molto complesse, come i tappi terminali per computer portatili e televisori. La complessità aumenta ulteriormente quando nello stampo devono essere inseriti dei canali per consentire l'aspirazione dell'impasto di carta e acqua, con un ulteriore aumento dei costi.

La soluzione: Roboze Plus PRO e il materiale composito ToolingX CF

L’esperienza di Roboze nel settore della manifattura additiva dedicata all’ottimizzazione di parti in sostituzione del metallo ha portato a soluzioni più smart e convenienti per rispondere all’esigenza di migliorare il workflow e le capacità della forza lavoro, ottenendo risparmi di costo e tempo grazie a cicli di sviluppo e produzione più rapidi.

È il caso delle nuove stampanti 3D della serie PRO, sistemi orientati al supporto della produzione con livelli qualitativi industriali utilizzando polimeri e compositi ad alte prestazioni.

Produzione di stampi in cellulosa robusti e a basso costo con la stampa 3D

Il caso della produzione di stampi in cellulosa è un ottimo modo per spiegare in che modo il processo, con il relativo investimento, cambia ed evolve. L’iter prevede due fasi:

1. selezione del materiale idoneo all’applicazione;
2. stampante Roboze PRO che può trarne il maggior vantaggio.

Il risultato è una rapida produzione di stampi a basso costo, robusti e dimensionalmente accurati come quello mostrato di seguito.

Il ToolingX CF (polifenilensolfuro caricato con fibre di carbonio corte) è il materiale Roboze più adatto per gli stampi in polpa di cellulosa. Il ToolingX CF è più forte e termicamente più resistente del PPS vergine, ed è in grado di resistere a carichi di 82 MPa con un modulo elastico di 9.1 GPa e con una temperatura di uso continuo molto elevata di 220°C.
Queste caratteristiche rendono il ToolingX CF in grado di sopportare i carichi meccanici della produzione 3D di polpa di cellulosa e possono essere considerate anche per i processi di termoformatura. Inoltre, trattandosi di una plastica, pesa molto meno di qualsiasi metallo, traducendosi in stampi più leggeri e più facili da maneggiare, abbattendo i rischi per gli addetti ai lavori.

Stampare il ToolingX CF è facile e veloce grazie alla stampante Roboze Plus PRO, sviluppata per adattarsi facilmente a piccole officine e impianti di produzione. Grazie alla natura a strati della stampa 3D, lo spreco di materiale durante la produzione di stampi è ridotto al minimo, riducendone i costi. Con un'adeguata strategia di deposizione, lo stampo stesso può essere reso sufficientemente poroso da consentire il passaggio dell'aria e mantenendo la resistenza meccanica, eliminando la necessità di fori di aspirazione e semplificando la geometria, con una diminuzione dei tempi di stampa.

Se anche tu vuoi accedere agli enormi vantaggi offerti dai sistemi delle stampanti serie PRO per la produzione di stampi in 3D contattaci! I nostri esperti saranno a tua disposizione per comprendere le tue esigenze e suggerirti la soluzione più idonea. Aumenta la tua competitività, ti aspettiamo!