Evoluzione della stampa flessografica con l’introduzione dei materiali compositi

Cosa intendiamo per materiali composi0 ?

Principi generali sulla fibra di Carbonio e le sueprincipali applicazioni

Componen0 dove viene usata la fibra di Carbonionelle 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 matrice2- Elemento di rinforzo o fibra

Il composito più antico che conosciamo è il mattoneformato da argilla (matrice) e paglia ( rinforzo)

I più comuni a livello industriale (e non solo) sono i compositi con fibredi rinforzo come :

Fibra di vetroFibra di Carbonio

AramideBasalto, etc.

Utilizzando, come matrice, resine di elevate caratteristiche come :EpossidicaPoliestere

Vinil-estereFenolica, etc

Compositi attualmente usati

Principi generali

• Il processo con cui si produce quasi il 90% della FC utilizza come materialedi base un polimero vinilico denominato PAN (POLIACRILONITRILE) (ricordiamoci che risale all’anno 1959)

• Un proceso di estrusione permette di avere dei filamenti che sono poisottoposti a trattamenti termici a differenti stadi fino a 2500°C per arrivarealla carbonizzazione della fibra

• A questo punto si eliminano la maggior parte dei materiali che non sonoCarbonio raggiungendo una purezza fino al 95%

• É un processo molto costoso• I fili di carbonio, aventi un diametro di

5 micron, si avvolgono in funi con diverse dimensioni e caratteristichedenominati 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 cilindrica 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.

• Il tipo di fibra di carboniocon maggior modulo elastico si denomina PITCH che deriva dalla carbonizzazione della pece di catrame od olio purificato

• Il Pitch ha miglioricaratteristiche meccanicherispetto al PAN ma è moltopiù costosa e fragile

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ACCIAIO TITANIO ALLUMINIO FIBRA CARBONIO

DENSITÀ [gr/cm3]

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ALLUMINIO TITANIO ACCIAIO FIBRA CARBONIO

MODULO ELASTICO [GIGAPASCAL]

Dove si utilizzamaggiormente

la Fibra di Carbonioa livello mondiale ?

10% Materiale spor/vo

30% - Industria aeronau1caed aerospaziale

35 ton CFRP

10 ton CFRP

60% Utilizzo industriale

Produzione energia eolica

Cavi per trasporto energia

Serbatoi

TUBI

L’anima interna in FC perme>eun peso lineare molto inferiorecon miglior resistenza meccanica

Ovviamente ci sono altre ed innumerevoli applicazioni…

Componenti che utilizzano Fibra di

Carbonio nellemacchine da stampa

flessografiche

• MANDRINO per ANILOX• MANDRINO per MANICA PORTACLICHE’• ADATTATORI O CARRIER PORTA MANICHE• CAMERA RACLA

Tamburocentrale

ClichèManica portaclichéCarrier

Anilox

Cameraracla

MANDRINI IN CARBONIO CARRIER

Focus su : • MANDRINI• ADATTATORI O CARRIER PORTA MANICHE

MANDRINO in ACCIAIO VS MANDRINO con tubo in CARBONIO HMApplicazione : 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 imposti

MANDRINO in ACCIAIO VS MANDRINO con tubo in CARBONIO HMApplicazione : Stampa Flessografica

- STEP 2 : ANALISI ANDAMENTO VIBRAZIONE GENERATA DA IMPATTO CLICHÉ/CILINDRO

Vibrazioni prodo+eper impa/ ripe00vi 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 impa+o dal cliché ogni 0,075 secondi à da qui l’importanza della capacità di assorbimento delle vibrazioni !

Vibrazioni prodotteper 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 !

Mandrino con tubo in Carbonio

Mandrino con tubo in Acciaio

ANALISI COMPARATA

Mandrino con tubo in Carbonio

Mandrino con tubo in AcciaioSTAMPA NON ACCETTABILE PER ZONECOMPLETAMENTE MANCANTI

ANALISI COMPARATA IN FASE DI STAMPA SU CLICHÉ MULTI-STRISCE

RIFERIMENTO DI STAMPA

STAMPA AD ALTA VELOCITÀ

ANALISI VIBRAZIONISIMULAZIONE FASE STAMPAMETODO DI TEST – ROSSINI

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 rotazione

Video 2

Video 1

Rossini è aJrezzata per lo studio sulla capacità del mandrino di resistere ed assorbire le vibrazioni generate dalle baJute del cliché

Tempo [s]

Spos

tam

ento

[mm

]

MANDRINO D.108MM - CLICHE 2 BARRE - 300 m/min - 120um

MANDRINO ACCIAIO VS CARBONIO

MANDRINO ACCIAIO

MANDRINO CARBONIO

Report Test Interno

Risulta evidente la capacità del mandrino con tubo di carbonio (linea blu) di ammortizzare il picco ed assorbire la vibrazione in un tempo molto minore se confrontato a quello in acciaio (linea rossa).

Questa caratteristica si evidenzia ancor più all’aumentare della velocità di lavoro imponendo l’uso del carbonio per ottenere le prestazioni richieste

Tempo [s]

Spos

tam

ento

[mm

]

D.162MM - CLICHE 2 BARRE - 200 m/min - 120um

AIR CARRIER IN MANDRINO ACCIAIO VS CARBONIO

AIRCARRIER IN MANDRINO ACCIAIO

AIRCARRIER IN MANDRINO CARBONIO

Come già visto precedentemente,le caratteristiche di rigidità e prestazione meccanica del mandrino in carbonio si evidenzia anche avendo un sistema carrier/sleeve installato.

I grafici successivi sono ricavati con mandrino in carbonio.

Report Test Interno

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

Hydrobridge

CARRIER

I seguenti grafici sono tutti ricavati con mandrino in carbonio

Il Carrier con monotubo in fibra di Carbonio HM CARBOBRIDGE HM mostra migliori prestazioni dal punto di vista di assorbimento delle vibrazioni garantendo la possibilità di uBlizzo ad alta velocità e con oCma qualità di stampa.

Grafico del Test a 300 m/minperché a 500 m/min la curva dell’Air Carrier supera i valori di spostamento ammessi.

Tempo [s]

Spos

tam

ento

[mm

]

MANDRINO CARBONIO D.108MM - CLICHE 2 BARRE - 300 m/min - 120um

AIR CARRIER VS CARBOBRIDGE

AIRCARRIERCARBOBRIDGE

Report Test Interno

L’analisi teorica eseguita sui due sistemi di bloccaggio (entrambi i prodotti hanno una costruzione con monotubo in fibra di carbonio e due flange laterali) mostra un vantaggio a favore del sistema idraulico.

Hydrobridge ha inoltre il vantaggio di poter essere impiegato sia in macchine che montano mandrini pneumatici o mandrini idraulici

Tempo [s]

Spos

tam

ento

[mm

]MANDRINO CARBONIO D.108MM - CLICHE 2 BARRE - 300 m/min - 120um

CARBOBRIDGE VS HYDROBRIDGE

CARBOBRIDGE

HYDROBRIDGE

Tempo [s]

Spos

tam

ento

[mm

]

MANDRINO CARBONIO D.108MM - CLICHE 2 BARRE - 500 m/min - 120um

CARBOBRIDGE VS HYDROBRIDGE

CARBOBRIDGE

HYDROBRIDGE

Sistema di accoppiamento mandrino/carrier

- Accoppiamento pneumatico CarboBridge HM

- Accoppiamento idraulico Hydrobridge

Report Test Interno

I seguenti grafici sono tutti ricavati con mandrino in carbonio

A seguito delle prestazioni evidenziate dall’

Hydrobridge Rossini ha progettato un nuovo

carrier pneumatico CON PRESTAZIONI EQUIVALENTI che sarà presentato a breve al

mercato

FASTBRIDGE

• CARRIER PNEUMATICO CON TUBO IN

FIBRA DI CARBONIO 100% PITCH• FLANGE LATERALI IN FIBRA DI CARBONIO

• MASSIMA RIGIDITA’ MECCANICA• PROGETTATO PER ALTE VELOCITA’ E

GRANDI FORMATI STAMPA

IL CLIENTE ROSSINI POTRA’ AVERE LE MASSIME PRESTAZIONI CON LE DUE TECNICHE DI BLOCCAGGIO SUL MANDRINO

Ultimo sviluppo ROSSINI - Report Test Interno

I seguenI grafici sono tuK ricavaI con mandrino in carbonio

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

-0.3

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-0.2

-0.15

-0.1

Tempo [s]

Spos

tam

ento

[mm

]

MANDRINO CARBONIO D.108MM - CLICHE 2 BARRE - 500 m/min - 120um

HYDROBRIDGE VS FASTBRIDGE - 1

HYDROBRIDGE

FASTBRIDGE

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

-0.3

-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

Tempo [s]

Spos

tam

ento

[mm

]

MANDRINO CARBONIO D.108MM - CLICHE 2 BARRE - 300 m/min - 120um

HYDROBRIDGE VS FASTBRIDGE - 1

HYDROBRIDGE

FASTBRIDGE

Installando nel gruppo stampa dei componen1 in fibra di carbonioabbiamo in seguen1 vantaggi quando paragona1 a componen1 in acciaio :

– Riduzione del fa1ore peso quindi minor carico inerziale sugliassi 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 stampaspecialmente con grandi forma:, o<mi risulta:qualita:vi e quan:ta:vi

PERCHÉ 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 qualita e con un vantaggio nel tempo di preparazione (set-up) della macchina da stampa grazie all’uso di sleeves porta-lastra più leggere

PERCHÉ LA FIBRA DI CARBONIO MIGLIORA LA STAMPA FLESSOGRAFICA ?

Ad Esempio:Il sistema Carrier+sleevemostra una capacità di assorbimento delle vibrazioni decisamente migliore se paragonato ad una sleeve di grande spessore

ATTREZZATURE DI LABORATORIO PER

TEST ED ANALISI - ROSSINI SPAIN -

MACCHINA PER TEST VIBRAZIONI CON SIMULAZIONE DELLA FASE STAMPA– VIDEO

LABORATORIO ROSSINI SPAIN

ANALISI MECCANICHEANALISI MATERIA PRIMA

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 dinamiche

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Seconda macchina per controllo tri-dimensionale del gruppo Rossini installata 2018 facendo seguito alla prima installata nel 2017 nello stabilimento di Rescaldina (MI).

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