Esercizi: Tecniche di fabbricazione

Sfida del tema. Associa ogni tecnica industriale di trasformazione delle materie plastiche al suo prodotto tipico e giustifica una delle coppie.

Tecniche:

1. Estrusione

2. Soffiaggio

3. Iniezione

4. Formatura sottovuoto

Prodotti:

A. Bottiglie e taniche

B. Vassoi e blister

C. Tubi e profili

D. Involucri e pezzi di gioco precisi

Che cosa devi fare:

1. a) Scrivi le quattro coppie (numero della tecnica e lettera del prodotto), per esempio: «1 - C».

1. b) Scegli una delle coppie e spiega in 2 o 3 righe perché quella tecnica è adatta a fabbricare quel prodotto (come si dà forma alla plastica).

Verrà valutato: che le quattro coppie siano corrette, che la giustificazione descriva il processo della tecnica scelta e che tu usi un vocabolario tecnico (stampo, plastica fusa, aria compressa, vuoto, ugello…).

Spiega l'estrusione con il paragone del sac à poche o del tubetto di dentifricio: che cosa esce spingendo il materiale fuso attraverso un ugello sagomato e perché i prodotti dell'estrusione sono sempre «lunghi e con lo stesso profilo».

La figura mostra le quattro fasi del soffiaggio di una bottiglia, ma la terza è coperta.

Deduci che cosa succede nella fase coperta osservando il cambiamento del pezzo tra il secondo e il quarto riquadro, spiega quale ruolo ha l'aria compressa e perché l'interno dello stampo ha esattamente la forma della bottiglia.

Spiega in che cosa consiste l'iniezione della plastica e ragiona sul perché sia la tecnica scelta per fabbricare milioni di pezzi uguali e precisi, anche se lo stampo è molto costoso.

Suggerimento. Pensa a che cosa succede alla plastica dentro lo stampo (in che stato si trova quando entra e quando esce?) e a come il costo dello stampo si ripartisce tra tutti i pezzi fabbricati.

Verrà valutato: che tu descriva le fasi del processo (fondere la plastica, iniettarla a pressione in uno stampo chiuso, raffreddarla ed estrarre il pezzo) e che giustifichi la scelta con almeno due vantaggi (per esempio rapidità, ripetibilità e precisione dei pezzi, o il basso costo per pezzo nelle grandi serie).

Descrivi la formatura sottovuoto con il vassoio di dei muffin: che cosa succede al foglio di plastica quando lo si riscalda, che cosa fa lo stampo e che ruolo ha l'aria aspirata. Perché gli angoli del vassoio risultano più sottili?

Sfida del tema. Costruirai una scatola di legno in laboratorio e devi scegliere bene gli utensili.

Questi sono quattro utensili da laboratorio (numerati) e quattro compiti (con lettere):

1. Sega da tagli

2. Trapano

3. Lima

4. Morsetto (o pressa)

A. Fare fori

B. Tenere ferme le parti mentre si incollano

C. Tagliare in linea retta

D. Sgrossare e levigare i bordi

Rispondi:

1. a) Associa ogni utensile al suo compito. Scrivi le coppie nel formato numero-lettera.

1. b) Scegli uno degli utensili e spiega come si usa e quali precauzioni di sicurezza devi adottare.

1. c) Quale utensile useresti per primo nel fare la scatola? Giustifica la risposta.

Verrà valutato: che le quattro coppie siano corrette, che la spiegazione sia chiara e usi un vocabolario tecnico e che l'ordine di lavoro scelto sia giustificato.

Sfida del tema. Scrivi tre norme di sicurezza per forare la plastica in laboratorio e spiega l'incidente che ciascuna evita.

1. a) Prima norma e incidente che evita.

1. b) Seconda norma e incidente che evita.

1. c) Terza norma e incidente che evita.

Verrà valutato che le tre norme siano diverse, che siano legate all'uso del trapano e che ogni incidente spiegato abbia senso con la sua norma.

Dopo aver tagliato il plexiglas con la sega, il bordo resta con bave e spigoli. Spiega perché si lima dopo il taglio, quale differenza c'è tra limare e carteggiare e in quale ordine le useresti per ottenere un bordo liscio e trasparente.

Scegli la tecnica adatta a ogni commessa e giustificala pensando alla forma del pezzo e alla quantità: (a) diecimila bottiglie da mezzo litro; (b) cinquanta vassoi per un plastico; (c) tubi per irrigazione da sei metri; (d) centomila involucri di telecomandi.

La figura mostra lo schema dello stampaggio a iniezione: il granulo (piccoli granuli di plastica) cade dalla tramoggia e percorre una zona coperta prima di riempire lo stampo. La zona coperta è contrassegnata con «?».

1. a) Spiega che cosa succede alla plastica nella zona coperta.

1. b) Spiega perché lo stampo deve essere molto resistente.

1. c) Spiega quale vantaggio offre fabbricare così milioni di pezzi uguali.

Ordina i passaggi per costruire una scatola di plexiglas in laboratorio e giustifica perché la limatura viene prima dell'incollaggio: unire le facce con adesivo, misurare e segnare sul foglio, tagliare con la sega, forare i fori previsti, limare i bordi, rifinire.

L'estrusione produce pezzi «continui» (si tagliano alla lunghezza desiderata) e l'iniezione pezzi «chiusi» con forma completa. Spiega quale limite ha ciascuna tecnica e perché non puoi fare una bottiglia solo per estrusione né è praticabile un profilo di sei metri per iniezione.

Un laboratorio vuole fabbricare solo tre prototipi di un involucro. Spiega perché l'iniezione non è praticabile (lo stampo costa migliaia di euro) e confronta due alternative più sensate per così poche unità: stampa 3D o formatura sottovuoto su uno stampo semplice.

Confronta tre modi di unire pezzi di plastica in laboratorio: adesivo di contatto, cianoacrilato e viti con dado. Indica una situazione in cui sceglieresti ciascuno e spiega quando conviene che l'unione si possa smontare.

Sfida del tema. Quando si fora un pezzo di plastica a velocità elevata, a volte la punta lascia il materiale mezzo fuso e il foro risulta deformato.

1. a) Spiega perché avviene questo fenomeno. Nella risposta metti in relazione il movimento della punta, il calore che si genera e le proprietà della plastica.

1. b) Proponi due misure concrete che si possono applicare durante la foratura per evitare che la plastica si fonda e il foro risulti deformato.

Verrà valutato: che tu identifichi correttamente la causa (da dove proviene il calore e come reagisce il materiale), che le due misure siano diverse, realistiche e legate a quella causa e che tu spieghi brevemente perché ciascuna aiuta.

Suggerimento: pensa a che cosa succede quando strofini due superfici l'una contro l'altra e a che cosa accade al truciolo se rimane dentro il foro mentre la punta continua a girare.

Lo schema associa quattro tecniche ai loro prodotti, ma ne manca uno.

Indica quale prodotto manca nella riga del soffiaggio, spiega perché quella tecnica è adatta ad esso (pezzo cavo a parete sottile) e descrivi con parole tue come si ottiene.

Uno studente in tirocinio propone a una fabbrica di produrre cinquecentomila tappi a vite mediante estrusione e cinquecentomila cannucce per bevande mediante stampaggio a iniezione, sostenendo che «entrambe le macchine fondono la plastica e introducono il polimero in un ugello». Confuta tecnicamente la sua proposta: spiega quale limite geometrico impedisce di fabbricare i tappi per estrusione, perché fabbricare cannucce per iniezione sarebbe improponibile in costi e tempi rispetto all'estrusione continua e quale sia la tecnica corretta per ciascun prodotto.

Un compagno ha provato a fabbricare un supporto per cellulare in laboratorio piegando un foglio di plexiglas da $4\ \text{mm}$ con la fiamma diretta di un cannello dopo averlo ritagliato con un seghetto alternativo alla massima velocità. Il risultato è stato disastroso: bordi fusi e scheggiati e una zona di piegatura piena di bolle biancastre e microfessure.

1. Spiega tecnicamente a che cosa sono dovuti quei due difetti del plexiglas (nel taglio e nella piegatura).

2. Progetta il ciclo di lavorazione corretto per fabbricare il pezzo con successo: elenco ordinato delle fasi, utensile o macchina adatti per ciascuna (evitando gli errori precedenti) e misure di sicurezza obbligatorie.

Un'azienda di catering commissiona la progettazione di mille vassoi di plastica riutilizzabili e sostenibili. Il team di progettazione discute tra due opzioni di termoformatura:

• Opzione A: foglio liscio di polipropilene di $2,5\ \text{mm}$ di spessore.

• Opzione B: foglio di polipropilene di $1,2\ \text{mm}$ di spessore con nervature geometriche di rinforzo sul fondo e bordo perimetrale piegato.

Analizza e confronta le due opzioni in termini di rigidità strutturale, consumo di materia prima e consumo energetico nel ciclo di riscaldamento. Determina quale sia più sostenibile per la serie di mille pezzi e proponi due norme concrete di laboratorio per gestire lo scarto o il ritaglio avanzato dopo la termoformatura.

Molte confezioni di pile usano il sistema blister (una cupola di plastica trasparente incollata a caldo a una base di cartoncino stampato).

1. Deduci quale processo industriale di formatura è stato usato per fabbricare la bolla trasparente e giustifica perché quel metodo è ideale per fogli di poco spessore.

2. Analizza i due grandi problemi di questa confezione: la frustrazione e il rischio di tagliarsi dell'utente nell'aprirla e l'impatto nell'impianto di riciclo dovuto all'unione termosaldata di due materiali diversi.

3. Progetta un'alternativa di confezionamento che protegga le pile e permetta di vedere il prodotto o i suoi dati, ma che ne faciliti l'apertura senza utensili e garantisca un riciclo monomateriale o di facile separazione.

Devi tagliare pezzi rettangolari di $30\ \text{cm} \times 40\ \text{cm}$ a partire da lastre di polistirene di $100\ \text{cm} \times 120\ \text{cm}$.

1. Un operaio propone di disporre tutti i pezzi con lo stesso orientamento (per esempio, allineando i lati di $30\ \text{cm}$ sul lato di $100\ \text{cm}$). Calcola quanti pezzi ci stanno e quanta superficie si spreca con questo metodo.

2. Progetta una disposizione mista (nesting che combina orientamenti diversi sulla stessa lastra) che raggiunga uno sfruttamento del $100\ \%$ del materiale (scarto zero). Disegna o descrivi con misure esatte come devono essere disposti i blocchi di pezzi.

3. Spiega perché nell'industria della plastica il nesting assistito dal computer fa risparmiare grandi quantità di denaro ed energia.

Un'azienda deve scegliere come produrre l'involucro di un nuovo sensore e è indecisa tra due tecnologie:

• Opzione 1 (stampa 3D a deposizione fusa): non richiede stampo ($0\ \text{€}$ di costo fisso iniziale), ma ogni involucro costa $8,50\ \text{€}$ da produrre.

• Opzione 2 (stampaggio a iniezione): richiede la realizzazione di uno stampo in acciaio che costa $15.000\ \text{€}$, ma il costo di iniezione di ogni involucro è di soli $1,00\ \text{€}$.

• Calcola a partire da quante unità prodotte l'iniezione diventa più economica della stampa 3D (soglia di convenienza o ammortamento dello stampo).

• Se la previsione di vendita è di $1.200$ involucri il primo anno e $1.800$ il secondo, prima di riprogettare il modello, quale metodo di produzione consiglieresti dal punto di vista finanziario? Giustifica la risposta.

In un impianto di stampaggio a iniezione di componenti per auto si rileva che una serie di paraurti in polipropilene si rompe facilmente nelle prove d'urto. Controllando la tramoggia di alimentazione, scoprono che l'operaio ha mescolato il $80\ \%$ di materiale macinato proveniente da scarti con solo il $20\ \%$ di granulo vergine, superando il limite del $15\ \%$ fissato dall'ingegneria.

1. Spiega a livello molecolare (lunghezza delle catene polimeriche e degradazione termica) perché un materiale termoplastico perde proprietà meccaniche quando viene macinato e rifuso più volte.

2. Perché è fisicamente impossibile applicare questo processo di macinazione e rifusione a pezzi di resina poliestere o bachelite? Giustifica la risposta spiegando la struttura dei legami chimici delle plastiche termoindurenti.

In laboratorio si sono accumulate $25$ strisce avanzate di metacrilato trasparente di $3\ \text{mm}$ di spessore e misure $5\ \text{cm} \times 20\ \text{cm}$.

Progetta un prodotto utile per la scrivania (per esempio: portarighe, leggio per appunti, organizzatore di cavi...) che sfrutti almeno una di queste strisce senza generare quasi nuovo scarto.

1. Disegna uno schizzo quotato dell'oggetto indicando la posizione dei tagli, dei fori e delle linee di piegatura.

2. Descrivi la sequenza tecnica delle operazioni da seguire in laboratorio.

3. Spiega l'esatto procedimento termico per piegare la striscia: quale utensile bisogna usare, in che stato deve trovarsi la plastica prima di applicare la forza e come evitare che si bruci o formi bolle nella zona curvata.

Sfida del tema. Ti sei mai accorto delle tracce che i processi industriali lasciano negli oggetti di tutti i giorni? Diventa perito dei polimeri analizzando il tuo ambiente in tre fasi:

1. Campionamento domestico: scegli $5$ oggetti di plastica diversi a casa tua (contenitori, componenti elettronici, tessuti o stoviglie). Individua il loro codice di identificazione (da $1$ a $7$), se presente, e classificali secondo la famiglia: termoplastici, termoindurenti o elastomeri.

2. Ingegneria inversa: ispeziona i segni fisici su ogni pezzo (bave, linee di divisione dello stampo, punti di iniezione o spessori di parete inferiori a $2,5\text{ mm}$). Deduci e argomenta quale tecnica di formatura è stata usata per fabbricarlo (iniezione, estrusione, soffiaggio, termoformatura, calandratura o stampaggio a compressione).

3. Relazione tecnica: registra i dati in LibreOffice Calc, crea un grafico a barre con le famiglie individuate e scrivi una proposta per sostituire uno degli oggetti non riciclabili con un'alternativa sostenibile o per ridurne la massa del $15,5\,\%$.

Verranno valutati:

• Precisione nell'identificazione e nella classificazione dei polimeri.

• Rigore nel giustificare le tecniche di produzione a partire da caratteristiche geometriche reali.

• Presentazione adeguata della tabella e del grafico in LibreOffice Calc.

• Fattibilità tecnica della proposta di miglioramento ambientale.