Mano a mano che i prodotti diventano sempre più piccoli e complessi, il microdosaggio sta diventando lo standard in molte industrie. Oggi trova impiego nella lubrificazione di piccoli ingranaggi, nell’ingrassaggio del sistema di trazione nei veicoli commerciali, nella produzione di scambiatori di calore, nell’incoraggio anaerobico di magneti, nell’applicazione di gel siliconico sul filo di saldatura, nell’impregnazione del rotore nei motori elettrici, nel potting di componenti elettroniche, nel dosaggio di colla SMD (Surface Mounting Device).
Atra è un’azienda di Pordenone impegnata da più di 30 anni nella ricerca e sviluppo di sistemi di dosaggio resine innovativi in ambito elettromeccanico. Il presidente Vladimiro Lenardi e il Ceo Luca Lenardi hanno impresso all’azienda la loro visione basata su alta precisione meccanica e ricerca elettronica spinta, portandola oggi a essere un punto di riferimento del settore in Italia. L’azienda ha stretto una partnership esclusiva con perfecdos GmbH (con l’iniziale sempre minuscola, in ossequio al campo di applicazione), azienda tedesca specializzata in sistemi di microdosaggio ad alte presta- zioni. Il prodotto principale di perfecdos è la PDos X1, una valvola dosatrice elettropneumatica a getto molto precisa e rapida. Essa consente il dosaggio di liquidi, anche ad alta viscosità, nella gamma del nanolitro, fino a 300 Hz e fino a una distanza di 50 mm dal pezzo. Tempi di commutazione molto precisi e brevi permettono un’elevata costanza nel dosaggio. Ci siamo confrontati con l’Head of Sales di Atra, Giorgio Cocchetto, che ha seguito dall’inizio lo sviluppo di questa nuova partnership tra Atra e perfecdos.
Tutto sta diventando più piccolo. Come influisce questo sul dosaggio?
Notevolmente. Negli ultimi cinque anni il numero di progetti con dimensioni del- le gocce inferiori a 0,5 mm è raddoppiato. Con la diminuzione del volume di dosaggio, aumentano le esigenze di precisione del dosaggio. Per questo motivo, la tecnologia contactless (detta “jetting”) è sempre più utilizzata al posto dei sistemi di dosaggio a contatto. Questo sistema elimina la necessità di portare fisicamente la valvola a contatto del pezzo tramite assi o robot. Ciò permette tempi ciclo estremamente ridotti, un requisito centrale nella produzione automatizzata. Col nostro sistema è possibile erogare fluidi con precisione costante su pezzi che passano sotto la valvola su di un nastro trasportatore ad alta velocità, senza nemmeno fermarsi. Vedere questi sistemi al lavoro è piuttosto impressionante. Dati i requisiti industriali di oggi, il jetting è uno dei sistemi più efficienti.
Quali industrie stanno guidando questo sviluppo?
La tendenza alla miniaturizzazione riguarda tutte le industrie nelle quali si applicano materiali fluidi, come adesivi, sigillanti e lubrificanti. Inoltre, le aziende dell’industria elettronica, automobilistica, farmaceutica e alimentare devono rispettare normative ambientali sempre più severe. L’applicazione precisa di materiali chimici permette di gestire gli impianti in modo più efficiente, ridurre lo spreco di materiale, salvaguardare l’ambiente e risparmiare sui costi di smaltimento del materiale inutilizzato.
Il microdosaggio è diverso dai progetti di dosaggio “classici”?
Decisamente sì. Poiché nel dosaggio classi- co vengono erogate quantità di materiale maggiori, le tolleranze nel comportamento del flusso non hanno un effetto tanto rilevante quanto nel caso del microdosaggio. Qui, proprietà come la viscosità, la tissotropia, la dimensione e la geometria dei dot erogati sono decisive, come anche le influenze ambientali. Nel jetting la tissotropia, cioè l’assottigliamento della goccia dovuta al taglio, gioca un ruolo particolarmente importante. Affinché il “taglio della goccia” avvenga correttamente, il materiale deve essere “sparato” ad alta velocità. Per ottenere questo, si applicano delle forze che, a seconda di quanto il materiale è tissotropico, agiscono favorevolmente rendendo il materiale più scorrevole.
Queste differenze rischiano di essere sottovalutate nella pratica?
Purtroppo sì. A parte gli specialisti in tecnologie dosaggio, pochi hanno le idee chiare sulle difficoltà tecniche insite nel dosaggio fluidi, e ancora meno su quelle specifiche del microdosaggio. Ecco perché, insieme a perfecdos, Atra esamina molto attentamente ogni applica- zione ed effettua attenti test di dosaggio. Sulla base del rapporto di erogazione e di una documentazione video del processo, discutiamo poi il risultato insieme ai clienti. È importante che i clienti abbiano una buona visione del loro processo di dosaggio fin dall’inizio. Non ci sono due progetti uguali, per questo l’esperienza è fondamentale per rendere i progetti efficienti.
Il microdosaggio richiede un alto livello di know-how da parte degli utenti?
La perfetta erogazione senza contatto di materiali fluidi dipende da un numero molto grande di fattori. Sviluppare un processo stabile in un lasso di tempo gestibile richiede un’esperienza profonda, soprattutto dati i molti diversi materiali che vengono utilizzati. Prendiamo il dosaggio dei cianoacrilati, ad esempio: a causa dell’alta umidità dell’aria, in estate questi adesivi polimerizzano molto più rapidamente che in inverno. Per questo è importante assi- curarsi che il fornitore prenda in considerazione tutti i fattori rilevanti quando pianifica un sistema. Il microdosaggio è più di una potente valvola: è fondamentale considerare tutte le variabili del sistema.
Ha citato la difficoltà di gestire sostanze sempre diverse. Qual è la situazione nel campo degli adesivi?
Lo sviluppo degli adesivi è in continua evoluzione e probabilmente rimarrà tale nel prossimo futuro. Quasi ogni nostro progetto coinvolge un nuovo materiale. Un buon esempio è lo sviluppo di altoparlanti per dispositivi mobili. L’aumento costante delle esigenze degli utenti ha portato all’u- so di appositi adesivi ad alte prestazioni. Allo stesso tempo, sempre più adesivi vengono scelti in funzione del loro peso e co- sto. Nel frattempo - solo per questa piccola area - sono presenti sul mercato tutti i tipi di materiali, da quelli con polimerizzazione UV a quelli termoindurenti. È un buon esempio di quanto sia ampio il campo dei materiali “microdosabili”.
perfecdos è una “startup”, per così dire. Il mercato aveva davvero bisogno di un’altra azienda per le soluzioni di microdosaggio?
Il fatto che perfecdos sia nata di recente non significa che siano dei nuovi arrivati. Gli stessi proprietari avevano in precedenza sviluppato valvole elettropneumatiche sotto un altro marchio. Hanno quindi deciso di fondare una “nuova” azienda che è sì una “startup”, ma ha alle spalle qua- si 20 anni di sviluppo di prodotto e più di 30 anni di esperienza nella tecnologia delle applicazioni.
Non è facile immaginare il microdosaggio impiegato su componenti di grande dimensione come la trasmissione dei veicoli commerciali...
Nella lubrificazione di questi componenti si utilizzano spesso lance di spruzzatura che coprono un’ampia area sul pezzo. La resa dei grassi utilizzati dipende molto dalla temperatura, per cui spesso l’affidabilità funzionale dei pezzi è garantita solo se viene applicata una quantità di grasso inutilmente grande. Con il nostro PDos X1, invece di una spruzzatura indiscriminata, viene applicata una matrice di punti estremamente ripetibile che forma uno strato omogeneo. La frequenza di dosaggio elevata (fino a 300 gocce al secondo) e gli ugelli ottimizzati per generare un volume di singola goccia relativamente grande fanno sì che il tempo di processo sia simile a quello tradizionale.
Il microdosaggio interviene anche nella lavorazione degli scambiatori di calore?
Sì. Durante il processo di fabbricazione degli scambiatori di calore in alluminio, le superfici vengono pretrattate con una spruzzatura convenzionale. L’inevitabile overspray comporta una significativa dispersione di materiale attorno all’area di lavorazione, con notevoli costi di pulizia. Con il nostro sistema a jetting, il flusso vie- ne invece applicato senza contatto sotto forma di singole goccioline chiuse. L’overspray è completamente evitato e i processi di pulizia non sono più necessari.
Come si interviene nell’incollaggio dei magneti permanenti?
Quando si uniscono magneti permanenti all’interno di motori elettrici, i giunti convenzionali vengono sempre più spesso sostituiti dai moderni giunti adesivi. I principali vantaggi sono il bilanciamento delle sollecitazioni dell’adesivo (grazie alla dilatazione termica di diversi metalli) e una più efficiente automazione nel fissaggio rapido, con compensazione delle tolleranze e prevenzione dei danni. Durante l’applicazione dell’adesivo sui magneti curvi con il vecchio metodo a contatto, è indispensabile rilevare l’esatta altezza dell’ago dosatore. Inoltre, gli adesivi utilizzati spesso reagiscono al contatto con le superfici metalliche e, nell’area dell’ago, si verificano fenomeni di indurimento che portano a in- coerenze nella quantità o nella geometria di applicazione. Grazie al jetting si evitano reazioni di polimerizzazione indesiderata, si elimina il rilevamento della distanza dell’ago, semplificando il processo e risparmiando tempo.
Qual è il ruolo del microdosaggio nella fabbricazione dei semiconduttori?
Nell’industria dei semiconduttori i circuiti integrati sono collegati alle connessioni elettriche esterne del componente mediante wire bonding. Durante le successive fasi del processo e durante il funzionamento del componente si verifica- no pesanti sollecitazioni delle saldature. Applicando speciali gel di silicone nei punti rilevanti, queste tensioni vengono ridotte e si evita il cedimento prematuro dei componenti. Il dosaggio di questi materiali mediante contatto e le quantità di do- saggio estremamente ridotte, comportano diversi problemi. Toccare i fili di saldatura può danneggiarli. La tensione superficiale potrebbe strappa- re i fili quando l’ago si allontana. Inoltre, sarebbe necessario rilevare l’altezza dell’a- go mediante misurazione laser, ma l’operazione è difficile perché il filo adesivo esce parallelamente all’asse di misurazione. Questo incide negativamente sulle tolleranze di altezza nel componente. Il sistema di dosaggio PDos X1 senza contatto evita tutto ciò.
E per quanto riguarda i chip?
Qui siamo nel campo del cosiddetto “underfill”, ossia il riempimento (con un materiale di incapsulamento elastico e resistente alla temperatura) delle cavità tra i terminali del chip semiconduttore e il supporto del circuito. L’incapsulamento viene solitamente applicato su un lato, lungo un bordo del chip, e lo infiltra per azione capillare. Con il nostro sistema, l’effetto capillare è potenziato e accelerato dalla dimensione microscopica delle gocce. Inoltre, la velocità di applicazione può essere facilmente variata a seconda della geometria del pezzo, creando condizioni capillari ottimali. Non essendo necessario regolare l’altezza dell’ago, sono possibili tempi di processo molto brevi.
Ci diceva che si può utilizzare un sistema di microdosaggio anche per l’impregna- zione del bendaggio del rotore nella produzione di motori elettrici.
I gruppi rotore dei motori elettrici sono in genere dotati di una “benda” in fibra sintetica avvolta sui magneti incollati. La benda viene imbevuta con adesivi epossidici termoindurenti o con polimerizza- zione UV. Il mezzo legante viene applicato mentre il gruppo rotore ruota, per cui il guscio esterno spesso non aderisce perfettamente alla superficie del cilindro. Il dosaggio dell’adesivo senza contatto offre vantaggi importanti. Il tracciamento dell’ago sulla superficie del componente rotante può essere completamente omesso. Inoltre, le aree circostanti al pezzo in lavorazione rimangono perfettamente pulite perché vengono dosate gocce chiuse, sen- za effetto “overspray”. Infine, è possibile un’applicazione molto rapida dell’adesivo, fino a 300 gocce al secondo.
E nell’incapsulamento di componenti elettronici?
Quando si attua questa procedura per proteggere i componenti elettronici dalle influenze ambientali e dalle sollecitazioni meccaniche, l’applicazione senza contatto del materiale di impregnazione consente tempi di ciclo molto brevi. Grazie alla geometria dei componenti, è possibile risparmiare tempo prezioso evitando i movimenti dell’asse Z.
Infine, è possibile intervenire anche nell’erogazione di colla adesiva SMD.
Durante la produzione dei componenti SMD, i punti adesivi vengono erogati tra i giunti di saldatura in modo rapido e preciso, direttamente sul circuito stampato. Normalmente questo avviene dopo l’applicazione della pasta saldante e prima del posizionamento dei componenti. Con il microdosaggio jetting è possibile incollare anche i componenti più picco- li senza rischiare la contaminazione dei giunti di saldatura.
