Tastiera per computer in alluminio anodizzato.
I trattamenti superficiali dei metalli sono ormai indispensabili per garantire le caratteristiche sempre più spinte dei componenti meccanici.
di Andrea Pagani
Se un tempo venivano impiegati prevalentemente in settori quali automotive, aerospace, chimica o motorsport, oggi i trattamenti superficiali dei metalli trovano spazio un po’ ovunque. Ecco perché la crescita del settore appare solida e costante. Quello dei trattamenti superficiali dei metalli è infatti un mercato ricco di tecnologie e di opportunità. Che si tratti di variare le caratteristiche chimiche, fisiche o estetiche di un componente, questi trattamenti possono offrire una valida risposta.
Si tratta di un comparto che include un gran numero di opzioni. Dai trattamenti termici (ricottura, tempra, bonifica, rinvenimento ecc.) a quelli chimici (come anodizzazione e passivazione) e meccanici (sabbiatura, pallinatura, burattatura ecc.). Inoltre, nella definizione di “trattamento superficiale” possono rientrare anche soluzioni quali verniciatura, deposizione fisica/chimica di vapori (PVD e CVD) e placcature di vario genere.
UN MERCATO IN CRESCITA
Anche in quest’ambito, la crescente diffusione dello smart manufacturing collegato a Industria 4.0 genera nuove prospettive nel panorama dei trattamenti superficiali dei metalli. L’integrazione di automazione e tecnologie digitali determina miglioramenti sostanziali in termini di precisione ed efficienza operativa.
Ma la grande varietà di trattamenti e la loro classificazione rende complesso tracciare i reali confini di questo settore. Tra le analisi più particolareggiate c’è quella dell’istituto di ricerche e consulenze Fundamental Business Insights, che ha stimato un valore globale complessivo di 49,4 miliardi di dollari nel 2024 e, soprattutto, un tasso annuo di crescita composto (CAGR) pari al 7,4%. In altre parole, il valore del mercato supererà i 100 miliardi di dollari nel giro di 10 anni (101,28 miliardi di dollari entro il 2034, per la precisione).
Un valore che all’apparenza può risultare sorprendente, ma che è giustificato dall’incremento della domanda legata alla ricerca di migliori prestazioni in tutti i settori. A guidare il comparto sarà ancora una volta la regione asiatica, forte di una capacità produttiva senza eguali nel mondo, mentre in Europa si consolideranno le tecnologie più innovative.
La tempra (a induzione, in questo caso) incrementa la durezza dell’acciaio e la sua resistenza all’usura.
AREE GEOGRAFICHE
La ricerca si concentra anche su un’analisi qualitativa suddivisa per mercati. In Europa, ad esempio, appare evidente lo sforzo verso un approccio più votato alla conformità normativa ambientale e allo sviluppo sostenibile.
Nel vecchio continente è ancora una volta la Germania a guidare il mercato grazie alle dimensioni del proprio comparto manifatturiero (automotive in testa). Si distinguono anche Regno Unito e Francia, in particolare nelle applicazioni dei settori aerospace e difesa. In generale, le prospettive di crescita sono alimentate dal progresso continuo nelle metodologie di trattamento eco-sostenibili e dall’adesione alle rigorose direttive europee, in un contesto di transizione generale verso modelli produttivi rispettosi dell’ambiente su scala continentale.
L’Asia, come detto, vanta una marcia in più (anche) in questo settore: un po’ come avviene in Europa con la Germania, in Asia è la Cina a trainare l’intera area grazie alla propria capacità industriale e alla rapida urbanizzazione del territorio, due caratteristiche che spingono anche il mondo dei trattamenti dei metalli. Non dimentichiamo poi Giappone e Corea del Sud, altre “superpotenze” regionali che vedono nell’automotive e nell’elettronica i settori applicativi in grado di imprimere una significativa accelerazione alle tecnologie per i trattamenti superficiali.
Il Nord America, dove la crescita è spinta dai comparti automotive, aerospaziale e delle costruzioni, si posizionano idealmente a metà strada tra Europa e Asia. Nello specifico, gli USA stanno crescendo in maniera significativa grazie ai cospicui investimenti nel manifatturiero e nelle infrastrutture, mentre il Canada pone particolare attenzione nei confronti di tecnologie più eco-sostenibili.
La sabbiatura consente di rimuovere meccanicamente le scorie da una superficie metallica, preparandola così per successivi trattamenti.
LIMITI DEL SETTORE
Nonostante il percorso di crescita promettente, il mercato dei trattamenti superficiali metallici affronta diverse criticità che potrebbero condizionarne l’evoluzione. La sfida più rilevante è rappresentata dagli investimenti elevati richiesti dalle tecnologie avanzate di trattamento superficiale. I costi iniziali per equipaggiamenti all’avanguardia e personale specializzato possono risultare insostenibili per quelle realtà con minore disponibilità finanziaria (come le PMI), creando una barriera economica che limita la diffusione di soluzioni innovative.
Le problematiche ambientali associate a specifiche tecnologie rappresentano un’ulteriore sfida: alcuni processi implicano l’utilizzo di sostanze chimiche pericolose, che possono minacciare la salute umana e compromettere l’equilibrio ambientale. La sacrosanta necessità di conformarsi alle normative ecologiche e di sicurezza può dunque rallentare il percorso di crescita del settore.
Inoltre, c’è un altro tema emerso in maniera ancora più evidente negli ultimi anni: il costo delle materie prime e le oscillazioni dei relativi prezzi. Una simile volatilità economica genera incertezza e induce approcci prudenti agli investimenti, rallentando le potenzialità di espansione del mercato.
Il trattamento PVD permette di rivestire un componente con un sottile strato di materiale (TiAl, Cr ecc.), che ne migliora nettamente la resistenza meccanica e alle alte temperature.
TRE PROPOSTE INNOVATIVE
Di seguito analizziamo tre tecnologie per il trattamento delle superfici, tre soluzioni, rispettivamente nel settore della verniciatura industriale – soluzione proposta da Dürr –, in quello del lavaggio industriale di componenti – soluzione proposta da Rollwash – e in quello della finitura di massa, in particolare in ambito medicale – soluzione proposta da Rösler –, che indicano lo stato attuale della tecnologia. Tre metodologie che mostrano come i trattamenti superficiali sono sempre più attuali.
EFFICIENZA AL 98% IN CABINA DI VERNICIATURA
Il produttore di sistemi di verniciatura Dürr ha sviluppato il nuovo sistema “High Transfer Efficiency”, HTE, che aumenta significativamente l’efficienza di trasferimento, valore che indica la quantità di vernice effettivamente applicata alla carrozzeria rispetto a quella erogata negli impianti di verniciatura automotive.
Le officine di verniciatura consumano il 60% dell’energia totale impiegata nella produzione di auto e svolgono pertanto un ruolo importante nel percorso verso la neutralità carbonica del processo. L’efficienza di trasferimento ha una grande importanza, perché più è elevata, meno vernice è necessaria e più sostenibile è la produzione. Da un confronto dell’applicazione di un rivestimento trasparente in un processo standardizzato secondo la norma DIN EN 13966-1 emerge che l’efficienza degli atomizzatori convenzionali di diversi produttori varia dall’83% all’89% circa. La tecnologia HTE stabilisce un nuovo punto di riferimento attestandosi al 98%.
In condizioni standardizzate nel laboratorio di prova, l’applicazione della vernice con tecnologia HTE di Dürr raggiunge un’efficienza di trasferimento fino al 98%.
VELOCITÀ E DISTANZA DELLO SPRUZZO
La regola per una buona verniciatura è sempre stata: più rapidamente ruota il disco a campana, più fine è l’atomizzazione. Ma spingendo la velocità verso valori sempre più elevati si riduce l’efficienza. Velocità di rotazione superiori a 40.000 giri/min e distanze di spruzzatura di 200 mm o superiori sono oggi abituali. Per il processo HTE, gli sviluppatori hanno ricalibrato i parametri e si sono discostati dalla regola standard: hanno dimezzato velocità e distanza di verniciatura portandole rispettivamente a 20.000 giri/min e a 100 mm. Grazie alla maggiore efficienza, è possibile ridurre la portata della vernice mantenendo lo stesso spessore del rivestimento. La nuova tazza combinata con la nuova lama d’aria riduce inoltre in modo significativo la quantità di aria necessaria e riduce l’alta tensione da 70 kV a 50 kV. “La regolazione di tali parametri ha un effetto positivo sotto molti aspetti”, spiega Alessandro Molé, direttore generale di Verind S.p.A., la filiale italiana di Dürr nel settore della verniciatura. La combinazione della riduzione della velocità di rotazione della tazza con quella del volume d’aria a 95 nl/min produce una spruzzatura più omogenea con meno consumo di energia. La ridotta distanza di spruzzatura aumenta poi l’efficienza di trasferimento, perché il ventaglio è meno disperso. Un campo elettrico amplificato tra l’applicatore e la superficie della scocca fornisce inoltre una tensione costante per un uso ottimale della forza elettrostatica. “Di conseguenza, serve meno vernice per ogni carrozzeria”, conclude Molé. Il processo HTE contribuisce a sostenibilità, efficienza e risparmio anche in altri modi: dato che la tecnologia riduce l’overspray, la cabina di verniciatura richiede una minore quantità di aria e il sistema è complessivamente più compatto ed efficace sotto il profilo dei costi.
Per il processo HTE, gli sviluppatori di Dürr hanno riallineato i parametri, riducendo della metà la velocità e la distanza di verniciatura.
IL LAVAGGIO A ULTRASUONI PIÙ FLESSIBILE
La tecnologia ECOSONIC è stata sviluppata da Rollwasch® con un approccio multidisciplinare per realizzare processi completi di lavaggio, risciacquo e asciugatura, in automatico e con investimenti nell’ordine di una frazione rispetto ai classici impianti esistenti sul mercato e, soprattutto, in spazi più contenuti. Il “lavaggio ECOSONIC” è caratterizzato da una tecnologia a ultrasuoni (singola, doppia o multifrequenza), applicata con speciali sonotrodi a una vasca circolare di vibrofinitura. Vasche di lavaggio e di risciacquo riscaldate, che alimentano la vasca di vibrofinitura verso idonee pompe e filtri, consentono di eseguire l’azione di lavaggio in modalità completamente automatica e in uno spazio ridotto in questa sequenza.
Nella vasca circolare di vibrofinitura un motovibratore a 1.500 giri/min, controllato da inverter, imprime ai pezzi da lavare un moto tridimensionale veicolato da speciali “media” vettoriali, denominati QF, con azione elastica e ammortizzante. Nel frattempo, un sistema completo di due sonotrodi in titanio, opportunamente posizionato a pochi millimetri sopra il livello della massa “media/pezzi” e alcuni centimetri sotto il livello dell’acqua, genera una frequenza ultrasonica predefinita su due valori (Dual Frequenz), generando un effetto di cavitazione e pulizia profonda nei componenti coinvolti. Un impianto idraulico, composto da vasche, pompe, filtri e valvole di scarico pneumatiche, consente ai liquidi di processo di effettuare fasi di ciclo distinte e termo-controllate di lavaggio e risciacquo, mentre un sistema di insufflazione di aria calda consente le fasi finali di “dripping out” e di asciugatura dei componenti lavati. Una vasca specificamente dedicata alla fase di “pre-lavaggio” determina la maggiore durata dei liquidi di lavaggio e risciacquo, rimuovendo gli inquinanti difficili a monte. Infine, si può scegliere tra la sola asciugatura finale oppure farla precedere da un getto di vapore saturo secco additivato al 2% di perossido di idrogeno per una sanificazione accurata delle superfici.
Impianto ECOSONIC di Rollwash completo di cabina e pannello comandi esterno.
TANTE OPZIONI E DIMENSIONI
Gli impianti di lavaggio a ultrasuoni ECOSONIC forniscono una gestione multifrequenza a 20-135 kHz. Possono trattare sia componenti in massa pezzo contro pezzo sia componenti delicati mischiati con speciali media vettoriali “puliti”, che supportano il movimento 3D dei pezzi in lavorazione durante le fasi di lavaggio, risciacquo e asciugatura di ogni ciclo automatico. Rollwasch® offre oggi un programma completo di impianti standard, che spazia tra 25, 50 e 120 l, con la possibilità di studiare soluzioni di dimensioni maggiori in versioni personalizzate. Sono poi disponibili molti optional, tra cui il separatore d’olio, filtri speciali, impianti per il trattamento delle acque reflue.
Dettaglio della macchina ECOSONIC di Rollwash in cui si notano i due sonotrodi.
FINITURA “CHIRURGICA” PER IL MEDICALE
La finitura di massa è una tecnologia meccanico-chimica che permette di rifinire superfici attraverso l’azione combinata di movimenti vibratori, rotatori o centrifughi, di abrasivi (o media) e compound chimici. Il processo provoca un intenso “sfregamento” tra i pezzi da lavorare e i media abrasivi, con conseguente rimozione di piccole quantità di materiale. La finitura di massa è estremamente versatile, utilizzata in diversi settori industriali, dall’aerospace alla produzione di bottoni, dall’automotive all’agricoltura, e ha un ruolo cruciale anche nel medicale, dove gli standard di qualità sono tra i più elevati in assoluto. Nel campo degli impianti ortopedici, la superficie dei componenti deve soddisfare requisiti rigorosi di biocompatibilità e funzionalità. Le protesi articolari, soprattutto di ginocchia e anca, che rappresentano circa il 90% della domanda mondiale, richiedono trattamenti differenziati: la parte anteriore del ginocchio deve essere liscia e levigata per garantire movimenti fluidi, mentre la parte posteriore necessita di una superficie ruvida e strutturata, ideale per favorire l’integrazione con l’osso. Per questo, un singolo impianto può essere sottoposto a più cicli di finitura prima di raggiungere il risultato ottimale.
Tra le soluzioni più innovative spicca la Drag Finisher di Rösler, tecnologia ideale per componenti delicati e di alto valore come le protesi articolari. In questo processo, i pezzi vengono fissati su portapezzi dedicati e trascinati all’interno di una vasca riempita di media abrasivi. Il sistema consente una lavorazione mirata e controllata, garantendo una qualità di superficie superiore rispetto ai tradizionali vibratori circolari, con una produttività fino a 30 volte maggiore.
Dettaglio di una macchina Drag Finisher di Rösler e di un portapezzo, fissato a un mandrino, che si immerge nella vasca di abrasivi per effettuare la finitura.
UNA TECNOLOGIA DA SCOPRIRE
Grazie alla lunga esperienza nella progettazione di macchine, media e compound, Rösler è oggi un punto di riferimento per la finitura di massa nel settore medicale, per cui offre soluzioni in grado di coniugare precisione, sicurezza e ripetibilità. Un supporto essenziale per le aziende che operano in un settore dove la qualità delle superfici non è solo un requisito estetico, ma un fattore decisivo per la funzionalità e la durata degli impianti ortopedici.
Il sistema Drag Finisher è ideale per il trattamento di pezzi di alto valore, delicati e con forme complesse, come gli impianti per la ricostruzione di ginocchia e di altre articolazioni. Fissati singolarmente a speciali portapezzi, i pezzi sono montati su stazioni di lavoro rotanti/mandrini e “trascinati” in una vasca di lavorazione stazionaria riempita di media. Questo consente un’operazione di finitura altamente precisa e mirata. Rispetto ai vibratori circolari convenzionali, le Drag Finisher sono fino a 30 volte più produttive. ©TECN’È
La macchina Drag Finisher di Rösler modello R 4/700 SF, con 4 stazioni di lavoro e vasca di 700 mm di diametro.
