Auto ibride ed elettriche: le nuove frontiere del lavaggio industriale, dell’impregnazione e della verniciatura

Intervista a: Francesco Goi, Tecnofirma

La possibile conversione tecnologica nel mondo della motorizzazione auto ha effetti nel campo dei trattamenti delle superfici? In questo caso, che tipo di risposta offre un’azienda come Tecnofirma, fornitrice OEM, Tier 1 e 2 in questo campo? Ne parliamo con l’ing. Francesco Goi, direttore generale di Tecnofirma.

La transizione dal motore a combustione al motore elettrico nel campo automotive offre interessanti opportunità alle aziende con una importante storia di sviluppo tecnologico nei trattamenti delle superfici. Tecnofirma è un tipico esempio di azienda attiva nell’engineering e produzione di impianti per trattare le superfici, anche in quest’ambito. L’incontro con l’ing. Francesco Goi, direttore generale di Tecnofirma, ci permette di delineare le possibilità che tale transizione apre al mondo dell’ingegneria del trattamento delle superfici nel mondo automotive, nei tre campi tipici dell’azienda, lavaggio industriale, impregnazione e, in maniera più ridotta, nella verniciatura, per sua natura più orientata a una diversificazione dei mercati. Queste possibilità, in estrema sintesi, sono: la fattorizzazione delle più avanzate tecnologie sviluppate fino alla fine dello scorso decennio per l’industria motoristica e della componentistica speciale (fari, per esempio), per aumentare la scala dimensionale dei pezzi trattati; la modularità dell’impiantistica, per affrontare la difficile quantificazione dei volumi e delle opzioni alternative tipiche di una importante transizione tecnologica, e per rendere scalabili – sostenibili economicamente – gli investimenti, aggiungendo eventuali moduli nel caso di accelerazione della domanda di mercato (o “spegnimento” di moduli in caso di contrazione), e infine per la possibilità di ricollocazione in altra sede o posizione quando necessario, secondo i principi della lean production e del riutilizzo continuo delle risorse, in conformità ai principi dell’economia circolare; la ricerca della sostenibilità ambientale delle nuove soluzioni, proposte attualmente e ancora in fase di sviluppo.

Lavaggio Industriale

«Da oltre 70 anni abbiamo sviluppato due aree di interesse – ci dice Francesco Goi nell’incontro presso la sede di Tecnofirma – la verniciatura e il lavaggio industriale, a cui 25 anni fa si è affiancata l’impregnazione.
Se focalizziamo l’attenzione sul motore, la nostra azienda è storicamente fornitrice di impianti di lavaggio per i motori a combustione. In una fabbrica tipica di motori a combustione, sono necessarie per la pulizia 3 macchine di lavaggio dedicate alle teste, 3 (idem) al blocco, 2 agli alberi. Dal 2018 le incertezze sul futuro della motorizzazione e una certa saturazione di mercato hanno fortemente ridotto gli investimenti. Le risorse, in questo campo, sono state reindirizzate sul motore elettrico. Questo cambiamento ci ha portato a reindirizzare le nostre tecnologie di lavaggio verso nuovi comparti quali gli alloggiamenti o “scatole” del motore elettrico – normalmente pressofusioni – su cui si richiedono livelli di pulizia comparabili a quelli richiesti per i motori a combustione; gli alloggiamenti per gli inverter, dove i livelli di pulizia richiesti sono ancora superiori; e, infine le scatole batteria, per le quali vale il concetto delle scatole inverter (la presenza di particolato potrebbe portare a corto circuiti e rischio d’incendio)».
«In quest’ultimo caso – continua Francesco Goi – le dimensioni possono essere significative, in particolare per i veicoli completamente elettrici. In quanto al lavaggio questo significa poter garantire eccellente livello di pulizia sulle superfici di pezzi di dimensioni molto superiori a quelle tipiche del motore a combustione – dove il pezzo di dimensione maggiore è il blocco motore, per esemplificare, al massimo 800 x 500 x 400 mm – contro i 2.000 x 1.500 mm di una scatola batteria. Sono pezzi grandi e complessi, e avendo una funzione strutturale sono presenti varie nervature di rinforzo che generano zone critiche per quanto riguarda l’accumulo di prodotti chimici e acqua di risciacquo. Inoltre, oltre a lavare è necessario anche asciugare, in spazi ridotti e tempi-ciclo significativamente rapidi (tipicamente, 1 pezzo ogni 80 s).
Il trasferimento delle nostre tecnologie di lavaggio per i motori a combustione a pezzi di dimensioni molto superiori ha richiesto un impegno importante di progettazione, tenuto conto, inoltre, che anche nell’industria motoristica la transizione verso l’elettrico è costellata d’incertezza e stop and go, dunque la domanda di mercato è per sistemi altamente flessibili, sia per quanto riguarda le capacità produttive, sia per le forme e dimensioni dei pezzi da lavare e asciugare.
Parallelamente al ridimensionamento dei nostri sistemi di lavaggio per poter dare soluzioni adeguate ai nuovi motori elettrici e relativi contenitori di batterie, per l’automotive stiamo affrontando anche il tema del gigacasting, il passaggio dai telai multicomponenti a quelli ottenuti con poche fasi di pressofusione.
Il gigacasting è uno sviluppo tecnologico promosso da Tesla [che afferma di aver così potuto semplificare la linea d’assemblaggio eliminando 600 robot, seguita poi dalla cinese Geely (Mercedes e Volvo) e quindi da Toyota ndr].
È una tecnologia in fase di sviluppo continuo, così come è in fase di sviluppo continuo la nostra progettazione per questo tipo di prodotto, dato che gli standard di pulizia non sono ancora definiti, al contrario di quanto oggi disponibile per i motori a combustione ed elettrici, per i quali sono dati i limiti di contaminazione (sostanzialmente, truciolo), gravimetricamente e/o granulometricamente, a seconda delle aree o dei singoli pezzi».
«In generale – prosegue Francesco Goi – sotto il profilo delle nostre tecniche di lavaggio abbiamo affrontato la rielaborazione:

• del sistema a immersione: la fase d’immersione (in ceste, per esempio) richiede spesso di abbinare il lavaggio a un decapaggio e a una passivazione finale. A seconda delle geometrie dei pezzi la fase di lavaggio a immersione è assistita da azione meccanica, ottenuta mediante ultrasuoni e turbolenza idrocinetica. A completamento del ciclo sono previsti i risciacqui interfase e finali, soffiatura e asciugatura. Sono state sviluppate soluzioni che consentono la flessibilità dei cicli a seconda del processo previsto per i pezzi da trattare
• del sistema a spruzzo, che si utilizza quando non è necessaria la conversione della superficie. In questo caso la scatola batteria (o motore) viene collocata su pallet che transita nella zona di lavaggio e nelle successive fasi di risciacquo, soffiaggio, asciugatura, il tutto in macchine estremamente compatte. Una configurazione tipica è a tunnel, composto da celle con rampe mobili e, quando necessario, robot antropomorfo e ugelli di lavaggio di precisione a bassa o media pressione. Spesso il robot è necessario anche per lo svuotamento in fase di soffiaggio di zone specifiche di accumulo d’acqua
• delle isole totalmente robotizzate, anche in questo caso con robot antropomorfi, che manipolano direttamente il pezzo (la scatola batteria), per permettere l’eliminazione degli accumuli d’acqua rapidamente e completamente, al fine di accelerare la velocità di asciugatura finale.

Alcuni OEM, infine, sulla spinta di politiche di riduzione di consumo di risorse naturali (acqua) ed energetiche, hanno propeso per sistemi innovativi di lavaggio a secco per le batterie.
Questa tecnica è possibile quando a monte dell’impianto di pulizia le lavorazioni avvengono in assenza di olio lubrorefrigerante con ridotta produzione di truciolo. Con particolari accorgimenti è possibile ottenere, eliminando la fase sgrassante liquida, lo stesso risultato che si ha con il lavaggio.
Simili le problematiche che riguardano i gigacasting per cui è importante in fase di ingegnerizzazione prevedere soluzioni che favoriscano lavaggio e asciugatura.

Impregnazione

«Nel settore del motore elettrico – riprende Francesco Goi – il processo di impregnazione di statori e rotori è la seconda area di grande sviluppo di soluzioni innovative. Per questa linea di prodotto abbiamo combinato alcune tecnologie tipiche del lavaggio industriale, in particolare, la progettazione modulare, la scalabilità delle soluzioni e l’automazione robotizzata dei processi, e della verniciatura, come la gestione dei circuiti resina, l’ottimizzazione delle fasi di cottura e il trattamento delle esalazioni.
L’evoluzione tecnologica del motore è velocissima e trascina l’evoluzione dell’impiantistica dedicata. In laboratorio abbiamo, perfettamente funzionanti e su scala industriale, moduli base che utilizziamo per effettuare ricerca e sviluppo applicata ai processi d’impregnazione, in funzione dell’evoluzione dei motori. Nel nostro laboratorio stanno transitando i motori di tutti i produttori mondiali di auto elettrica, qui possiamo effettuare tutte le prove necessarie per definire i processi più efficienti di impregnazione degli statori (e, quando necessario, dei rotori), sia a filo avvolto che a “barra” (hairpin). Quest’ultima tecnologia è, a sua volta, in rapida evoluzione. Già di per sé altamente efficienti, oggi intorno ai motori elettrici c’è una gara ad aumentare le prestazioni, che hanno già raggiunto livelli altissimi. E ciascuna casa automobilistica, per l’auto full elettrica, nella quasi totalità dei casi sviluppa il proprio motore e ricerca prestazioni e soluzioni molto difformi l’una dall’altra, cosa che richiede, di norma, l’applicazione di prodotti e cicli su misura. Sull’ibrido la situazione è mista, alcune case automobilistiche sviluppano internamente, altre lo acquistano sul mercato da produttori specializzati.
Per gli statori l’impregnazione è un processo essenziale per garantire le prestazioni e l’affidabilità nel tempo del motore. I principali obiettivi del processo di impregnazione di un motore elettrico sono:

• cementare l’avvolgimento (farlo diventare un corpo unico, evitando contatto o sfregamento dei fili o degli hairpin)
• migliorare la dissipazione termica
• rinforzare l’isolamento elettrico
• incrementare la resistenza di agenti aggressivi esterni

Il ciclo tipico prevede una fase di preriscaldo (con termoventilazione piuttosto che induzione) e una fase di impregnazione in cui la resina viene dosata e per capillarità va a riempire gli slot.
Per facilitare la penetrazione omogenea lo statore viene messo in rotazione, con un angolo d’inclinazione definito. Una volta conclusa questa fase di trickling, il pezzo si sottopone a un processo termico di gelificazione e polimerizzazione della resina: normalmente lo statore viene mantenuto a temperatura, con aria calda, secondo la curva di polimerizzazione specifica per la resina utilizzata. Segue quindi una fase di raffreddamento controllato.
Per i motori di ultima generazione è necessario isolare le saldature degli hairpin, in questo caso abbiamo sviluppato un sistema per immersione in letto fluido di polveri, che può essere inserito dopo l’impregnazione. Anche questa fase è gestita in modo completamente automatico.
Data l’estrema variabilità del mercato e del potenziale di sviluppo della tecnologia, per questi impianti la richiesta è, più che mai, di avere impianti modulari, scalabili, automatici, flessibili e facilmente convertibili».

Verniciatura

«In campo automotive – riprende Francesco Goi – Tecnofirma è presente in modo particolare nella verniciatura di fari anteriori e fanali posteriori, con l’applicazione all’esterno di prodotti resistenti al graffio (normalmente trasparenti UV) e all’interno di prodotti anticondensa. Pensando all’auto elettrica (e a guida assistita o, in un futuro, autonoma), l’esperienza in questo campo ci apre nuove possibilità di mercato, per esempio la verniciatura antigraffio e anticondensa delle griglie/pannelli centrali protettive della sensoristica che occupa lo spazio prima destinato ai radiatori. Così come per il lavaggio, anche in questo caso si tratta dello sviluppo di “scala” per tecnologie che abbiamo ben sviluppato in azienda, da trasferire su pezzi di dimensioni molto superiori. In questa fase iniziale fattorizziamo le tecnologie esistenti, lavorando nel frattempo sulla valutazione di un possibile sviluppo di nuove tecnologie specifiche».