Riciclare le fibre provenienti da pale eoliche, insieme a matrici polimeriche, per ottenere stampi utilizzabili nella laminazione di nuove pale ed altri prodotti di stampa 3D. È il demo case che Caracol AM, pmi innovativa di Barlassina (MB) associata ad Afil, sta portando avanti nel contesto di DeremCo, acronimo di “De- and Remanufacturing for Circular Economy Investments in the Composite Industry”, un progetto finanziato attraverso lo strumento Interregional Innovation Investments (I3) nell’ambito del Fondo Europeo di Sviluppo Regionale (Fest). L’obiettivo del progetto – che conta 30 partner provenienti da Italia, Finlandia, Austria, Spagna, Slovenia, Belgio e Portogallo – è riutilizzare in modo economicamente vantaggioso materiali e componenti compositi all’interno di nuovi prodotti ad alto valore aggiunto.
L’impegno di Caracol AM nel progetto non è certo casuale. L’azienda guidata dal ceo Francesco De Stefano, 60 dipendenti, si occupa di manifattura additiva di oggetti di grandi dimensioni destinati all’aerospazio, all’automotive, all’aeronautica e alle costruzioni. In particolare ha dato vita ad una speciale piattaforma, Heron AM, che integra robotica e stampa 3D e che si basa sull’estrusione di materiale (da pellet) termoplastico rinforzato con fibra corte di vetro, carbonio o materiali come il legno.
Il progetto DeremCo nasce in Afil, l’Associazione Fabbrica Intelligente Lombardia – guidata dal presidente Christian Colombo (ceo di Ficep, macchine utensili e impianti) – il cluster tecnologico per il manifatturiero avanzato della Regione Lombardia. È l’ecosistema di innovazione che aggrega in una filiera regionale stabile le imprese (dalle grandi alle start-up), i centri di ricerca, le università e le associazioni industriali. In particolare il progetto nasce nell’ambito della Strategic Community “De and Re-manufacturing for Circular Economy”.
Le SC sono gruppi di lavoro composti da aziende, atenei ed enti di ricerca, che si riuniscono per definire priorità comuni, trasferire soluzioni innovative ed implementare attività a beneficio dell’ecosistema regionale.
L’obiettivo della SC sull’economia circolare è realizzare un ecosistema nel quale gli scarti o i sottoprodotti di un’azienda diventino materie prime o sottoprodotti per altre imprese anche di settori diversi. L’idea è quella di creare un mondo interdipendente, dove flussi di rifiuti ed energia siano consumati di continuo, come accade in natura, senza la generazione di residui non eliminabili. La SC è coordinata dal docente al Politecnico di Milano Marcello Colledani. Caracol partecipa al progetto, ma in Afil è attiva in un’altra SC, quella sulla Manifattura Additiva.
Ne abbiamo parlato con Violetta Nespolo e Luca Baglivo, rispettivamente chief marketing & strategy officer e product manager di Caracol.
Chi è e cosa fa Caracol
Caracol è una pmi innovativa fondata nel 2017 in Lombardia da quattro fondatori: Francesco De Stefano (attuale ceo), Giovanni Avallone (cio), Jacopo Gervasini (cfo) e Paolo Cassis (Coo). Oggi vi lavorano più di 70 persone in giro per il mondo. Ha quattro stabilimenti, tra cui tre a Nord di Milano. Due sono a Barlassina: nel primo vengono realizzate le macchine per la stampa 3D di Caracol. Si tratta di sistemi che integrano braccia robotiche di Kuka o Fanuc, software sviluppato in casa, teste di estrusione brevettate dall’azienda, e altro. Nel secondo, invece, si utilizzano questi macchinari per la produzione di parti componenti di grandi dimensioni per aziende clienti. Il terzo è a Paderno: si tratta dell’Innovation Hub. In questo spazio, diversi laboratori sono destinati allo sviluppo della tecnologia proprietaria di stampa 3D fornita da Caracol. Dalla qualifica di sempre nuovi materiali, allo sviluppo di software, hardware e automazione, alla sperimentazione dei processi di stampa 3D di polimeri e metalli, l’azienda lavora continuamente per migliorare le prestazioni della propria tecnologia, contribuendo ad alzare sempre più il livello e la qualità dei processi di produzione additiva di grandi dimensioni. Il quarto è ad Austin, e qui si svolge sia la produzione che lo sviluppo tecnologico, e da poco l’azienda ha aperto una sede anche a Dubai per supportare i propri clienti nel mercato Gcc.
La strategia di crescita di Caracol
La strategia di crescita si basa su quattro pillar. Il primo è lo sviluppo tecnologico. Consente all’azienda di offrire prodotti o servizi innovativi che soddisfano le esigenze di imprese clienti in evoluzione, e quindi di migliorare la sua posizione competitiva sul mercato. Il secondo è la realizzazione di partnership nell’industria. Tramite la collaborazione è possibile accelerare gli sv
iluppi del mercato, aumentando la flessibilità e l’agilità dell’azienda nel rispondere ai cambiamenti del mercato o alle nuove opportunità di business. L’azienda, ad esempio, collabora con alcuni dei principali player del settore termoplastico o con aziende di robotica come Kuka e Fanuc. Il terzo è lo sviluppo internazionale. «Siamo presenti in oltre 40 Paesi, direttamente, o con partner, distributori o manufacturing partner che utilizzano i nostri prodotti. Soprattutto in Nord America, Europa, Nord Africa e Medio Oriente. Ma anche in Estremo Oriente. Ora vogliamo rafforzare molto la nostra posizione in Nord America e Medio Oriente, lì dove vediamo un crescente interesse per queste tecnologie e le maggiori possibilità di crescita» – afferma Violetta Nespolo, chief marketing & strategy officer di Caracol. Il quarto è la focalizzazione sulla realizzazione di prodotti finiti tramite questa tecnologia, «il nostro obiettivo nello sviluppare queste piattaforme di stampa 3D è che i clienti siano in grado di realizzare i loro componenti e risolvere le loro necessità produttive». Il fatto è che Caracol, ha sempre avuto la vocazione di fornire una soluzione industriale pronta all’uso, un mezzo che abiliti i clienti nell’affrontare le proprie sfide produttive – che permetta loro di produrre meglio ma anche cose che non erano possibili prima di Heron.
Heron Am: una piattaforma tecnologica integrata per produrre componenti avanzati di grandi dimensioni
1) Una soluzione integrata
Come si accennava, Caracol ha sviluppato una piattaforma tecnologica integrata, hardware e software, per produrre componenti avanzati di grandi dimensioni: Heron AM. È una soluzione chiavi in mano che, come si accennava, comprende l’hardware (Caracol dispone di brevetti e IP su elementi come teste di estrusione, sistema di alimentazione, piani di stampa, e altro; Ndr) e il software (sia la parte di slicing o path & parameters planning ma anche la componente IoT viene sviluppato da Caracol, perché è ciò che permette di controllare il processo, ottenere qualità e garantire ripetibilità di produzione; Ndr). Secondo Baglivo, «solo lavorando con una soluzione integrata si possono raggiungere obiettivi di performance all’altezza dei requisiti industriali in settori come aerospazio, automotive, nautica, architettura e costruzioni, e molto altro ancora».
Quanto all’aerospazio «con i nostri sistemi si possono realizzare maschere di produzione, attrezzature, mold per la laminazione». Sull’automotive, invece, «la soluzione può essere utile per la creazione di mockup estetico-funzionali ma anche parti finite su piccole serie» dice Baglivo. E passiamo alla nautica, dove Heron AM permette di «dar vita a sovrastrutture, scafi, sostituendo la vetroresina». Sulle costruzioni, infine, « si possono realizzare strutture con personalizzazioni molto importanti di grande impatto estetico», dice Baglivo.
2) Il funzionamento
Ma come funziona? «Quanto al processo, è quello additivo, che si basa sull’estrusione di materiale (da pellet) termoplastico rinforzato con fibra corte di vetro, carbonio o materiali come il legno ad esempio. Queste ultime rendono il primo molto più resistente», spiega Baglivo.
L’estrusore (è una parte della macchina utilizzata per fondere e depositare il materiale termoplastico, spingendolo attraverso un foro o una fessura per creare una forma desiderata. In stampa 3D, ad esempio, un estrusore spinge il granulo o il filamento di plastica attraverso un ugello per creare oggetti tridimensionali strato dopo strato; Ndr). La gamma di estrusori di Caracol include soluzioni pensate per applicazioni diverse. High Accuracy (HA), una testa di stampa piccola, leggera e compatta progettata per essere precisa e produrre stampe di alta qualità; High Versatility (HV), che si presta flessibilmente da alta precisione, a materiali avanzati; High Flow (HF), che accelera notevolmente i tempi di realizzazione, con la sua struttura robusta e alla capacità di lavorare con temperature elevate. Possono gestire una vasta gamma di materiali, mantenendo una qualità elevata e una deposizione di materiale precisa ed efficiente.
Heron AM si può personalizzare andando ad integrare processi ibridi come cnc per chi desidera introdurre la fresatura, con un cambio utensile automatico.
Grazie alla flessibilità dei movimenti su più di 6 assi, dato dall’utilizzo di braccia robotiche come sistema di movimentazione, con Heron AM si possono creare parti con forme molto complesse. Possono gestire percorsi utensile che non sono solo dritti e affettature che non sono solo a 90°, ma anche a angoli diversi come 45° o 60°, stampe non-planari o multi-planari. Inoltre, è possibile personalizzare il sistema partendo dall’estrusore, alla dimensione del braccio, al piano di stampa – adattandolo alle esigenze specifiche di produzione o applicazione. Se necessario, i bracci possono anche estendersi lungo l’asse orizzontale o verticale aggiungendo un binario o un basamento. La dimensione dell’area di stampa operativa raggiungibile dai sistemi è virtualmente illimitata; «ma in genere va dai 3 ai 15 metri» – chiarisce Baglivo. È per questo che il sistema è adatto per fare componenti di grandi dimensioni: micro pale eoliche, scafi di barche, dime e maschere per la produzione di parti di aerei.
Progetto di auto personalizzata, realizzato da Gas Monkey Garage in collaborazione con Titans of cnc Machining e Caracol AM. I grandi mock-up stampati in 3D possano accelerare lo sviluppo del prodotto nell’industria automobilistica, dal design del concetto all’adattamento e alla produzione.
Quanto al piano stampa, Caracol ne ha creati vari modelli, che possono essere personalizzati nelle dimensioni per adattarsi alle diverse necessità. Questi piani possono avere una struttura in alluminio con pannelli intercambiabili, che li rende flessibili. Grazie a una semplice superficie piana o a un supporto speciale, rimangono stabile durante il lavoro. Oppure, avere un letto in acciaio inossidabile garantisce rigidità, protezione dalla corrosione e longevità. Il letto automatico brevettato da Caracol, poi, è progettato per bloccare e scaricare i pezzi senza bisogno di un operatore. Questo sistema assicura una produzione automatizzata con pezzi stabili. La struttura a doghe in alluminio consente l’aderenza del primo strato. Alla fine di ogni ciclo di stampa, il letto ruota e rilascia autonomamente il pezzo stampato, il che è utile per una produzione continua.
Grazie al sistema di alimentazione automatizzata, è possibile fornire materiale alla macchina senza interruzioni. Questo sistema collega direttamente l’estrusore a un dispositivo che mantiene costante l’apporto di pellet di materiale durante tutta la stampa, evitando che si debbano fare operazioni manuali che potrebbero fermare la macchina. I pellet vengono conservati a una giusta umidità e temperatura e poi essiccati per garantire le prestazioni e qualità.
Il progetto DeremCo
1) Il progetto e i soci
Il socio Afil Caracol AM partecipa, in qualità di partner, al progetto europeo DeremCo, che intende dar vita ad una soluzione sistemica, intersettoriale e orientata alla domanda nel contesto dell’Economia Circolare. Esso si basa sull’interazione tra le comunità locali e regionali, e mira a portare benefici all’ambiente, all’industria, ai consumatori ed alla società europea.
Avviato a dicembre 2022, DeremCo ha una durata di 36 mesi e un budget totale pari a 12,6 milioni di euro (con un contributo dell’Ue di 8,8 milioni).
2) Le sfide da superare
Poiché i compositi sono costituiti da diverse materie prime che possono essere difficili da separare, il demanufacturing di tali materiali può essere complesso e costoso. Inoltre, alcuni compositi possono contenere materiali tossici o dannosi per l’ambiente, il che rende ancora più difficile e delicato il loro trattamento. Queste sfide richiedono soluzioni innovative e tecnologie specializzate per consentire il recupero efficace dei materiali dai compositi, garantendo nel contempo la sicurezza e l’efficienza del processo.
3) Le due procedure di demanufacturing
Per soddisfare le richieste di produzione, vengono implementate due procedure: il recupero (demanufacturing) meccanico e ritrattamento ibrido, e quello termochimico a ritrattamento tessile.
«Il primo consiste nel “macinare” il materiale e portarlo alle dimensioni adatte al singolo processo» – dichiara Baglivo; «quanto al secondo, «coinvolge l’applicazione di sostanze chimiche specifiche per sciogliere o separare i materiali presenti nell’oggetto: in particolare, separando la resina epossidica, si ottiene una fibra molto pulita».
Secondo Baglivo, «entrambe le tecniche devono essere utilizzate per soddisfare sia i requisiti tecnici che gli obiettivi commerciali. Il trattamento meccanico richiede meno energia rispetto a quello termochimico, ma quest’ultimo può essere più complesso e a volte non riesce a garantire le prestazioni necessarie per i prodotti target. Allo stesso modo, le applicazioni devono essere selezionate in base alle caratteristiche distintive dei due tipi di riprocessamento considerati in questo progetto».
4) Cosa si è fatto finora
«Nel primo anno del progetto, il consorzio ha lavorato sulla creazione di catene industriali che permettano il riutilizzo delle fibre di rinforzo di componenti usati per creare nuovi materiali compositi. Un aspetto importante del progetto è stato lo sviluppo e il test di metodi per trattare correttamente i materiali di scarto provenienti dalle pale eoliche smantellate, dai tessuti tecnici e dai compositi utilizzati nell’aviazione. Questi settori richiedono la creazione di processi di recupero per garantire il riutilizzo dei materiali, favorendo così l’economia circolare», dichiara Baglivo.
5) Il ruolo di Afil
Nell’ambito del progetto, Afil è responsabile delle attività di disseminazione e comunicazione dei risultati nell’ottica di massimizzare l’impatto di DeremCo a livello industriale, garantire l’allineamento con le tendenze e le politiche dell’Unione Europea ed aumentare la competitività e l’integrazione dell’ecosistema regionale attraverso le Open Call lanciate nell’ambito del progetto (la prima delle quali nell’aprile 2024).
6) Il caso dimostrativo
Il caso dimostrativo portato avanti da Caracol riguarda l’utilizzo industriale di fibre ottenute da pale eoliche riprocessate a fine vita che possono essere inserite in compound con materiali di matrice polimerica sempre riciclati, per produrre strumenti basati su Fgf (un processo di stampa 3D in cui un granulo di materiale termoplastico viene fuso e depositato strato dopo strato per creare un oggetto tridimensionale) per l’industria manifatturiera e altri beni.
«Noi proponiamo, in particolare, l’impiego di materiali innovativi per produrre stampi che servono per la laminazione di pale eoliche. Quanto alla procedura di demanufacturing, attualmente nel progetto è stato utilizzata quella meccanica, ma sperimentiamo anche quella chimica. Il nostro sistema produttivo di stampa 3D è peraltro molto meno energivoro di quelli tradizionali per realizzare stampi», afferma Baglivo.
Secondo Baglivo sono necessari ancora due anni «perché il progetto di demanufacturing e upcycling di fibre di vetro possa raggiungere una scala industriale. È necessario sostenere le catene del valore cui si sta dando vita tramite DeremCo. Tra i partner, segnalerei Enel Green Power e il Politecnico di Milano».
