Rivestimento laser di rulli di pressatura e rulli di stampa
I rulli di pressatura nell'industria della stampa e della carta sono sottoposti a pressione superficiale, attrito e agenti chimici costanti. L'usura della superficie dei rulli comporta una perdita di qualità dell'immagine stampata, un aumento dei costi di manutenzione e fermi di produzione non programmati. Il rivestimento laser offre un approccio fondamentalmente nuovo per la protezione superficiale di questi componenti sottoposti a sollecitazioni elevate. EMAG LaserTec fornisce sistemi di produzione chiavi in mano che consentono il rivestimento industriale in serie dei rulli di pressatura con la massima sicurezza di processo.
Quali sono le sfide che devono affrontare i rulli di pressatura nell'industria della stampa e della carta?
I rulli e i cilindri nelle macchine da stampa, per la carta e per l'imballaggio devono presentare una qualità superficiale uniforme su tutta la loro lunghezza. Anche minime variazioni nella topografia o nella rugosità si ripercuotono direttamente sulla densità di stampa, sul trasferimento dell'inchiostro e sull'omogeneità del prodotto finale.
Allo stesso tempo, le superfici dei rulli sono sottoposte a sollecitazioni enormi: elevate pressioni lineari tra le coppie di rulli, usura abrasiva causata dai nastri di carta e cartone, contatto con inchiostri da stampa, solventi, soluzioni alcaline e acque di lavaggio, nonché sollecitazioni termiche alternate durante il funzionamento continuo. I processi di rivestimento convenzionali come la cromatura dura o la spruzzatura termica raggiungono i loro limiti in queste condizioni, sia per la limitata resistenza alla corrosione, le microfratture o l'adesione insufficiente al materiale di base.
A ciò si aggiunge la pressione normativa: il regolamento europeo REACH limita sempre più l'uso di composti di cromo (VI) nei processi galvanici. Gli operatori e i produttori di macchine da stampa necessitano quindi di soluzioni di rivestimento che siano più efficienti, durevoli, resistenti alla corrosione e allo stesso tempo a prova di futuro.
Come funziona il rivestimento laser dei rulli di pressatura?
Nel rivestimento laser, un raggio laser focalizzato viene diretto sulla superficie rotante del rullo. Nella zona di fusione che si crea in questo modo viene introdotta in modo mirato una polvere metallica o un filo, che viene fuso e saldato al materiale di base. Il risultato è uno strato funzionale privo di pori e crepe, che presenta un legame ad adesione con il corpo del rullo.
Il processo di rivestimento avviene in un unico passaggio lungo l'intera lunghezza del rullo. L'ottica di processo si muove parallelamente all'asse del rullo mentre il pezzo ruota, in modo simile al principio di funzionamento di un tornio. Grazie al controllo preciso della potenza del laser, dell'avanzamento e dell'alimentazione della polvere, lo spessore dello strato, la durezza e la topografia della superficie possono essere adattati esattamente alla rispettiva applicazione.
Una caratteristica essenziale del processo è l'apporto di calore estremamente limitato. Il carico termico si concentra a pochi decimi di millimetro sotto la superficie. In questo modo la struttura e la precisione dimensionale del corpo del rullo rimangono invariate – un fattore decisivo nel caso di rulli lunghi e a pareti sottili, che reagiscono in modo sensibile alla deformazione.
Perché il rivestimento laser è superiore alla spruzzatura termica per i rulli?
La spruzzatura termica – ad esempio il processo HVOF – è affermata da anni nell'industria della stampa e della carta. Gli strati così prodotti offrono una buona durezza e resistenza all'abrasione. Tuttavia, il processo presenta dei punti deboli intrinseci che assumono sempre più importanza nelle applicazioni esigenti dei rulli.
Adesione del rivestimento e resistenza alla fatica
I rivestimenti applicati mediante spruzzatura termica aderiscono al materiale di base tramite aggancio meccanico. Sotto carico ciclico – come quello a cui sono sottoposti i rulli di pressatura in funzionamento continuo – questo legame può subire affaticamento. La conseguenza è il distacco del rivestimento, il cosiddetto spalling. Le superfici rivestite al laser, invece, sono legate metallurgicamente al substrato. Questo legame saldato resiste anche a milioni di cicli di carico senza rischio di delaminazione.
Sfruttamento del materiale ed economicità
Nella spruzzatura termica, fino al 40% del materiale di rivestimento utilizzato va perso sotto forma di overspray. Nel rivestimento laser, l'efficienza del materiale supera il 95%. Per i produttori e gli operatori di rulli ciò significa: minore impiego di materie prime, meno scarti e costi di rivestimento inferiori per metro quadrato di superficie.
Porosità e densità superficiale
I rivestimenti applicati mediante spruzzatura termica presentano, per caratteristiche intrinseche del processo, una certa porosità residua. Attraverso questi micropori, inchiostri da stampa, solventi o umidità possono penetrare nel materiale di base e causare corrosione sottostante. Il rivestimento laser produce strati completamente densi e privi di pori, che fungono da barriera sigillata contro gli agenti chimici.
Quali concetti di macchina offre EMAG per il rivestimento laser dei rulli?
ELC 1500 LMD ed ELC 2700 LMD – Rivestimento di alberi fino a 2,7 metri
La serie EMAG ELC LMD è stata sviluppata appositamente per il rivestimento di pezzi lunghi a simmetria rotazionale. La struttura della macchina si basa su una testa motrice con azionamento, una contro-punta elettrica e un sistema di posizionamento ad alta precisione per l'ottica di processo. L'alimentazione della polvere o del filo, la sorgente laser, l'unità di raffreddamento e l'estrazione sono completamente integrate nel concetto dell'impianto.
Dati tecnici della serie ELC LMD:
| Parametri | ELC 1500 LMD | ELC 2700 LMD |
|---|---|---|
| Lunghezza del pezzo massima | 1.500 mm | 2.700 mm |
| Diametro del pezzo massimo | 1.000 mm | 1.000 mm |
| Peso del pezzo massimo | 2.000 kg | 2.000 kg |
| Materiali di riempimento | Polvere o filo | Polvere o filo |
Questa piattaforma di macchine copre la gamma di dimensioni tipica dei rulli di pressatura nell'industria della stampa e della carta. Per dimensioni speciali, EMAG sviluppa soluzioni specifiche per l'applicazione su richiesta.
Sensori integrati e monitoraggio del processo
La qualità del rivestimento viene monitorata durante l'intero processo tramite sistemi di sensori integrati. Questa tecnologia proviene dalla produzione in serie di dischi freno ed è stata adattata per il rivestimento dei rulli. Lo spessore dello strato, la distribuzione della temperatura e la stabilità del processo vengono rilevati continuamente e, se necessario, regolati automaticamente.
Per quali tipi di rulli è adatto il rivestimento laser?
Il processo è adatto a componenti a simmetria rotazionale con elevati requisiti in termini di protezione dall'usura, resistenza alla corrosione e finitura superficiale. Nell'industria della stampa e della carta, ciò riguarda una vasta gamma di tipi di rulli.
01.
Rulli di pressatura e rulli di calandratura
Nelle sezioni di pressatura e nelle calandre, i rulli vengono fatti scorrere l'uno contro l'altro con un'elevata pressione lineare. La superficie deve essere allo stesso tempo dura, liscia e resistente alla corrosione. I rulli rivestiti al laser soddisfano tutti e tre i requisiti in un unico strato funzionale.
02.
Rulli di trasferimento dell'inchiostro e rulli retinati
I rulli che trasferiscono inchiostro, vernice o colla richiedono una topografia superficiale definita. Il rivestimento laser crea uno strato di base omogeneo che funge da base ideale per la successiva incisione laser o strutturazione meccanica.
03.
Rulli di essiccazione e rulli riscaldanti
Nelle sezioni di essiccazione si registrano temperature fino a 200 °C e oltre. Le sollecitazioni termiche alternate, in combinazione con umidità e sostanze chimiche, sottopongono la superficie dei rulli a notevoli sollecitazioni. Lo strato laser legato metallurgicamente resiste a queste condizioni senza staccarsi dal materiale di base.
04.
Rulli di guida e rulli di rinvio
Anche i rulli sottoposti a un stress meccanico minore traggono vantaggio dal rivestimento laser, in particolare se utilizzati in ambienti corrosivi, ad esempio nelle zone umide delle macchine per la produzione di carta o negli impianti dell'industria dell'imballaggio , dove vengono impiegati detergenti e disinfettanti aggressivi.
Quali vantaggi offre il rivestimento laser in particolare per le applicazioni su rulli?
- Qualità uniforme del rivestimento su lunghezze elevate: Gli impianti di rivestimento laser EMAG lavorano rulli e onde fino a 2.700 mm di lunghezza con diametri fino a 1.000 mm. I sistemi di sensori integrati monitorano il processo di rivestimento in tempo reale e garantiscono uno spessore e una qualità costanti del rivestimento su tutta la lunghezza del rullo – un requisito fondamentale per risultati di stampa impeccabili.
- Ridotto fabbisogno di lavorazione successiva: Le superfici ottenute con il rivestimento laser sono uniformi e lisce già allo stato grezzo. Il successivo processo di levigatura serve principalmente a regolare il diametro finale e la rugosità superficiale richiesta. Non sono necessarie costose operazioni di rifinitura, il che riduce notevolmente il tempo di lavorazione complessivo di un rullo.
- Ampia scelta di materiali: A seconda del profilo di requisiti del rullo, sono disponibili diversi materiali di rivestimento. Le leghe a base di nichel offrono un'eccellente protezione dalla corrosione in ambienti chimicamente aggressivi. Le leghe a base di cobalto combinano elevata durezza e resistenza alle temperature. Le leghe a base di ferro con carburi incorporati raggiungono la massima resistenza all'usura. La scelta del materiale viene concordata con il cliente in base alle specifiche condizioni operative.
Domande frequenti sul rivestimento laser dei rulli di pressatura
- È possibile rivestire i rulli esistenti con il processo laser?
- Quali rugosità superficiali è possibile ottenere?
- Come si comporta il rivestimento in caso di sollecitazioni termiche alternate?
- In che modo il rivestimento laser influisce sulla precisione dimensionale del rullo?
- Per quali dimensioni del lotto è economicamente vantaggioso questo processo?
Sì, il rivestimento laser è adatto sia per il rivestimento di nuovi rulli che per il ripristino di quelli usurati. I vecchi rivestimenti esistenti vengono rimossi prima del processo laser, dopodiché il nuovo strato funzionale viene applicato direttamente sul corpo del rullo. Il legame metallurgico con il materiale di base garantisce la stessa qualità dello strato di un primo rivestimento.
Grazie al basso apporto di calore durante il rivestimento laser, si forma uno strato con tensioni interne minime. Il legame metallurgico con il materiale di base assicura che il rivestimento non si stacchi dal substrato anche in caso di cicli termici ripetuti. La spruzzatura termica offre in questo caso meno sicurezza, poiché il legame meccanico può affaticarsi sotto carico termico alternato.
L'apporto di calore durante il rivestimento laser è così basso che non si verifica alcuna deformazione misurabile sul corpo del rullo. Questo è un vantaggio fondamentale, soprattutto per i rulli lunghi e a pareti sottili, rispetto a processi con un maggiore apporto di energia termica come la spruzzatura al plasma.
Gli impianti di rivestimento laser EMAG sono progettati sia per pezzi singoli che per la produzione in serie. Grazie all'elevato grado di automazione e ai tempi di ciclo brevi, l'impianto si ammortizza già con quantità medie di pezzi. Per le aziende che offrono il rivestimento dei rulli come servizio, il processo apre inoltre nuovi settori di attività.
