Quando tutti gli altri materiali non riescono

In tutto il mondo maxon è famosa per gli azionamenti ad alta precisione ma non molti sanno che l'azienda ha un proprio reparto di stampaggio a iniezione per ceramica e metalli che non produce solo mandrini in ceramica ma anche componenti speciali per le case orologiere e l'industria della musica. La ceramica è un materiale eccellente per rinforzare i riduttori: per questo, 20 anni fa maxon ha fondato il proprio reparto di stampaggio a iniezione di polvere. Oggi alcuni dei componenti in ceramica prodotti qui sono utilizzati persino per ottimizzare l'esperienza di ascolto degli amanti della musica.

Questo spazio dedicato è grande motivo di orgoglio per il reparto. Andreas Philipp, responsabile del reparto di stampaggio a iniezione di polvere di maxon, si precipita verso le pareti costruite di recente, apre la porta e indica l'unica macchina nel locale: un dispositivo laser per la lavorazione di componenti in ceramica dura. Quest'ultimo acquisto è in grado di tagliare la ceramica con una precisione di 2 micron, spiega Philipp. Lavorare elementi elastici con uno spessore delle pareti di 17 micron eseguendo al contempo misurazioni di precisione: è questo il modo in cui il reparto si mantiene all'avanguardia fornendo ancora più velocemente ai clienti i componenti di precisione.

Ceramica per una maggiore vita utile

Probabilmente le persone che sanno che maxon dispone di un proprio reparto di stampaggio a iniezione sono pochissime. Dopo tutto l'azienda è conosciuta per i micromotori che consentono il funzionamento delle applicazioni sia su Marte che qui sulla Terra, dai robot chirurgici ai sistemi di automazione da laboratorio alle macchine per tatuatori.

Oltre agli azionamenti di precisione, maxon produce anche unità di comando, encoder e in particolare riduttori. Per alcune applicazioni, questi devono essere rinforzati o, per essere più precisi, lo devono essere i singoli componenti dei riduttori, come ruote, assi o portaplanetari. La ceramica è particolarmente adatta per questo tipo di aggiornamenti, in fondo il materiale è più resistente alle sostanze chimiche e alle fluttuazioni di temperatura rispetto all'acciaio ed è anche molto dura. Gli assi in ceramica prolungano significativamente la vita utile di un riduttore, soprattutto per gli azionamenti utilizzati con funzionamento start-stop. Per questo, circa vent'anni da, maxon ha iniziato a produrre i propri componenti in ceramica. Circa 45 dipendenti lavorano attualmente nel reparto di stampaggio a iniezione, tra di essi vi sono sviluppatori, ingegneri applicativi, esperti di qualità e addetti alla produzione.

Andreas Philipp, responsabile del reparto di stampaggio a iniezione presenta un mandrino in ceramica.

Dal motore al mandrino

Gli esperti di stampaggio a iniezione di polvere fanno parte della sede di produzione di riduttori speciali di maxon a Sexau, nel sud della Germania. Circa metà dei componenti prodotti dal reparto viene utilizzata negli azionamenti maxon. I mandrini in ceramica per gli azionamenti lineari sono particolarmente ricercati per le caratteristiche di funzionamento e la resistenza all'usura. “Siamo l'unica azienda in grado di proporre ai clienti un motore, un riduttore e un mandrino in ceramica da un unico fornitore,” dichiara Andreas Philipp. Lo sviluppo e la produzione di componenti di precisione in ceramica non sono economici: i processi sono complessi e la lavorazione di materiale duro richiede utensili diamantati o, come detto sopra, macchine laser. Per questo la ceramica viene solitamente scelta solo per esigenze molto specifiche che non possono essere soddisfatte utilizzando altri materiali più tradizionali. O per dirla diversamente: "La ceramica viene utilizzata quando tutti gli altri materiali falliscono."

Nei processi di lavorazione di materiali duri, i componenti in ceramica vengono smerigliati e sabbiati con una precisione che consente di ottenere tolleranze micrometriche.

Due giorni nella fornace

Il processo di produzione inizia con un granulato, chiamato anche materiale di base. Contiene una certa quantità di adesivo in modo che il materiale possa essere inizialmente pressato negli stampi. Dopo che i componenti sono usciti dalla macchina di stampaggio a iniezione, possono essere già leggermente lavorati. Tuttavia non hanno ancora molto in comune con i prodotti in ceramica finiti. Sono chiamati "pressati" e sono fragili, si rompono facilmente e sono molto più grandi del prodotto finale. Sono necessari altri passaggi prima che acquisiscano le eccezionali caratteristiche della ceramica industriale. Prima l'adesivo viene rimosso con un processo chimico. Quindi i componenti vengono inviati alla fornace per una sinterizzazione di due giorni a 1500 °C. Durante questo processo si restringono fino al 30 percento.

Questa perdita di volume è difficile da calcolare, soprattutto quando l'obiettivo è mantenere le tolleranze entro intervalli micrometrici. Per questo, dopo la sinterizzazione, molti componenti vengono sabbiati per ottenere le tolleranze richieste. Alcuni componenti richiedono una semplice lucidatura prima di essere pronti per la spedizione.

Lucidatura finale dopo la sinterizzazione per conferire una superficie liscia ai componenti in ceramica.

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Rapida produzione di prototipi

I vantaggi offerti dalle speciali proprietà della ceramica hanno portato maxon a produrre molto di più dei semplici componenti per riduttori. I prodotti realizzati comprendono inoltre ugelli in miniatura per l'automazione industriale, nottolini per orologi e persino custodie per cuffie. Queste ultime sono state prodotte per anni da maxon e si ritiene che incidano positivamente sulla qualità del suono. A differenza delle custodie in metallo, sono resistenti ai graffi e mantengono a lungo una gradevole lucentezza.

I principi di base dello stampaggio a iniezione di polvere sono rimasti fondamentalmente gli stessi nel corso degli anni. Tuttavia, qualcosa è cambiato. Secondo Andreas Philipp, la lavorazione dei pressati subirà una riduzione in futuro. Invece, le semplici forme di base verranno stampate e poi lavorate con attrezzature high-tech fino a ottenere la forma perfetta. “In questo modo i clienti ricevono il prototipo molto prima,” afferma Andreas Philipp. I piccoli lotti possono essere pronti per la spedizione più velocemente. Quello che non è cambiato è il fascino dello stampaggio a iniezione di polvere che viene ancora avvertito dai lavoratori. "Ogni lavoro è diverso, la routine non esiste. La ceramica è un materiale estremamente impegnativo. Questo la rende così interessante."