Il gruppo tedesco RuhrBot Labs ha presentato 2K-Buddy, un sistema da banco sviluppato per miscelare e dosare materiali bicomponenti impiegati nella costruzione di prototipi, nel modellismo, nella produzione di stampi e nella realizzazione di piccole serie. Il progetto punta a trasferire in un dispositivo compatto alcune funzioni che, nei sistemi industriali, vengono normalmente affidate a impianti di dosaggio più grandi, complessi e costosi.
Un’apparecchiatura pensata per resine, siliconi e poliuretani
I materiali bicomponenti sono formati da due sostanze separate, comunemente indicate come componente A e componente B. Quando vengono unite nel rapporto previsto dal produttore, avviano una reazione chimica che porta all’indurimento del materiale. Questa categoria comprende numerose resine epossidiche, resine poliuretaniche, siliconi, adesivi strutturali e composti utilizzati per inglobare o proteggere componenti elettronici.
La corretta proporzione tra i due componenti è essenziale. Una quantità eccessiva o insufficiente di uno dei due elementi può provocare un indurimento incompleto, superfici appiccicose, variazioni della durezza, deformazioni, riduzione della resistenza meccanica o differenze tra un pezzo e quello successivo.
Nel lavoro manuale, l’operatore deve calcolare il rapporto di miscelazione, stimare il volume necessario, pesare o misurare separatamente i componenti e amalgamarli all’interno di un contenitore. A queste operazioni si aggiungono il trasferimento del composto nello stampo e la pulizia degli strumenti utilizzati. Il procedimento può risultare adeguato per lavorazioni occasionali, ma diventa meno efficiente quando occorre ripeterlo più volte o mantenere condizioni costanti tra diversi getti.
Il problema degli sprechi nella preparazione manuale
Prima di ogni colata è necessario stabilire quanto materiale preparare. Una stima troppo bassa può interrompere il riempimento dello stampo, mentre una quantità troppo elevata produce residui che, dopo l’avvio della reazione, non possono essere recuperati. Per ridurre il rischio di rimanere senza materiale, gli operatori tendono quindi a preparare una quantità superiore a quella teoricamente richiesta.
Secondo RuhrBot Labs, questa prassi genera sprechi di resina, bicchieri contaminati, utensili da pulire e una maggiore esposizione dell’area di lavoro ai componenti liquidi. Gli sviluppatori spiegano di avere incontrato personalmente questi problemi durante attività di modellismo, prototipazione e fabbricazione digitale, fino a evitare in alcuni casi il processo di colata nonostante fosse adatto al progetto da realizzare.
Come dovrebbe funzionare 2K-Buddy
2K-Buddy è descritto da RuhrBot Labs come un sistema compatto per la miscelazione e l’erogazione controllata di materiali bicomponenti. Nei filmati dimostrativi pubblicati dal gruppo, l’operatore avvia il dispositivo, si collega all’applicazione di controllo, imposta il rapporto tra i componenti, prepara i contenitori del materiale e avvia l’erogazione direttamente nello stampo.
In questo modo il dispositivo dovrebbe occuparsi di prelevare le due sostanze, dosarle nella proporzione programmata e convogliarle verso il punto di uscita. L’obiettivo è ridurre le misurazioni manuali e rendere più ripetibili le operazioni, soprattutto quando devono essere eseguite diverse colate con la stessa formulazione.
La possibilità di modificare il rapporto di miscelazione è un elemento importante perché i materiali bicomponenti non adottano tutti la stessa proporzione. Alcuni prodotti richiedono rapporti vicini a 1:1, mentre altri possono prevedere quantità molto diverse tra base e catalizzatore. Il rapporto può inoltre essere espresso in peso oppure in volume: una distinzione che deve essere verificata sulla scheda tecnica del materiale prima di configurare qualsiasi sistema automatico.
Controllo tramite applicazione integrata
RuhrBot Labs indica che 2K-Buddy comprende un’applicazione dedicata al controllo delle operazioni. L’interfaccia dovrebbe consentire di definire almeno il rapporto tra i componenti e di gestire il processo di erogazione. Questo approccio può rendere il sistema più accessibile a laboratori, fab lab, progettisti e modellisti che non dispongono di esperienza con gli impianti industriali di dosaggio.
Al momento della presentazione non risultano però pubblicate tutte le specifiche definitive. Non sono ancora stati comunicati in modo completo parametri come la portata minima e massima, la precisione di dosaggio, la viscosità gestibile, la quantità minima erogabile, le dimensioni dei contenitori, la compatibilità chimica delle parti a contatto con il fluido e le modalità previste per la pulizia del circuito.
Dalla singola colata alle piccole serie
Il progetto non sembra destinato alla produzione industriale ad alta velocità. RuhrBot Labs presenta 2K-Buddy come uno strumento per la prototipazione e le piccole serie, dove la flessibilità può essere più importante della produttività oraria. Tra le applicazioni possibili rientrano la duplicazione di modelli, la produzione di componenti in resina, il riempimento di stampi in silicone, la fabbricazione di elementi decorativi e l’incapsulamento di piccoli dispositivi elettronici.
Un dosaggio più controllato può essere utile anche per riprodurre più volte uno stesso pezzo. Nella miscelazione manuale, variazioni nella quantità, nel tempo di agitazione o nel metodo di versamento possono modificare il risultato finale. L’automazione non elimina le caratteristiche specifiche del materiale, ma può limitare alcune delle differenze introdotte dall’operatore.
Un possibile complemento alla stampa 3D
Il collegamento con la manifattura additiva riguarda soprattutto la produzione di stampi e modelli master. Una parte può essere progettata in CAD e stampata in 3D, per poi essere utilizzata come modello per la realizzazione di uno stampo in silicone. Lo stampo permette quindi di ottenere copie in resina poliuretanica o epossidica senza dover stampare ogni esemplare.
Questa combinazione può essere conveniente quando servono piccole serie di pezzi con superfici, materiali o proprietà difficili da ottenere direttamente con una stampante 3D. Il dosaggio automatizzato dei materiali bicomponenti può inserirsi tra la preparazione dello stampo e la colata, rendendo più ordinato il passaggio dalla produzione additiva alla replicazione del componente.
Le differenze rispetto agli impianti industriali
Nel settore professionale sono già disponibili apparecchiature che miscelano e dosano resine e adesivi bicomponenti. Aziende come Nordson EFD, Fritz Giebler GmbH e Graco propongono sistemi destinati a lavorazioni industriali, assemblaggio, incollaggio, incapsulamento elettronico, produzione di guarnizioni e trattamento di poliuretani o siliconi.
Questi impianti possono comprendere pompe volumetriche, controlli della pressione, serbatoi di grande capacità, allarmi legati al tempo di lavorabilità, programmi memorizzabili e sistemi di lavaggio. Il sistema 2-K-DOS di Fritz Giebler GmbH, per esempio, è configurabile per resine epossidiche, poliuretani e siliconi e, a seconda della versione, può memorizzare diversi programmi di dosaggio. Si tratta però di una macchina industriale del peso indicativo di 35 chilogrammi, con contenitori da diversi litri e portate molto superiori a quelle presumibilmente richieste da un laboratorio maker.
Il posizionamento di RuhrBot Labs appare quindi differente: proporre una macchina da tavolo più semplice, destinata a quantità ridotte e utilizzabile in spazi nei quali un impianto industriale sarebbe sovradimensionato. Per valutare la reale distanza in termini di prezzo e prestazioni sarà comunque necessario attendere la pubblicazione delle specifiche definitive.
La gestione della miscelazione e del tempo di lavorabilità
Dopo l’unione dei componenti, il materiale rimane utilizzabile solo per un periodo limitato, indicato spesso come pot life o tempo di lavorabilità. Alcune formulazioni consentono diversi minuti per completare la colata, mentre altre iniziano a reagire in tempi più brevi. La velocità di miscelazione e di erogazione deve quindi essere adeguata alle caratteristiche del prodotto.
Anche il sistema di miscelazione riveste un ruolo centrale. Nei dispositivi professionali possono essere utilizzati miscelatori statici, nei quali i due fluidi vengono amalgamati attraversando una serie di elementi interni, oppure sistemi dinamici con parti in movimento. Graco sottolinea che, in alcune applicazioni con poliuretani espansi e siliconi, il controllo dell’energia trasferita durante la miscelazione contribuisce a determinare l’uniformità del composto.
RuhrBot Labs non ha ancora pubblicato informazioni sufficienti per stabilire quali tecnologie saranno adottate nella versione commerciale di 2K-Buddy o quali elementi dovranno essere sostituiti dopo ogni utilizzo. La gestione del materiale residuo nel punto di miscelazione sarà uno degli aspetti da osservare, perché il composto indurito può ostruire il percorso di erogazione.
Sviluppo iniziato nel 2024
Dietro RuhrBot Labs operano due sviluppatori che dichiarano competenze nei settori della tecnologia industriale, dell’automazione, della robotica, delle macchine CNC, del modellismo e della manifattura additiva. Il lavoro su 2K-Buddy è iniziato all’inizio del 2024 e ha portato alla costruzione di diverse generazioni di prototipi.
Il gruppo afferma di avere eseguito numerose prove di colata per verificare il funzionamento della macchina e migliorare il flusso operativo. I video disponibili mostrano un prototipo funzionante, ma non permettono ancora di considerare definitive la configurazione meccanica, l’interfaccia o le caratteristiche dell’unità che sarà proposta ai sostenitori.
Il passaggio attraverso Kickstarter
RuhrBot Labs sta preparando una campagna di finanziamento su Kickstarter. Alla data dell’annuncio, la pagina risultava ancora in modalità di anteprima e la raccolta non era stata avviata. Non erano quindi disponibili il prezzo delle diverse configurazioni, l’obiettivo economico, il calendario di produzione e la data prevista per le prime consegne.
Gli sviluppatori intendono utilizzare Kickstarter non soltanto come strumento di finanziamento, ma anche per raccogliere osservazioni da maker e potenziali utilizzatori. Questo confronto potrebbe influire sulla definizione delle funzioni, degli accessori e delle modalità di utilizzo della versione destinata alla produzione.
Come per qualsiasi progetto finanziato tramite crowdfunding, il prototipo dimostrato non equivale a un prodotto già disponibile sul mercato. Prima di una valutazione concreta sarà opportuno conoscere il livello di maturità del progetto, lo stato della certificazione, la disponibilità dei ricambi, le condizioni di assistenza e la compatibilità con le diverse famiglie di materiali.
Gli aspetti tecnici ancora da chiarire
La proposta di RuhrBot Labs risponde a un problema concreto, ma la sua utilità dipenderà da alcuni dati che non sono stati ancora comunicati. Tra questi figurano la precisione effettiva del rapporto di miscelazione, il comportamento con fluidi molto viscosi, il volume minimo dosabile e la possibilità di utilizzare contenitori di materiali commerciali senza travasi complessi.
Saranno importanti anche i costi dei componenti consumabili, il tempo richiesto per cambiare materiale, la procedura di pulizia e le misure adottate per impedire la contaminazione tra formulazioni diverse. Un laboratorio che alterna resine, siliconi e poliuretani deve infatti considerare sia la compatibilità chimica delle tubazioni sia l’eventuale necessità di circuiti separati.
Fonte: RuhrBot Labs; Nordson EFD; Fritz Giebler GmbH.
Un altro elemento sarà la sicurezza. Le schede tecniche e le schede di sicurezza dei produttori di resine possono prescrivere guanti, occhiali, ventilazione e specifiche condizioni di conservazione. L’automazione del dosaggio può ridurre alcuni contatti accidentali e limitare i travasi, ma non sostituisce le precauzioni richieste per il materiale utilizzato.
Un progetto da valutare dopo la pubblicazione delle specifiche
2K-Buddy propone di colmare lo spazio esistente tra la miscelazione completamente manuale e le apparecchiature industriali. Per maker, laboratori di prototipazione, modellisti e piccole officine, un sistema compatto potrebbe ridurre i calcoli ripetitivi, gli sprechi e la quantità di utensili da pulire.
Il valore effettivo del dispositivo dipenderà però dal prezzo, dalla precisione, dalla compatibilità con i materiali disponibili sul mercato e dalla semplicità di manutenzione. La campagna Kickstarter di RuhrBot Labs dovrebbe fornire gli elementi necessari per capire se 2K-Buddy potrà diventare uno strumento pratico per le piccole produzioni oppure resterà una soluzione adatta a un numero limitato di applicazioni.
