Un approfondimento sui trend più attuali di innovazione e ricerca che impattano sul settore delle produzione e utilizzo dei beni strumentali per le lavorazione del tubo.
Il settore della lavorazione dei tubi metallici in Italia è sempre stato molto attivo e popolato da molte aziende. Un punto di partenza importante per conoscere lo stato dell’arte del settore in Italia, da un punto di vista delle tecnologie, è costituito dal White Paper pubblicato da Tecniche Nuove nel 2020, intitolato “Le lavorazioni del tubo metallico: tecnologie e applicazioni”, ottenibile facilmente a questo LINK.
In questa sede cercheremo di capire quali sono i trend più attuali di innovazione e ricerca che impattano sul settore della produzione e utilizzo dei beni strumentali per la lavorazione del tubo metallico.
Le innovazioni non possono che essere guidate dalle applicazioni e dai mercati principali del tubo metallico, che sono:
- Automotive, cioè produzione di auto, motocicli e veicoli industriali.
- Architettura e costruzioni, cioè produzione di tubolari per le costruzioni.
- Arredamento e design, cioè elementi per arredi metallici e per oggetti di uso domestico.
- Ingegneria energetica, cioè tubazioni per impianti termotecnici sia domestici sia industriali.
- Impiantistica industriale, elementi di tubazione per i diversi settori dell’industria chimica, farmaceutica, alimentare ecc.
- Attrezzature sportive, componenti tubolari di solito a sezione non circolare per macchine da esercizio sportivo.
Tra gli esempi suddetti, i due mercati che più di ogni altro stanno vivendo una trasformazione per via della cosiddetta “transizione verde”, sono quello dei veicoli, per via della progressiva elettrificazione, e quello dell’ingegneria energetica domestica (le caldaie), per via del progressivo abbandono delle caldaie a gas.
In entrambi questi settori quindi si assisterà a un progressivo abbandono dei combustibili fossili per far posto ad alimentazioni puramente elettriche.
La rivoluzione elettrica
Le innovazioni sono tipicamente guidate dai più importanti di questi settori, in primo luogo l’automotive. Il settore automobilistico è da sempre uno dei più importanti clienti per i costruttori di macchine utensili. Esiste infatti una forte correlazione tra la produzione di autoveicoli e il consumo di macchine utensili.
In questo settore si assiste a una vera e propria rivoluzione elettrica. Le previsioni più credibili stimano che nel 2025 verranno prodotti circa 100 milioni di autoveicoli nel mondo, e di questi il 18% sarà elettrico (EV).
Quali impatti sta avendo adesso e potrà avere in futuro il re-design delle vetture elettriche sul mondo del tubo?
In prima analisi, la gran parte delle vetture elettriche presenti sul mercato sono e sembrano dei veicoli tradizionali, però elettrificati.
Il concept generale della vettura elettrica non è dissimile da quello delle vetture a trazione endotermica, eccezion fatta ovviamente per il sistema di propulsione e i relativi alloggiamenti.
Tutti gli altri gruppi funzionali sono grosso modo inalterati e dunque la quantità di elementi tubolari presenti nel veicolo non dovrebbe risentirne particolarmente.
Tuttavia, ci sono alcune innovazioni che possono avere un impatto decisivo su tutto il settore.
Ad esempio, è noto che la parte posteriore della scocca della Tesla Model Y è realizzata in un unico componente pressofuso in alluminio, contro una produzione tradizionale che prevede poco meno di un centinaio di componenti in acciaio.
Se questa soluzione si diffonde, l’impatto non sarà soltanto sulle macchine per il tubo, ma su tutta la meccanica collegata all’automotive.
Un’altra inevitabile riduzione sarà sulla produzione di tubi in acciaio inox (o titanio) per la gestione dei gas combusti (tubi di scappamento, marmitte). Se non si brucerà più carburante, non sarà necessario espellere i gas combusti.
La produzione dei sedili, che al momento vede un notevole impiego di strutture tubolari, non dovrebbe cambiare in maniera significativa, a meno che un domani non ci fideremo così tanto della guida autonoma che invece di sederci a guardare la strada ci sdraieremo a rimirare il tetto panoramico.
Le tubazioni per il condizionamento del veicolo e il raffreddamento della propulsione subiranno forse modifiche, ma certo se prima si raffreddava con un radiatore il motore, adesso si dovrà fare lo stesso, anzi forse di più, con la batteria. In funzione strutturale, è noto che il tubo si comporta meglio delle lamiere in funzione anti-intrusione, sia lateralmente (nelle portiere) sia frontalmente.
Per questo motivo è prevedibile che i componenti tubolari anti-intrusione saranno in futuro più numerosi e anche più grossi degli attuali, perché i veicoli elettrici pesano di più e anche perché il pacco batterie è posto sotto al veicolo, dunque non offre alcuna protezione contro l’intrusione dentro l’abitacolo, ad esempio, di un palo stradale oppure di un altro veicolo.
Passando agli effetti della rivoluzione elettrica nel settore del riscaldamento, si vede che nel passaggio dalla tradizionale caldaia a gas all’elettrificata pompa di calore cambiano solitamente le dimensioni. Si assiste a un tendenziale aumento delle dimensioni dei dispositivi.
Questo comporta che i tubi saranno probabilmente più grandi in diametro e in spessore. Nell’ingegneria energetica industriale, uno scenario futuribile potrebbe vedere una crescita del settore dell’idrogeno, con un aumento della domanda di valvole, connessioni e tubazioni per il trasporto di tale gas, poiché il potenziale di utilizzo nell’industria è enorme.
Il mercato ha una dinamica molto elevata e non esiste uno standard europeo per l’idrogeno per la sicurezza degli impianti.
A pressione atmosferica, l’idrogeno si liquefa solo a una temperatura di -253°C. Inoltre, nella progettazione delle valvole e nella scelta del materiale, è necessario tenere conto dell’infragilimento da idrogeno che molti materiali possono subire.
Nell’elettrolisi, oltre all’idrogeno, devono poi essere trattati anche i trasporti e la gestione di acqua e ossigeno. Pertanto, gli impianti sono molto diversi tra loro per quanto riguarda i requisiti di pressione, temperatura e gestione dei fluidi.
Come cambia la lavorazione del tubo
È difficile definire un ciclo tecnologico tipico, adatto a tutti i campi applicativi. In termini di prodotti finiti occorre prima di tutto operare alcune distinzioni di natura geometrica.
I cicli di produzione, infatti, si differenziano a seconda che i componenti tubolari finali siano ad asse rettilineo o provvisti di curve; inoltre occorre distinguere tra prodotti tubolari a sezione costante e prodotti a sezione variabile.
Il ciclo tecnologico più semplice e breve è quello dei tubi ad asse rettilineo e sezione costante. Essi, infatti, richiedono soltanto operazioni (eventuali) di foratura, taglio o filettatura, che generalmente servono a consentire le successive operazioni di assemblaggio.
In questo caso il componente ha generalmente un valor aggiunto relativamente basso, e nella progettazione del ciclo produttivo occorre privilegiare la velocità di esecuzione delle operazioni.
Le macchine dedicate al taglio e alla foratura laser del tubo trovano in questo ambito applicativo una collocazione naturale.
Il taglio laser del tubo, operando quasi in assenza di forze meccaniche (il quasi è riferito alla pressione che il gas di assistenza esercita sul tubo) si presta bene alla lavorazione senza la necessità di dispositivi di serraggio troppo rigidi e senza rischi di deflessione o ovalizzazione del tubo.
Quando il componente finito possiede un asse non rettilineo e/o ha una sezione non costante, è indispensabile eseguire una o più operazioni di formatura. Se le operazioni di formatura sono molto severe, ad esempio se sono presenti curve molto strette oppure bruschi cambi di sezione trasversale, il tubo in uscita dal processo di saldatura dopo la profilatura deve essere necessariamente ricotto.
La ricottura ha il duplice compito di ridurre significativamente la discontinuità metallurgica indotta dalla linea di saldatura, ma anche di far recuperare a tutto il materiale, anche lontano dalla saldatura, una formabilità sufficiente per le lavorazioni successive.
Non esiste un ciclo tecnologico tipico ed è dunque piuttosto difficile generalizzare su quale sarà l’impatto della transizione verde sulle tecnologie di lavorazione.
Tuttavia, alcuni trend comuni emergono dalle considerazioni precedenti. È probabile che nel futuro aumenteranno le lavorazioni di:
- tubi con geometrie più complesse e a sezione non circolare e non uniforme;
- materiali nuovi e di minore lavorabilità;
- tubi di diametro e spessore più elevato.
Rispetto alla sezione del tubo, ai profili tondi, quadri e rettangolari si aggiungeranno, non solo in impiego strutturale, profili ovali o a sezione irregolare.
Numerosi tubifici propongono infatti un’ampia scelta di sezioni speciali e alcuni offrono anche prodotti speciali a disegno del cliente.
I profili speciali pongono qualche difficoltà in più nella realizzazione di tagli e saldature, per la necessità di inseguire traiettorie fortemente non lineari, e generalmente inducono tolleranze di lavorazione meno precise.
La complessità geometrica, ad esempio, richiederà da lavorazioni con attrezzature più dedicate, sagomate sulla specifica geometria in lavorazione. Questo significa che utensili e attrezzi dovranno essere prodotti in maggior numero e più rapidamente.
La necessità di avere “rapid tools”, utensili rapidi, comporterà maggiore diffusione di utensili e attrezzi realizzati in materiali di facile fresabilità (alluminio, tecnopolimeri) oppure prodotti tramite tecnologie additive.
Per ovviare alla necessità di attrezzi dedicati, si assisterà probabilmente a un aumento delle tecnologie flessibili, come ad esempio le lavorazioni laser CNC o la curvatura a raggio variabile.
È ipotizzabile anche la ripresa di tecnologie oggi in declino, come l’idroformatura di tubi, che consente di ottenere pezzi tubolari a sezione non uniforme con relativa semplicità.
Anche in termini di automazione, un profilo speciale pone problemi aggiuntivi, ad esempio in fase di riconoscimento, da parte di un manipolatore, della posizione dell’oggetto.
In definitiva
La novità e probabile minore formabilità dei materiali, che devono essere più alto-resistenziali per via dei maggiori carichi da sopportare nelle nuove applicazioni, porranno problemi certamente di maggiore difficoltà nella messa a punto e nel setup dei processi, specialmente quelli di deformazione.
In questo ambito è pertanto auspicabile una più diffusa e più profonda conoscenza tra gli operatori del settore delle caratteristiche meccaniche dei materiali e dei suoi risvolti sulla lavorabilità.
Infine, il passaggio a tubi di diametro e spessore sempre più elevati comporterà un aumento della taglia media delle macchine ma soprattutto avrà riflessi sui sistemi di alimentazione dei materiali, con la progressiva riduzione dei sistemi a caricamento delle macchine da rotolo e un corrispondente aumento dei sistemi a caricamento da tubo singolo in discreto, come avviene già adesso per i tubi strutturali.
Questo renderà sempre più utile la disponibilità di magazzini automatici dei semilavorati tubolari, ad esempio in configurazione a torre, anche per ridurre spazio di occupazione in pianta all’interno dei reparti.
