Il Portalampada

L'attacco per lampada fluorescente è un dispositivo utilizzato per condurre l'elettricità ad una lampada fluorescente e per sostenere la lampada nel suo alloggiamento. Il prodotto comprende quattro parti: la base isolante (A), la piastra rotante (B), il coperchio (C) e i contatti elettrici sagomati (1) (Figura 23). La custodia è composta dalla base isolante e dal coperchio ed è realizzata in Policarbonato (PC). Il Policarbonato, date le sue proprietà di isolante elettrico e di termoresistenza, viene utilizzato principalmente per applicazioni elettriche ed elettroniche al fine di garantire la sicurezza dei dispositivi e il rispetto delle norme in tale ambito di applicazione. La piastra rotante della presa è invece realizzata in Polibutilene tereftalato (PBT) per isolare i contatti elettrici realizzati in rame o in materiale metallico rivestito di rame. La presenza di sostanze chimiche nell’ ambiente di installazione può creare seri problemi al materiale plastico dei portalampade. In generale i portalampade in policarbonato sono installati in ambienti con presenza di sostanze chimiche (es.

idrocarburi alogenati, fenili eteri, oli, acidi grassi vegetali e animali, etc.) possono verificarsi problemi di infragilimento e rotture. I portalampade in PBT (versione a richiesta) possono rappresentare una valida alternativa a quelli standard in policarbonato, quando devono essere installati in ambienti con presenza di sostanze chimiche. Il PBT, infatti, è caratterizzato da un’eccellente resistenza a diverse tipologie di sostanze chimiche grazie anche ad una temperatura massima di funzionamento (140°C) superiore a quella del Policarbonato (110°C). I raggi UV emessi dalle lampade fluorescenti possono modificare, con il passare del tempo, l’aspetto estetico (es. cambio di colore) e le caratteristiche meccaniche (es.

infragilimento, rotture) di ganci o accessori plastici a diretto contatto con le lampade stesse.

Pertanto, è di fondamentale importanza che il costruttore di apparecchi di illuminazione mantenga, nelle vicinanze di ganci o accessori plastici a diretto contatto con le lampade

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fluorescenti (es. ferma lampada), la temperatura più bassa possibile. La temperatura massima raccomandata è 80 °C.

Figura 26 Portalampada originale (Fonte: Atzeni et al.,2010)

I due contatti vengono collocati nella base isolante prima del montaggio degli altri tre componenti. La piastra rotante è composta da due metà semicircolari (2) che sono collegate da un aggancio ad U (3). Due piccole borchie sulla base della piastra rotante consentono di fissarla all’interno della base isolante. Una volta posizionata, la piastra può ruotare di 90 gradi per raggiungere la posizione operativa che garantisce la trasmissione della corrente e per semplificare la procedura di sostituzione della lampada fluorescente. Due perni (4) nella parte inferiore della piastra permettono di mantenere la stessa in posizione operativa in quanto si abbinano ad apposite guide (5) sul lato interno del coperchio. La chiusura del coperchio è garantita da un gancio (6) sulla parte superiore della base isolante e da un sistema di aggancio a scatto a sbalzo (7) sul lato opposto. I contatti (1) possono essere derivati o non derivati a seconda dell'uso necessario in fase di installazione. Se i contatti sono derivati, sono costituiti da un unico pezzo di rame mentre se non derivati sono necessari due contatti di rame per realizzare il portalampada. In questo caso di studio prendiamo in considerazione il portalampada non derivato che è costituito da due diversi contatti in rame. Esistono diversi

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tipi di portalampade in base al tipo ed alla dimensione delle lampade fluorescenti che devono ospitare, ciò nonostante il principio di funzionamento e costruzione e del tutto simile in tutti i casi, cambiano solo le dimensioni dei portalampada stessi. La particolare forma di questi oggetti nasce dall’esigenza di fissarli nel luogo di utilizzo e dalla necessita di adattarsi alle spine bi-pin utilizzate nei tubi fluorescenti (Figura 24).

Figura 27 Esempio di tubo fluorescente con attacco bi-pin

Al fine di comprendere meglio come è composto l’assieme in analisi, viene presentata al lettore una distinta base (Figura 25) di quelli che sono i componenti necessari per realizzare il portalampada.

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Portalampada

Custodia Contatti (2)

Base

isolante Coperchio Piastra

rotante

Pellets di

PC Pellets di

PBT Laminati di

rame LIVELLO

0

1

2

3 Pellets di PC

Figura 28 Distinta base del Portalampada prodotto con tecniche tradizionali

Il portalampade in analisi viene oggi prodotto esclusivamente secondo tecniche tradizionali che vedono l’utilizzo di complessi e costosi macchinari. I tre componenti della custodia sono prodotti tramite stampaggio a iniezione utilizzando pellet di plastica per alimentare la macchina. I pellet vengono portati a fusione e tramite una tramoggia vengono iniettati in uno stampo appositamente realizzato per il design del prodotto finito. Vengono poi espulsi dallo stampo e trasporti alla successiva fase dall’operatore addetto. I contatti elettrici sono realizzati mediante stampaggio a freddo a partire da laminati di rame tramite presse e stampi appositamente realizzati per rispettare le specifiche di progetto. A causa dell'economie di scala produttive e della manodopera necessaria per l'assemblaggio del prodotto finale, i portalampade sono prodotte principalmente in Asia e in particolare in Cina. Il design di questo assieme è stato rivisto nello studio (Atzeni, Iuliano, Minetola, & Salmi, 2010) con tecniche di design volte a sfruttare appieno le capacità della produzione mediante additive manufacturing (Figura 26); queste tecniche prendono il nome di Design For Rapid Manufacturing (DFRM). Con il nuovo design il portalampada può essere prodotto in un unico oggetto finito con le stesse dimensioni e caratteristiche di quello tradizionale senza però la necessità di assemblare le diverse componenti della custodia (Figura 28). La nuova

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custodia necessita ancora della possibilità di aprirsi per il montaggio dei contatti elettrici e per la manutenzione in fase di utilizzo, ma in questo caso la copertura è collegata alla base per mezzo di una cerniera e non è più ad incastro. La piastra rotante è integrata nella base isolante ed è dotata di una scanalatura circolare che la fissa nella giusta posizione, ma ne permette anche la corretta rotazione. La funzione dei perni è sostituita da due borchie poste sul lato interno della piastra rotante, mentre le sedi corrispondenti si trovano all’interno della base isolante. In questo modo la presa è più compatta e resistente. Il coperchio è stato ridotto nella sua estensione verticale: solo la parte superiore della base isolante, contenente l'alloggiamento per i contatti elettrici, viene tenuta aperta. La chiusura a scatto è stata spostata al bordo inferiore perché la parte inferiore del coperchio originale è stata integrata nella base isolante. Sono state mantenute le borchie laterali sulla copertura per assicurare la corretta chiusura. Per quanto riguarda il collegamento tra base e coperchio è stata scelta una cerniera per consentire l'apertura e chiusura del portalampada.

Figura 29 Portalampada riprogettato con tecniche DFRM (Fonte: Atzeni et al.,2010)

Per la produzione dell’assieme tramite additive manufacturing gli autori dello studio (Atzeni, Iuliano, Minetola, & Salmi, 2010) hanno selezionato la tecnica di sinterizzazione laser selettiva (SLS) dato il suo equilibrio tra costo e precisione del processo. Due macchine sono state analizzate nella stima dei costi di produzione, la EOS P390 e la EOS P730; la prima è risultata più conveniente dal punto di vista economico per il caso di studio selezionato. Data la normativa vigente, l'oggetto è costituito da Poliammide ignifugo (PA 2210 FR) per

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ritardare la propagazione delle fiamme dovute al surriscaldamento e rispettare così le norme di sicurezza previste per i dispositivi di questo tipo. Il PA 2210 FR è una poliammide fornito sotto forma di polvere dall’azienda EOS alla quale vengono aggiunti ritardanti di fiamma ed è privo di alogeni. Dal confronto tra i costi di produzione tramite tecniche tradizionali (stampaggio a iniezione) e tramite additive manufacturing (SLS), gli autori evidenziano una quantità produttiva (Break Even Point BEP) per cui le tecniche additive risultano più vantaggiose rispetto a quelle tradizionali. Si possono produrre fino a 87000 portalampade tramite stampa 3D avendo un vantaggio economico produttivo rispetto alle tecniche tradizionali; per volumi superiori lo stampaggio a iniezione risulta più vantaggioso. Lo studio però si concentra solo sugli aspetti produttivi senza considerare quelli logistici che potrebbero influenzare positivamente nella scelta dell’adozione di tecniche additive. In questo elaborato verrà considerato come cambia il BEP individuato dal momento che molte voci di costo relative alla produzione tramite stampa 3D sono cambiate nel corso degli anni.

Un nuovo studio (Tiwari, Pande, Agrawal, & Bobade, 2015) ha migliorato ulteriormente il design del portalampada utilizzando l'approccio Value Engineering (VE) per ottimizzare il prodotto finito senza compromettere la funzionalità, con conseguente risparmio di materiali e costi (Figura 27). Questo approccio misura il valore di un prodotto tramite il rapporto tra le sue funzionalità e il suo costo, per aumentare il valore di un prodotto si può agire o aumentandone le funzionalità o riducendone i costi di produzione. In questo caso gli autori hanno ridotto i costi di produzione creando un design che richiedesse l’impiego di meno materia prima possibile; garantendo però l’integrità e la robustezza del prodotto. L’assieme riprogettato è anche esso fabbricato mediante un processo SLS e con lo stesso materiale PA 2210 FR. La massa totale del portalampada rivisto risulta di 3,06 g a fronte dei 9 g dello stesso oggetto ottenuto tramite stampaggio a iniezione. Lo studio prosegue con un analisi dei costi di produzione che risultano ridotti grazie alla riprogettazione dell’assieme, si passa dal costo di 1.19 $ al pezzo stimato dallo studio di Atzeni (Atzeni, Iuliano, Minetola, &

Salmi, 2010) al costo di 1.15 $ al pezzo.

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Figura 30 Portalampada riprogettato con tecniche VE (Fonte: Sunil Kumar Tiwari et al.,2015)

Con il nuovo design la distinta base è ridotta ed anche le operazioni di montaggio sono ridotte a causa della produzione di un pezzo unico tramite additive manufacturing. L'unica operazione di montaggio ancora necessaria consiste nell'inserimento dei contatti elettrici nella custodia e nella chiusura della custodia stessa. Gli autori dello studio stimano che il tempo necessario per le operazioni di assemblaggio con il nuovo design sia pari ad un terzo di quello necessario per l’assemblaggio del portalampada prodotto con tecniche tradizionali (Atzeni, Iuliano, Minetola, & Salmi, 2010).

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Portalampada

Custodia Contatti (2)

Polvere di

PA Laminati di

rame

LIVELLO

0

1

2

Figura 31 Distinta base del Portalampada prodotto tramite additive manufacturing

L'obiettivo di questo lavoro è quello di analizzare l’impatto dell’additive manufacturing sulla supply chain destinata alla produzione dell’assieme in materiale polimerico individuato dal supporto portalampade analizzato nello studio precedente (Atzeni, Iuliano, Minetola, &

Salmi, 2010). L’analisi ed il confronto verranno effettuati utilizzando il modello Supply Chain Operations Reference (SCOR); ciò al fine di individuare la configurazione AS-IS della catena logistica in esame e di confrontarla con una possibile configurazione TO-BE che veda l’impiego di tecniche additive per la produzione.

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