Lo stampaggio a iniezione di Engel nei robot umanoidi

I robot umanoidi stanno rapidamente passando dai laboratori di ricerca alle applicazioni industriali. La sfida, però, non riguarda solo software e intelligenza artificiale: per arrivare alla produzione in serie servono soluzioni hardware capaci di garantire componenti leggeri, precisi e durevoli su larga scala. Le tecnologie utilizzate nello sviluppo dei prototipi, come la lavorazione CNC e la stampa 3D, non sono infatti facilmente scalabili ai volumi e ai costi richiesti dalla futura produzione industriale. È qui che entra in gioco lo stampaggio a iniezione.

Una transizione già in atto
A differenza dei processi di lavorazione meccanica, lo stampaggio a iniezione consente di produrre componenti complessi con geometrie sofisticate, tolleranze strette e un elevato livello di integrazione funzionale in cicli di pochi secondi anziché di giorni. Il risultato è un processo altamente ripetibile che, con l’aumentare dei volumi, riduce drasticamente il costo unitario. La transizione dal prototipo alla produzione in serie non è più una prospettiva futura: è una realtà che già oggi orienta le scelte progettuali e di approvvigionamento dell’intero settore. Le decisioni relative ai partner tecnologici, ai materiali e al processo di stampaggio a iniezione vengono prese già nelle prime fasi della progettazione e determinano la competitività del prodotto su scala industriale. È qui che l’esperienza maturata da Engel nei più diversi settori applicativi si traduce in un vantaggio concreto.

Il movimento del robot: attuatori e precisione meccanica
Trasformando l’energia in movimento meccanico, gli attuatori rappresentano i muscoli di un robot umanoide e, al tempo stesso, una delle maggiori sfide progettuali ed economiche dell’intero sistema. Ogni articolazione richiede un alloggiamento ad alta precisione, in grado di resistere alle sollecitazioni termiche, mantenere tolleranze dimensionali estremamente ristrette e integrare cuscinetti, sensori e componenti del motore senza compromettere leggerezza e compattezza.

Uno degli sviluppi più promettenti riguarda il sovrastampaggio di statori e rotori. Anziché ricorrere all’isolamento dei pacchi lamellari con carta e alle successive operazioni di assemblaggio, il nucleo metallico viene direttamente sovrastampato con tecnopolimeri ad alte prestazioni, come LCP, PPS o PA46. In un unico componente si integrano così le funzioni di isolamento elettrico, guida degli avvolgimenti, geometria dei poli e interfacce di connessione. Il risultato è un motore più compatto, leggero ed efficiente, caratterizzato da una migliore dissipazione del calore, una maggiore densità di avvolgimento e un processo produttivo notevolmente semplificato. È proprio questa integrazione funzionale a rendere economicamente sostenibile la produzione su larga scala delle motorizzazioni.

In questo contesto, il ruolo dei tecnopolimeri avanzati è determinante. PPS e PA46, entrambi rinforzabili con fibra di vetro fino al 40-50%, garantiscono temperature di esercizio continuo superiori a 150 °C. Gli LCP, invece, consentono di realizzare geometrie a parete estremamente sottile con un’elevata stabilità dimensionale, anche in prossimità di componenti elettronici sensibili e degli avvolgimenti.

Il cuore nascosto del movimento: ingranaggi di precisione
Gli ingranaggi di precisione rappresentano una seconda, e spesso sottovalutata, opportunità per lo stampaggio a iniezione. Realizzati in POM, combinano basso attrito, silenziosità di funzionamento ed elevata resistenza all’usura, tanto da diventare una valida alternativa agli ingranaggi metallici in numerose articolazioni robotiche. Ottenere queste prestazioni richiede però un controllo del fuso estremamente accurato e una ripetibilità molto elevata. Per questa ragione, ENGEL ha sviluppato un’unità di plastificazione ottimizzata per la lavorazione del POM, in grado di garantire, ciclo dopo ciclo, una geometria del dente e una precisione dimensionale costanti.

Grazie all’elevata precisione di iniezione, alla stabilità termica e alla ripetibilità di processo assicurata dalle proprie tecnologie, Engel offre la piattaforma produttiva ideale per realizzare alloggiamenti per attuatori, statori sovrastampati e ingranaggi di precisione. La possibilità di integrare inserti metallici, sedi per cuscinetti o contatti elettrici direttamente nel processo di stampaggio amplia ulteriormente il potenziale di integrazione funzionale e di ottimizzazione dei costi.

Leggerezza ed estetica: l’identità del robot umanoide
La scocca esterna è l’elemento che definisce l’identità di un robot umanoide. Coperture, rivestimenti delle spalle e gusci del corpo devono combinare leggerezza, elevata qualità superficiale e libertà progettuale, mantenendo al contempo la sostenibilità economica richiesta dalla produzione in serie. Il PC-ABS (blend di policarbonato e ABS) rappresenta la scelta ideale per queste applicazioni, grazie alla combinazione tra resistenza meccanica, qualità estetica e flessibilità progettuale richiesta dai componenti di grandi dimensioni.

Per alleggerire questi elementi senza comprometterne le prestazioni, Engel mette a disposizione due tecnologie di schiumatura microcellulare complementari: il processo fisico MuCell e la schiumatura chimica mediante agenti espandenti. Entrambe riducono peso e consumo di materiale, migliorano la stabilità dimensionale e limitano difetti superficiali come i risucchi, preservando la rigidità richiesta dai grandi pannelli di rivestimento. La scelta della soluzione più idonea dipende dalla geometria del pezzo, dai volumi produttivi e dagli obiettivi estetici.

Quando la qualità della superficie assume un ruolo determinante, Engel offre un ampio portafoglio di processi di finitura: dalle tecnologie heat & cool, che consentono di ottenere superfici lucide e prive di imperfezioni visibili, alla tecnologia foilmelt per integrare pellicole decorative e/o funzionali direttamente nel componente, fino all’In-Mold Labeling (IML), che permette di applicare grafiche permanenti e altamente resistenti ai graffi. La combinazione più efficace viene individuata in funzione del design del componente, del livello qualitativo richiesto e dei volumi di produzione.

La vista del robot: integrazione ottica e funzionale
Dietro il volto di ogni robot umanoide si cela una delle sue tecnologie più sofisticate: unità LiDAR, telecamere stereo e altri sensori ottici che gli permettono di interpretare l’ambiente circostante. La maschera frontale che protegge e integra questi sistemi deve quindi soddisfare requisiti apparentemente contrastanti: garantire trasparenza ottica e trasmissione del segnale nelle aree dedicate ai sensori, offrendo nel contempo resistenza agli urti, stabilità dimensionale e un’elevata qualità estetica nelle restanti zone.

Questa combinazione di requisiti rende le maschere frontali un’applicazione ideale per lo stampaggio a iniezione bicomponente (2K). Tra i materiali più indicati, troviamo il PC (policarbonato), che assicura robustezza e qualità estetica alla struttura portante, e il PMMA (acrilico), che garantisce la trasparenza ottica necessaria alle finestre delle telecamere e dei LiDAR. L’integrazione dei due materiali avviene direttamente nello stampo, in un unico ciclo produttivo, eliminando operazioni successive di assemblaggio o incollaggio.

Per questa applicazione, le presse a iniezione a due piani Engel della serie duo equipaggiate con tavola rotante rappresentano una soluzione particolarmente efficace. Il substrato viene stampato nella prima stazione, quindi lo stampo ruota e il secondo materiale viene iniettato all’interno della stessa unità di chiusura. Questo processo garantisce elevata precisione e ripetibilità nella produzione di componenti bicomponente con requisiti ottici complessi, combinando qualità, efficienza e produttività su scala industriale.

Il sistema nervoso del robot: connessioni e miniaturizzazione
In ogni robot umanoide, centinaia di connettori miniaturizzati, supporti per sensori e alloggiamenti per schede elettroniche garantiscono la connessione e la protezione dei sistemi interni. I polimeri a cristalli liquidi (LCP) rappresentano oggi uno dei materiali di riferimento per connettori ad alta frequenza e componenti elettronici miniaturizzati: consentono infatti di realizzare componenti a parete estremamente sottile (pochi decimi di millimetro), mostrano un’elevata resistenza alla saldatura per rifusione (reflow) e assicurano un’eccellente integrità del segnale alle alte frequenze. Caratteristiche che li rendono ideali per raggiungere i livelli di miniaturizzazione richiesti dalle architetture robotiche di nuova generazione. Grazie a decenni di esperienza nella lavorazione degli LCP per connettori ed elementi destinati all’elettronica, Engel dispone delle competenze tecnologiche necessarie per affrontare queste applicazioni ad alta precisione. Le presse a iniezione full electric, abbinate a un controllo estremamente accurato della velocità di iniezione, consentono di produrre componenti microelettronici a parete ultrasottile con elevata qualità e ripetibilità. L’impiego di stampi multicavità rende inoltre economicamente sostenibile la produzione in grandi volumi, anche per componenti dalle dimensioni estremamente ridotte.

A completare la gamma dei materiali dedicati all’elettronica del robot troviamo PPS, PEI e PA6T/PA9T, impiegati per alloggiamenti di sensori, sistemi di distribuzione dell’energia e coperture per le batterie. Si tratta di applicazioni che richiedono una combinazione di ritardo alla fiamma, stabilità dimensionale e isolamento elettrico: requisiti che rendono i tecnopolimeri avanzati una valida alternativa ai metalli, garantendo al contempo una significativa riduzione del peso.

Il tatto del robot: materiali e tecnologie per una nuova destrezza
La capacità di manipolare oggetti con una destrezza simile a quella umana rappresenta una delle sfide più complesse della robotica umanoide. Segmenti delle dita, cuscinetti tattili, articolazioni flessibili e punte dotate di sensori richiedono materiali in grado di combinare rigidità strutturale, elasticità controllata e capacità di integrazione funzionale. Una combinazione resa possibile dallo stampaggio a iniezione multicomponente in un unico processo produttivo.

Le tecnologie di stampaggio bicomponente (2K) e multimateriale Engel consentono di combinare nello stesso ciclo substrati strutturali rigidi – tipicamente PA12, PA6 o POM (particolarmente adatto per elementi di scorrimento a basso attrito e ingranaggi di precisione) – con il sovrastampaggio di polimeri soft come TPU o TPE. Questa soluzione elimina operazioni di assemblaggio successive, migliora l’adesione tra i materiali e permette di realizzare geometrie con funzionalità complesse, difficilmente ottenibili con componenti separati.

Per applicazioni che richiedono una sensazione tattile simile a quella della pelle e delle superfici biocompatibili, la tecnologia del silicone liquido (LSR) Engel permette di produrre componenti in silicone ad alta precisione e privi di bave. La combinazione di stabilità termica, flessibilità e facilità di pulizia rende il materiale particolarmente adatto alla realizzazione di polpastrelli e superfici di presa. Inoltre, grazie al sovrastampaggio di sensori e inserti funzionali è possibile integrare direttamente nel componente stampato le tecnologie tattili necessarie alla rilevazione del contatto, avvicinando sempre più la sensibilità del robot a quella umana.

Dalla precisione alla scalabilità
La sfida della robotica umanoide non è solo progettare componenti avanzati, ma renderli affidabili, ripetibili ed economicamente sostenibili su larga scala. È qui che competenze su materiali, macchine, processi e automazione diventano decisive. Grazie alla propria esperienza nello sviluppo di soluzioni avanzate per lo stampaggio a iniezione, Engel contribuisce a trasformare le innovazioni della robotica umanoide in applicazioni industriali reali.