Un serbatoio soffiato che cede sulla saldatura, una scocca stampata che si deforma al primo carico, un laminato in vetroresina che delamina dopo poche ore di servizio: nella maggior parte dei casi il difetto non nasce dal materiale ma da uno spessore di parete diverso da quello di progetto. Sui pezzi in polimero lo spessore governa insieme rigidezza, tenuta, comportamento al ritiro e tempo di ciclo, e una variazione di due o tre decimi in una nervatura basta a spostare il punto di rottura. Il collaudo dimensionale tradizionale, però, raramente arriva dove serve: i punti critici sono interni, nascosti, o raggiungibili solo tagliando il pezzo.
Per questo come misurare spessore di materie plastiche e compositi è una domanda di metodo prima che di strumento. Due sono le vie praticabili. Quando il bordo del pezzo si può abbracciare, il comparatore a gola profonda misura per contatto diretto, con lettura assoluta e nessuna dipendenza dal materiale. Quando è accessibile un solo lato, si passa all’ultrasuono a impulso-eco, che ricava lo spessore dal tempo di volo dell’onda nel materiale e richiede quindi di conoscerne la velocità del suono.
Nel primo caso lo strumento di riferimento è il Kaefer JD 200, comparatore digitale con gola da 200 mm, campo 0-30 mm e risoluzione 0,01 mm, con tastatori intercambiabili e forza di misura contenuta. Nel secondo il Dakota PZX1-DL, spessimetro monocristallo con sonde ad alta frequenza pensate per i polimeri, velocità del suono impostabile e datalogger interno per la mappatura del pezzo.
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Perché lo spessore di parete decide la tenuta del pezzo stampato
La grandezza che conta non è lo spessore medio ma quello minimo, e questo si trova sempre negli stessi posti. A fine flusso, dove il materiale arriva per ultimo e la pressione di mantenimento è più bassa, la parete si assottiglia. Nei raggi di raccordo e alla base delle nervature il materiale si distribuisce in modo disuniforme e compaiono sia assottigliamenti sia accumuli, questi ultimi responsabili di risucchi e ritiri differenziali. Le zone di ristagno, dove il fronte di flusso rallenta, e le linee di saldatura del flusso, dove due fronti si ricongiungono attorno a un inserto o a un foro, sono punti di debolezza strutturale anche a spessore nominale corretto. Nei corpi soffiati e nei serbatoi il minimo si colloca negli spigoli. La mappa dei punti da misurare si costruisce sul percorso di riempimento, non a caso.
Come misurare spessore di materie plastiche e compositi punto per punto
La procedura parte dalla scelta del metodo in funzione dell’accessibilità. Con il bordo raggiungibile e spessori entro il campo del comparatore si misura per contatto: si azzera lo strumento, si porta il tastatore sul punto e si ripete tre volte la lettura. Con un solo lato accessibile si usa l’ultrasuono, e qui la sequenza è vincolante. Si monta una sonda monocristallo ad alta frequenza, perché i polimeri attenuano fortemente il segnale e una sonda per acciaio non restituisce eco utile. Si applica accoppiante in strato sottile e uniforme. Poi si tara la velocità del suono su uno spezzone dello stesso materiale, misurato prima meccanicamente con il comparatore o con un micrometro: mai su valore di tabella, perché nei polimeri la dispersione fra formulazioni e cariche è ampia. Solo dopo la calibrazione si passa al pezzo.
Letture anomale, delaminazioni e vuoti: riconoscere il difetto
Sui compositi e sui polimeri caricati l’ultrasuono restituisce spesso valori che non sono spessori. Una lettura molto inferiore all’atteso, stabile e ripetibile spostando appena la sonda, indica quasi sempre un’interfaccia interna che riflette prima della parete di fondo: una delaminazione fra strati, un vuoto o una bolla di aria intrappolata in laminazione. Una lettura instabile, che salta fra due valori o scompare, segnala porosità diffusa o disaccoppiamento della sonda. Il criterio operativo è semplice: qualunque valore inferiore al nominale va confermato spostando la sonda di pochi millimetri e verificando la coerenza con i punti attorno. Se il minimo resta isolato in un’area circoscritta è un difetto interno, se accompagna un gradiente regolare è un vero assottigliamento di parete. Confondere i due casi porta a scartare pezzi buoni o, peggio, ad accettarne di delaminati.
Laminati sandwich e vetroresina: quando serve la trasmissione diretta
Nei laminati in vetroresina e nelle strutture sandwich con anima in schiuma o nido d’ape l’impulso-eco da un solo lato incontra un’interfaccia dopo l’altra e il segnale si perde prima di raggiungere la faccia opposta. In questi casi la via praticabile è la trasmissione diretta, con due sonde contrapposte sulle due facce del laminato: si misura il tempo di attraversamento e si ricava lo spessore complessivo, accettando di perdere l’informazione sui singoli strati. La taratura va rifatta sul laminato specifico, perché frazione di fibra e orientamento cambiano la velocità del suono. Va inoltre considerato che nei polimeri la velocità dipende in modo marcato dalla temperatura e dal grado di cristallinità: un pezzo appena estratto dallo stampo, o rientrato dal magazzino esterno, restituisce valori sistematicamente diversi. Il pezzo si misura a temperatura ambiente stabilizzata, dopo lo stesso condizionamento usato per il campione di taratura.
Rispetto al taglio del pezzo: cosa si guadagna e cosa resta da fare
Il riferimento assoluto resta il sezionamento: si taglia il pezzo, si misura la sezione al proiettore di profili e si ottiene il valore vero. Ma distrugge il pezzo e non è ripetibile in produzione. Il comparatore a gola profonda offre lettura assoluta e indipendente dal materiale, con l’unico limite dell’accesso al bordo, e va usato con forza di misura contenuta e tastatore a punta sferica per non marcare le superfici a vista. L’ultrasuono monocristallo raggiunge qualunque punto da un solo lato e permette di mappare decine di posizioni sullo stesso pezzo, al prezzo di una taratura corretta. La prassi più solida combina i tre metodi: mappatura a ultrasuoni, controllo a comparatore sui bordi accessibili, sezionamento periodico di un pezzo come verifica della taratura.
Per il quadro completo dei metodi, delle tolleranze e degli strumenti applicabili, consulta la pagina di approfondimento Spessore di materie plastiche e compositi.
Prodotti utilizzati in questa applicazione
SPESSIMETRI A CONTATTO KAEFER
Kaefer JD 200
Comparatore digitale a gola profonda, campo 0-30 mm, risoluzione 0,01 mm, gola da 200 mm per raggiungere punti interni di scatole e stampati. Tastatori intercambiabili piani o sferici e forza di misura contenuta per non marcare i materiali teneri.
SPESSIMETRI A ULTRASUONI DAKOTA NDT
Dakota PZX1-DL
Spessimetro monocristallo dedicato a plastiche e compositi, con sonde ad alta frequenza per contrastare l’attenuazione dei polimeri. Velocità del suono impostabile e calibrazione su campione noto, datalogger interno e lettura da un solo lato del pezzo.
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