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Bibliografia
[1] Sergio Pivato, Andrea Gilardoni – “Elementi di economia e gestione delle imprese”, 2001, Paragrafo 5.4 - Le politiche tecnologiche e la ricerca e sviluppo pag. 249÷273.
[2] Edward De Bono - “Using the power of lateral thinking to create new ideas”, 1992, The McQuaig Group Inc.
[3] Mario Figini - “Fare ricerca per conoscere il cliente”, Collana Guide per l’Azienda, 1998, Il Sole 24Ore.
[4] Antonio G. Busacca - “Costruire la fedeltà”, Collana Guide per l’Azienda, 1998, Il Sole 24Ore.
[5] Zocchi, Sinagra, Leone, “Il controllo di qualità nella produzione di laminati sottili di leghe di alluminio: un fattore fondamentale per il loro sviluppo tecnologico e applicativo”, 1998, Alluminio Magazine n. 7/8.
[6] Sinagra, Castelli, Petti - “Alluminio in cucina: igiene e qualità”, 1993, Rivista AL, Anno V, n. 48.
[7] Sinagra, Zocchi - “La verniciatura di nastri in lega di alluminio destinati alla produzione di contenitori semirigidi per alimenti: garanzie di igiene, qualità, estetica e riciclabilità”, 1996, Converter, n. 51.
[8] C. Sinagra - “Customer relationship management: l’esperienza del gruppo Laminazione Sottile”, 2000, Settimana Europea per la Qualità, II Università, Facolta di Economia, Capua.
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Teoria e pratica. Il percorso progettuale che ha portato alla nascita di Alumir® è nato da una profonda revisione del modello tradizionale del processo innovativo, del ruolo e del significato di ricerca industriale. Ecco i risultati ottenuti dal Gruppo Laminazione Sottile.
Ciro Sinagra
Il miglioramento continuo (kaizen) delle prestazioni dei prodotti e dei processi nella realizzazione di imballaggi destinati al contenimento e alla conservazione di alimenti rappresenta, insieme all’innovazione tecnologica (re-ingegnerizzazione del processo), un’arma a disposizione delle aziende per vincere la sfida economica della competitività.
Questa dinamica ha imposto una revisione del modello tradizionale del processo innovativo, del ruolo e del significato di ricerca industriale [1].
L’approccio empirico, utilizzato per anni dalle aziende come sistema di sviluppo interno delle tecnologie, si dimostra oggi indispensabile ma non sufficiente per perseguire le esigenze di cambiamento costanti. Si rende quindi necessario per l’azienda un approccio più scientifico e conoscitivo, così da essere pienamente consapevole delle conseguenze derivanti dalla variazione dei vari parametri di processo per il miglioramento e la risoluzione dei problemi legati al prodotto. Bisogna, infatti, distinguere l’ampiezza delle conoscenze (in funzione del numero di tecnologie che l’azienda ha maturato) dalla profondità delle conoscenze (che è invece legata alla maturazione delle stesse): la relazione tra l’ampiezza e la profondità delle conoscenze traccia il profilo del patrimonio tecnologico aziendale.
Progettare l’innovazione
Con lo scopo di mostrare praticamente il percorso progettuale di un’innovazione, viene illustrato il progetto che ha portato la R&D del gruppo Laminazione Sottile alla realizzazione di nastri e fogli di alluminio e sue leghe, accoppiati a un film PET metallizzato, la cui caratteristica principale è l’imbutibilità, senza riduzione della lucentezza.
Il progetto, protetto nel processo e nelle applicazioni da brevetto, rappresenta un’idea rivoluzionaria nella produzione di capsule destinate all’industria cosmetica/farmaceutica e dei liquori, nonché nella produzione di contenitori alimentari (rigidi o semirigidi) per la conservazione di cibi caratterizzati da una lunga shelf-life (1).
Diverse sono le tecniche messe in campo dalle aziende per dare soluzione a un problema importante o per innovare un certo prodotto. Si può ricorrere all’ormai tradizionale brainstorming, formando un gruppo di lavoro focalizzato su una certa problematica, nell’ambito del quale tutti possono palesare le proprie opinioni liberamente, per arrivare poi a sintetizzare le considerazioni migliori. Tale metodo, buono per la risoluzione di problemi specifici, non risulta di grande efficacia quando si tratta di inventare un prodotto completamente nuovo, profondamente diverso da quello tradizionale.
Migliori risultano le tecniche di creatività introdotte da Edward De Bono [2], ideatore di quel “pensiero laterale” (Lateral Thinking), che non seguono un ragionamento logico consequenziale a blocchi ma usano il “brain-sailing” (veleggiare con il pensiero) attraverso un processo “apparentemente illogico” che sfrutta il meccanismo della percezione. In questo caso, la “percezione individuale” deve essere stimolata dalla conoscenza.
Approfondire le tecniche impiegate nella realizzazione dei prodotti, assorbire conoscenze scientifiche, implementare conoscenze su metodi e tecniche di controllo, sono requisiti necessari ad ampliare i propri orizzonti, rafforzando l’intuito.
Un’idea, in pratica...
L’idea dell’Alumir nasce sull’onda di un’esigenza espressa, in particolare da alcuni settori della cosmetica e della liquoreria, in merito alla disponibilità di capsule, ghiere, sovracapsule, micropompe o quant’altro perfettamente lucide.
Per ottenere l’effetto lucido desiderato, allo stato dell’arte, la maggior parte di queste capsule subiscono (dopo imbutitura della lamiera) processi di sgrassaggio, brillantatura chimica, ossidazione anodica profonda ed eventuale elettrocolorazione. Si tratta, in generale, di processi caratterizzati da basse produttività, notevole impatto ambientale, alti costi e, spesso, lunghi tempi di lead-time.
Per contro, l’impiego di laminati lucidi (bright-finish), ottenuti mediante più passaggi di laminazione a freddo con cilindri rettificati con rugosità Ra<0.05 mm, presenta un inconveniente di non poco conto: la capsula, infatti, si opacizza durante i processi di imbutitura in uno o più passaggi (in modo particolare sulle pareti laterali dell’imbutito).
Dalle considerazioni sui materiali in uso e dallo studio dei processi fin qui impiegati, è nata quindi l’idea di accoppiare un film di PET metallizzato (con tecnologia vacuum) alla lamiera in lega di alluminio (con finitura mill-finish), normalmente utilizzata per l’imbutitura di questi prodotti (2).
... da verificare
Dopo aver generato l’idea, la prima cosa da fare è quella di cercare i potenziali acquisitori del prodotto, rilevarne le abitudini di consumo e di acquisto, approfondire le conoscenze sul prodotto per comprenderne eventuali aspetti critici non valutati in precedenza. Quindi è necessario procedere con un concept test [3] che consente di verificare a priori l’accettazione di un’idea imprenditoriale al minimo investimento di risorse e uso di tecnologia.
Di seguito suggeriamo i principali obiettivi da perseguire in un concept-test:
• misurare il gradimento dell’idea;
• misurare l’aderenza dei bisogni ai target di prodotto;
• valutare l’efficienza dell’idea;
• evidenziare le caratteristiche dell’idea ritenute più importanti o di maggiore interesse;
• identificare attese ed eventuali aspetti migliorativi;
• definire il profilo d’immagine del prodotto;
• valutare l’interesse all’acquisto in caso di immissione sul mercato.
Da qui si procede, normalmente, con un product-test, che consente di verificare se il prodotto innovativo risponde ai requisiti del prodotto in uso, se ne rispetti le specifiche e i target attesi.
Le prove preliminari sono da effettuare preferibilmente in ambito aziendale: solo successivamente conviene scegliere un cliente (tra quelli più interessati e più disponibili) per mettere in pratica i pre-test su macchine industriali.
Quindi si procede alla progettazione industriale dell’innovazione valutando, insieme al team di tecnici che partecipano all’iniziativa, l’influenza dei parametri di processo.
Nel caso specifico, si doveva decidere il tipo di accoppiamento da utilizzare; in grado cioè di garantire la massima adesione del film al supporto e sopportare le deformazioni plastiche senza delaminazioni.
L’accoppiamento secco a solvente, con adesivi classici a temperature di 80 - 90 °C non era in grado di assicurare la massima adesione del film al supporto.
Si è optato per una termolacca speciale (studiata in collaborazione con un qualificato fornitore) e un accoppiamento ad alta temperatura 220-230 °C.
I primi test realizzati in laboratorio sono stati incoraggianti: si rendeva però necessaria la creazione di un gruppo di ricerca formato da ingegneri di processo, tecnici di prodotto, tecnici addetti al controllo per stabilire le caratteristiche del processo richieste e studiare le modifiche da apportare all’impianto esistente. Tutto questo tenendo ben presente le caratteristiche dei prodotti finali, gli standard richiesti e pianificando i controlli di processo e di prodotto da effettuare per rendere affidabile, ripetitivo ed economicamente valido il progetto (3).
L’industrializzazione
L’attività di sviluppo comprende la messa a punto del prodotto e del processo di trasformazione industriale in una prospettiva tecnologica e, soprattutto, economica e competitiva. Essa è finalizzata alla predisposizione del prototipo produttivo, del prototipo commerciale del nuovo prodotto e, non di rado, di un impianto ove siano validate le soluzioni tecnologiche finali accolte e siano realizzate quantità sperimentali (campionature) del nuovo prodotto.
Nel caso dell’Alumir si doveva apportare una modifica impiantistica sulla linea di verniciatura coil coating. In pratica era necessario inserire, all’uscita del forno a flottazione (ove avviene l’evaporazione dei solventi contenuti nella lacca e la successiva reticolazione) un gruppo di accoppiamento formato da un aspo motorizzato devolgitore del film di PET (in modo da poter regolare il tiro specifico del film plastico in devolgitura), una serie di rulli riscaldati internamente da olio diatermico in circolazione da una centralina idraulica e un rullo accoppiatore rivestito da un polimero resistente a temperature&Mac179; 260 °C (4).
Processo Alumir
La pianificazione dei controlli, anche sul prodotto finito
La funzione R&D deve vivere in simbiosi con l’Assicurazione Qualità. Solo un efficace e documentato sistema di Qualità è in grado di comunicare, identificare, coordinare e controllare tutte le attività indispensabili a generare un prodotto di qualità. L’obiettivo si focalizza sulla prevenzione dei difetti e la riduzione delle variabilità e dello spreco. Il piano dei controlli deve descrivere come il materiale viene prodotto, esaminato e controllato descrivendo le azioni necessarie a ogni passo del processo e tutti i requisiti richiesti per garantire che tutti gli output delle varie fasi del processo siano sotto controllo (dal ricevimento delle materie prime, passando per la fase centrale e per finire con la spedizione). Per la produzione dell’Alumir sono state create delle fiche di controllo per l’accettazione delle materie prime: alluminio, film, termolacca adesiva e una check-list per i controlli da effettuare sul prodotto accoppiato (5).
Tra i controlli sul metallo (oltre ai classici che mirano a verificare le caratteristiche chimico-meccaniche) sono state inseriti i controlli di bagnabilità (con la misura dell’energia libera di superficie) e la resistenza del prodotto alla corrosione, valutata utilizzando la spettroscopia di impedenza elettrochimica (6).
Per il film e la termolacca, sono stati inseriti controlli sulle m.p. mediante analisi mediante spettroscopia IR (F.T.I.R.) e analisi termica (D.S.C.). I parametri di processo, controllati con strumentazioni in linea, sono svariati:
- la temperatura del metallo all’uscita dal forno (misurazione del P.M.T.- peak metal temperature - mediante pirometro ottico);
- la grammatura dell’adesivo (mediante misuratore a raggi I.R. con scansione sulla larghezza e sulla lunghezza del coil);
- la velocità del metallo in linea;
- il profilo termico delle singole camere del forno a flottazione;
- le portate di aria in ingresso ed uscita dal forno.
Ciro Sinagra
R&D Laminazione Sottile Group
Nota: Alumir (di cui Italcoat-Gruppo Laminazione Sottile, ha depositato il brevetto) è il trade mark di un nastro di alluminio accoppiato a PET metallizzato, perfettamente imbutibile (senza delaminazioni) che conserva l’aspetto lucido e brillante sul prodotto dopo deformazione plastica.
È stato oggetto di una presentazione durante il seminario “Monitoraggi e controlli nell’industria del packaging alimentare alla luce delle Nuove Norme ISO 9000:2000”, organizzato da AICQ-Meridionale il 16 novembre scorso a Napoli, Hotel delle Terme di Agnano.
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A new product, from start to finish
The design process that has led to the creation of Alumir® is the result of a far-reaching review of the conventional model for the innovative process and the role and significance of industrial research. Here is the experience of the Laminazione Sottile Group.
Continuous improvements (kaizen) in the performance of products and processes involved in the creation of packaging destined to hold and preserve food represent a weapon, together with technological innovation (process re-engineering), for firms in beating the economic challenge of competitiveness.
The dynamics lead to a review of the conventional model for the innovative process and the role and significance of industrial research [1].
The imperial approach, used for years by companies as a system for in-house technological development, is today indispensable but no longer enough to meet the need for constant change. This it becomes necessary for firms to adopt a more scientific and cognitive approach, in order to be fully aware of the consequences arising from the slightest variation in the process parameters aimed at improvements and solving problems linked to the product.
Indeed, one needs to make a distinction between breadth of knowledge (depending on the number of technologies developed by the business) and the depth of this knowledge (which, instead, is linked to the maturity of these): the relation between the breadth and the depth of knowledge defines the company’s technological worth.
Designing innovation
With the aim of giving a practical demonstration of the design process for innovation, here are details of the project that led the R&D department at Laminazione Sottile to the creation of aluminium and aluminium alloy tapes and foil, laminated to a metallic PET film, whose main characteristic is drawability, without any reduction in shine.
The project, with its process and applications protected by patent, is a revolutionary idea in the production of capsules for the cosmetics/pharmaceuticals and liqueur industries, as well as the production of food containers (stiff or semi-stiff) to preserve food with a long shelf-life (figure 1).
Many different techniques are used by companies to find the best solution to important problems or to innovate a given product. There’s what is now the traditional brainstorming, consisting of a working group concentrating on a given problem, with everyone free to express their own opinions in order to reach agreement on the best considerations. This method is excellent when it comes to resolving specific problems, but isn’t particularly effective if one needs to invent a completely new product, essentially different from conventional products.
The best results are had with the techniques of creativity introduced by Edward De Bono [2], the man behind “lateral thinking”, which doesn’t follow a logical sequence of blocks, but uses “brain-sailing” through an “apparently illogical” process that exploits the mechanism of perception. In this case, “individual perception” must be stimulated by knowledge.
To extend the techniques used to create products, to absorb scientific knowledge, to implement the know-how of control methods and techniques: these are the requisites needed to expand one’s horizons and strengthen intuition.
An idea, put into practice...
The idea of Alumir is the result of need expressed by the market, especially in certain sectors of the cosmetics and liqueur industries, regarding the availability of capsules, rings, overcaps, micro-pumps and other perfectly shiny items.
To get the desired shine, most of these capsules are subjected (after drawing of the metal)to degreasing, chemical polishing, deep anode oxidation and even electrocoloring. These are generally processes offering low productivity, of significant environmental impact, high cost and often long lead-times. On the other hand, the use of bright-finish laminates obtained by several cycles of cold rolling with ground cylinders having a roughness of Ra<0.05 mm, is particularly inconvenient: in fact, the capsule becomes opaque during the drawing processes in one or more stages (especially on the lateral walls of the drawn item).
From an analysis of the materials currently in use and a study of the processes used to date came the idea of laminating a metallic PET film (using vacuum technology) to the aluminium alloy sheet (with mill-finish) normally used for the drawing of these products (2).
... to be verified
Having come up with the idea, the first thing to do is to seek out potential customers for the product, to discover their consumption and buying habits, deepen one’s knowledge of the product in order to understand possible critical aspects not considered previously. A concept test [3] is therefore needed to verify beforehand the acceptance of an entrepreneurial idea with the minimum investment of resources and use of technology.
Below are the main goals of a concept-test:
• measure the acceptance of the idea;
• measure the closeness of the needs to the product target;
• assess the effectiveness of the idea;
• highlight the characteristics of the idea held to be the most important or of greater interest;
• identify the expectations and any room for improvement;
• define the image profile for the product;
• assess the interest in buying the product once placed on the market.
The next step is normally a product-test, that lets one verify whether the innovative product actually meets the requirements of the product in use and whether it meets the expected specifications and targets.
These preliminary tests should, where possible, be carried out in-house: only later is it worth selecting a customer (from among those most interested and most willing) to put into practice the pre-tests on industrial machines.
Then one proceeds with the industrial design of the innovation, assessing the influence of the process parameters with the aid of the team of technicians involved in the initiative.
In the case here, the type of lamination had to be decided upon; i.e., one capable of guaranteeing max adhesion of the film to the backing as well as withstanding the permanent setting without the risk of peeling.
Dry solvent lamination using classic adhesives at temperatures of 80 - 90 °C was not capable of guaranteeing max adhesion of the film to the backing.
Thus it was decided to use a special thermolacquer (developed in co-operation with a qualified vendor) and high temperature lamination at 220-230 °C.
The initial lab tests were encouraging: however it became necessary to create a research group consisting of process engineers, product technicians and control technicians to establish the characteristics of the process needed and to study the changes required in existing plant. And always bearing in mind the characteristics of the end products and the required standards, as well as planning the process and product controls needed to make the project reliable, repeatable and financially feasible (3).
The industrialisation
The development process also includes the final adjustments to the product and the process of industrial conversion in terms of technology and, especially, cost and competitiveness. This is aimed at preparing the production prototype, the commercial prototype for the new product and, frequently, a plant where the final technological solutions can be tested and the new product produced in experimental numbers (sampling).
In the case of Alumir changes had to be made to the plant in the coil coating line. In fact, a laminating unit had to be installed at the delivery point of the floatation oven (where the solvents in the lacquer are evaporated, followed by reticulation). This unit comprises a motorised wheel to unwind the PET film (in order to control the specific stretch of the plastic film during unwinding), a series of rollers internally heated by diathermic oil circulated by a hydraulic gearcase and a laminating roller coated with a polymer capable of withstanding temperatures of&Mac179;260 °C (4).
The Alumir process
The planning of controls, including those on the end product
The R&D function has to work side-by-side with Quality Assurance. Only an effective and well documented Quality system can communicate, identify, coordinate and control all the activities that are indispensable in generating a quality product. The objective is focussed on the prevention of faults and a reduction in variability and waste. The control pan must describe how the material is produced, examined and controlled, detailing the action needed at each step in the process and all the requirements needed to guarantee that all the output of the various stages in the process is kept under control (from receipt of the raw materials to final dispatch, passing through all the intermediate processes). Checklists have been developed for the production of Alumir used for the acceptance of raw materials: aluminium, film, adhesive thermolacquer, plus a checklist for the controls to be carried out on the laminated product (5).
Among the controls on the metal (in addition to the classic controls aimed at verifying the chemical and mechanical properties) are wettability controls (with measurement of the free surface energy) and the product’s resistance to corrosion, assessed using an electrochemical impedance spectroscope (6).
As for the film and the thermolacquer, controls on the raw material have been added, via IR spectroscope analysis (F.T.I.R.) and thermal analysis (D.S.C.). The process parameters are controlled with in line instruments are many and include:
- the temperature of the metal on leaving the oven (measurement of the P.M.T.- peak metal temperature - using optical pyrometrics);
- the particle size of the adhesive (via I.R. measurement with scanning of the length and width of the coil);
- the speed of the metal in line;
- the thermal profile of the individual flotation oven chambers;
- the flow of air coming into and going out of the oven.
Ciro Sinagra
R&D Laminazione Sottile Group
Note: Alumir (for which Italcoat-Laminazione Sottile Group has made a patent application) is the trademark of an aluminium/metallic PET laminated tape that perfectly drawable (without the risk of peeling) and keeps its bright shiny look on the product after permanent setting.
The product was presented during the “Monitoring and controls in the food packaging industry in the light of the new ISO 9000:2000 standards” seminar organised by AICQ-Meridionale on 16th November in Naples, at the Terme di Agnano Hotel.
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