Attività T2 – conceiving

Per lo sviluppo e formulazione concettuale sono stati usati metodi di concatenazione asincrona di idee e di rappresentazione e formalizzazione strutturata e semistrutturata.

Si è deciso di sostenere entrambi i percorsi (semistrutturato con le Concept Maps e strutturato con le Topic Maps) lasciando alle prime il ruolo prevalente nella fase di scoperta e creazione della novità e alle seconde il compito di strumento per lo scambio codificato della nuova conoscenza costruita.

Gli strumenti utilizzati sono stati CmapTools, e per le Topic Maps VUE (che si collega con Zotero) con un parziale utilizzo di Wandora per alcuni esperimenti.

Per la ricerca e documentazione bibliografica collaborativa è stato utilizzato il sistema Zotero (oltre agli strumenti SMW).

L'attività ha prodotto le prime opzioni che sono state poi sottoposte a verifica ulteriore. In particolare gli esiti parziali hanno riguardato la possibile individuazione di:

• uno schema di processo complessivo;
• tre ipotesi di pre-trattamento (preparazione) delle superfici;
• due ipotesi di deposito in funzione delle performance superficiali attese;
• due ipotesi di post-trattamento.

E' stata poi avviata la verifica (prova di concetto) sulla possibilità di mettere in linea le varie tecnologie.

La tappa successiva è stata la verifica dei risultati delle prove.

Lo screening sulle soluzioni esistenti

La materia è abbastanza complessa perché convergono tre fattori di 'rumore':

• l'assenza di un glossario di riferimento (ognuno chiama le cose come vuole, o peggio con un significato precisissimo, gergale, in un contesto limitatissimo);
• le (poche) soluzioni documentate che affrontano lo stesso tema del nostro progetto sembrano appoggiarsi su prodotti commerciali ma coperti da segreto industriale (per esempio alcuni primer);
• le soluzioni rilevate vengono proposte direttamente all'utilizzatore finale oppure viene venduto l'impianto e il processo che non viene spiegato in dettaglio.

L'assenza di un glossario di riferimento è anche testimonianza del grado di innovatività. Per comprendere lo stato dell'arte in materia si veda l'Appendice C sulle Tecnologie e processi di stampa (Glossari).

Le soluzioni esistenti mostrano come a guidare la ricerca in questo campo siano soprattutto i produttori di stampanti piane (vedi Tecnologia di stampa piana in uso), seguiti dai produttori di inchiostri, mentre manca una visione integrata che tenga conto delle caratteristiche specifiche del marmo.

Anche i servizi esistenti mostrano un alto grado di genericità - inclusi quei pochi che approssimano l'intenzione di MarmAble.

Infatti si nota che sono sempre (almeno nei casi esaminati) tentativi di trattare il marmo semplicemente come un ulteriore supporto di stampa: "stampiamo sul forex, stampiamo sul vetro e sulla ceramica, e ora stampiamo anche sul marmo". (Si veda Servizi di stampa esistenti).

Alla luce dello screening effettuato si è quindi potuto concludere che la scelta di individuare un processo originale che mettesse insieme in maniera innovativa parti di processo e tecnologie esistenti avesse senso.

L'idea che si è delineata dopo lo screening sullo stato dell'arte e sulla comprensione dei bisogni ha assunto il contorno di due casi d'uso che sono diventati il filo conduttore per i passaggi successivi:

... eseguire sul marmo trattamenti superficiali che possano garantire l'adesione di speciali vernici sulle quali andare ad effettuare successivi processi di stampa digitale, al fine di recuperare lotti invenduti di piastrelle/lastre in marmo bianco trasformando quest'ultimo in marmo colorato o simulando l'intarsio.

e con una generalizzazione più forte...

... correggere, mediante stampa digitale per sovrapposizione, i difetti estetici dei marmi.

Con questo background a disposizione si è reso necessario ripercorrere - in maniera sistemica - tutto il procedimento di concezione della soluzione.

Le opzioni individuate

Come risultato sono state individuate due opzioni 'strategiche' per lo sfruttamento commerciale:

• STAMPA DIRETTA e successivi trattamenti protettivi;
• introduzione sul mercato di un supporto stampabile con la tecnologia della SUBLIMAZIONE TERMICA.

I due approcci si concatenano bene sia in termini di sviluppo della ricerca e sperimentazione che di diffusione e penetrazione commerciale.

La possibile strategia intorno all'idea MarmAble

La logica d'affari (che incide anche sui criteri di scelta delle tecnologie e dei processi sarebbe quindi per MMM la seguente:

1. inizialmente viene messo a punto un processo in-house, con un'unica linea costruita ad-hoc e che serve per soddisfare direttamente le richieste dei clienti, lanciare il mercato e stabilire una rete di rivenditori autorizzati del servizio, che comunque viene svolto centralmente presso MMM;
2. nel frattempo viene sviluppata e messa a punto la linea di pretrattamento orientata alla produzione (in linea, cioè con processo continuo) di supporti adatti per la stampa a sublimazione di tipo commerciale. Il prodotto in questa fase sarebbe costituito da supporti stampabili con macchine a sublimazione semplici, di ampia disponibilità e basso costo, mentre resta in MMM il servizio per le dimensioni maggiori o per i lavori più sofisticati.
3. Nella terza fase si cederebbe in franchising anche il processo in continuo, per poter accedere a mercati più ampi e limitando l'attività produttiva alla realizzazione dei supporti e di lavori di particolare fattura che tengano aperto il fronte dell'innovazione.

L'orizzonte di questa strategia dovrebbe essere di circa 3-5 anni per ciascuna fase, con sovrapposizioni, quindi un orizzonte complessivo di 10-15 anni.

E' importante sottolineare che non è indispensabile passare alla Fase 3 e che, con alcuni limiti, anche la sola Fase 1 giustifica l'azione.

Importanza dell'impatto ambientale

In particolare occorre tener conto del fatto che l'utilizzo di materiali già estratti e parzialmente lavorati che per varie ragioni (in genere estetiche) restano invenduti o non vengono avviati a lavorazioni di pregio e diventano direttamente scarti potrebbe diventare un vero e proprio servizio alternativo di valorizzazione privilegiata degli scarti di cava. Sarebbe in tal caso ragionevole un centro prossimo alle cave (meno costi e meno GHG).

La valorizzazione commerciale di questi materiali riduce lo spreco di materia prima, quindi incide favorevolmente alla base della piramide ambientale; ciò con alto valore in termini di eco-efficienza, specialmente se si tiene in conto che alti flussi di risorse locali non rinnovabili - % dell’Emergia Totale, condizionano fortemente tutti gli indicatori emergetici ad esso connessi, come per esempio l’EYR (Indicatore di Rendimento emergetico), l’ELR (Rapporto di Impatto Ambientale), l’EpP (Emergia per persona), l’EmD (Flusso di Emergia per unità di area) e l’Em (Emergia totale).

Si può gia intravedere in questa prospettiva una delle nuove applicazioni preconizzate, con mercato relativamente sicuro che tengano conto delle evoluzioni di tendenza e normative in materia ambientale, della disponibilità tecnologica, e della pressione concorrenziale globale. Infine vale la pena di sottolineare come il processo MarmAble ipotizzato sia a impiego pressoché nullo di acqua.

Uno schema di processo complessivo

La strategia di massima delineata sopra si riflette nella modellazione del processo tecnico, che infatti prevede più flussi.

I materiali in ingresso (IN) subiranno trattamenti di pulizia (o anche levigazione) di diversa intensità a seconda dello stato delle superfici.

La tecnologia del crioblasting potrebbe essere elettiva per i processi a stampa diretta con inkjet ecosolvente (flusso b-d-f). Il trattamento plasma - implicito come pre-process - potrebbe essere elettivo per i processi a stampa con sublimazione - flusso a-c (c') - e - (d).

Il pre-processing è come detto indispensabile per la stampa a sublimazione e la preparazione può essere con primer o con plasma.

La stampa ecosolvente - che non richiede pre-processing, ha però bisogno del post-processing. Il post-processing può in ogni caso essere applicato per ottenere performance superficiali specifiche.

Nella stampa a sublimazione il flusso a-c' indica il rilascio di supporti stampabili (piastrelle e lastre di marmo stampabili).

Pretrattamento

Intanto un punto fermo si è stabilito con l'irrinunciabilità del pretrattamento, che può limitarsi alla pulizia delle superfici o includere il condizionamento della superficie: include cioè il surface cleaning e può includere il pre-processing.

Il trattamento è indispensabile in quanto serve a rendere omogenee le superfici di un materiale naturale come il marmo che varia la propria risposta ai processi di verniciatura/stampa, sia in funzione della propria variabile composizione chimica/meccanica,che alla tipologia di lavorazione preventivamente subita, visto che rispetto ai casi d'uso di riferimento si può trattare di lotti di produzione disomogenei.

Considerata la composizione chimica del materiale (che alla fine sembra essere la cosa più costante) tutti i prodotti per il pretrattamento dovranno essere adatti per il trattamento del carbonato di calcio facendo particolare attenzione che non si sviluppino durante le inevitabili reazioni chimiche sostanze che potrebbero compromettere l'aspetto naturale del prodotto finale. Proprio questa esigenza di pretrattamento assicura anche in parte una certa protezione del processo, perché il know-how relativo non dovrebbe essere così facile da acquisire.

Le ipotesi di pretrattamento (preparazione) delle superfici prese in considerazione sono:

• Primer (surfactanti)
• Plasma
• Crioblasting

Deposizione (stampa)

Le tecniche di stampa sono fondamentalmente tre e legate principalmente agli inchiostri (infatti alcuni trasporti, per esempio ink-jet, possono veicolare più tipi diversi di inchiostri):

• ecosolventi
• UV (ultravioletti)
• sublimazione termica

Gli ecosolventi hanno scarsa adesione sui marmi lucidi, quindi non si prestano per materiali che hanno già subito delle lavorazioni superficiali (come nel caso di avanzi di produzione, uno dei casi a più alta rilevanza ambientale in MarmAble).

Gli ecosolventi devono inoltre essere obbligatoriamente protetti perché - almeno quelli attualmente esistenti - sono sensibili (vulnerabili) agli alcoli quindi a molti detergenti. La tecnologia con ultravioletti (UV) è caratterizzata da

• costi di impianto molto alti,
• stampa in rilievo, perché la catalisi veloce della componente UV non consente alla componente *resina di infiltrarsi nelle porosità del marmo.

Proprio questa caratteristica non permette l'utilizzo di questa tecnologia in maniera elettiva per l'idea MarmAble perchè altera addirittura tridimensionalmente la superficie, rendendo l'intervento artificiale.

La più interessante delle opzioni tecnologiche è la sublimazione, con la quale sono possibili anche effetti di trasparenza.

Le tecniche UV hanno una componente molto importante di pigmento, e quindi coprono necessariamente le superfici, perciò rendendo difficile giocare sulle trasparenze.

Sia con i solventi che con la sublimazione è possibile gestire effetti di trasparenza in cui restano visibili le trame dei materiali.

Bisogna dire anche che il marmo (bianco) ha problemi di resistenza alla temperatura, problema che si supera se si parte da un marmo opportunamente preparato (reso stampabile). Sulla sublimazione si cala bene la strategia complessiva MarmAble, perché una macchina per la stampa a sublimazione in formato A4 (dimensioni da oggettistica) costa intorno a 1000 euro, e quindi sposta l'approccio da servizio centralizzato a 'fai da te' o del tipo Mr. Minit (utilizzando marmi preparati) , come previsto in Fase 2.

Per effettuare il servizio (una volta individuato il processo di preparazione), cioè per stampare in sublimazione su superfici grandi (1m x 3m) si può acquisire un impianto intorno a 30 mila euro.

Post-processing

Lo scenario si divide in due grandi campi:

• i casi in cui il post-trattamento è indispensabile per ottenere un prodotto utilizzabile (come nel caso degli ecosolventi);
• i casi in cui il post-trattamento serve per migliore o alterare le performance del prodotto finale (per esempio coating con resistenza specifica al graffio, calpestio, temperatura, ecc.).

Le principali ipotesi di lavoro sono:

• (1) deposizione di resine epossidiche;
• (2) deposizione di resine poliuretaniche;
• (3) deposizione di resine UV-curable;
• (4) deposizione di silicati (SiOx) con plasma sotto vuoto.

Allo stato attuale della concezione MarmAble le ipotesi di lavoro più probabili, considerando:

• qualità e stabilità dei risultati (cioè possibilità di dare garanzie);
• costi;
• consuetudine (cioè accettabilità commerciale: per esempio è accettato che i piani di lavoro delle cucine siano impermeabilizzati);
• disponibilità tecnologica;

sono la deposizione di resine epossidiche e poliuretaniche.

La soluzione UV curing è da considerare in quei casi in cui sia necessaria una iper-velocità della catalisi (produzione in continuo) e quindi potrebe essere di qualche interesse in Fase 2 o 3 della strategia.

Le prove

Le prove preliminari per arrivare ad una concezione di prodotto e servizio sufficientemente solida da poter passare alla fase di ricerca industriale e sviluppo sperimentale, sono state articolate in un percorso in tre parti :

• individuazione delle tecniche di stampa almeno compatibili e delle preparazioni necessarie per rendere il marmo stampabile ;
• prove pratiche per individuare punti di forza e di debolezza di ogni tecnica di stampa ;
• trattamenti di protezione.

Le prove di qualità di stampa

Prima di decidere su quale tecnica concentrarsi abbiamo organizzato con MMM un percorso di prove di stampa con la collaborazione di produttori e operatori (soggetti alla clausola di riservatezza reciproca precedentemente preparata, cfr. Accordo di riservatezza (Non disclosure Agreement).

L'esito di queste prove ha permesso di sviluppare un programma di contatti per l'individuazione di partner per la fase di ricerca industriale.

Stampa a sublimazione

(Menphis Spa) Le prove con la stampa a sublimazione sono state fatte con Menphis Spa (www.menphis.eu) di Como. La resa estetica è molto alta, non c'è rilievo degli inchiostri.

Prove di qualità di stampa. Menphis, sublimazione: coprente.

Prove di qualità di stampa. Menphis, sublimazione: trasparenza.

Inoltre avendo come riferimento il marmo bianco, e siccome con la sublimazione è possibile sfruttare le trasparenze, l'effetto complessivo è ottimo.

Stampa con ecosolventi

TCG Ghelco Srl, IGAT Srl, SmartColor Srl Le seconde prove sono state fatte con TCG Ghelco di Torino, con ecosolventi e utilizzo di inchiostri speciali.

A parte la resa estetica, resta con questa tecnica il problema della vulnerabilità agli alcoli.

Prove di qualità di stampa. TCG Ghelco, ecosolvent

Le prove successive sono state fatte con la IGAT di Cuneo, su impianti giapponesi, e in questo caso oltre alla vulnerabilità all'alcol c'è stato anche un problema di resa estetica.

Prove di qualità di stampa. IGAT, ecosolvent.

Le prove si sono concluse con SmartColor di Pesaro, tecnologia ecosolvente, provando altri tipi di inchiostro.

Stampa UV

FIDEA DIGITAL PRINTING S.r.l., ArtColor su impianti Fuji

Sono poi state fatte prove con la FIDEA DIGITAL PRINTING S.r.l. di Como, con tecnologia UV, ma con una granulometria non paragonabile.

Prove di qualità di stampa. FIDEA DIGITAL PRINTING S.r.l. UV

Abbiamo poi fatto prove sugli impianti UV di ultima generazione Fuji presso Artcolor di Ravenna. Questi impianti abbinano alla stampa il trattamento superficiale dei materiali, e sono anche le macchine più costose. Le prove hanno dato buoni esiti.

Prove di qualità di stampa. Impianti Fuji UV

Dopo queste prove è stato confermato che il percorso successivo doveva concentrarsi sulla sublimazione.

Si è quindi deciso di comprare un piccolo impianto di stampa a sublimazione (dell'importo di circa 1000 euro) e cominciare a fare prove in proprio, soprattutto per poter poi sottoporre i materiali stampati ai test assicurando una buoma ripetibilità dei processi.

In questo modo è stato possibile verificare il concetto e il processo.

Le prove di trattamento sono dunque cominciate dalla preparazione per la stampa in sublimazione.

I test preliminari sulle performance

In tutti i casi devono essere affrontate delle problematiche legate all'adesione dei prodotti vernicianti, alla loro resistenza al graffio e alla possibilità di addizionare gli stessi con dei filtri UV per allungare la vita dei pigmenti digitali ... il tutto complicato dal fatto che i prodotti impiegati devono essere perfettamente trasparenti e non ingiallenti nel tempo per non alterare le tonalità dei supporti lapidei sui quali verranno applicati.

In particolare questo riguarda lo sviluppo della ricerca su:

• applicazione di resine di varia natura per individuare la tipologia di vernice più idonea;

individuazione della tipologia di prodotto, applicazione di svariate marche, dato che ogni prodotto *si differenzia da quelli della concorrenza per quanta riguarda gli additivi presenti.

I test preliminari sul concetto MarmAble svolti fino ad ora sono serviti a capire quali prodotti siano più adatti alla stampa per sublimazione ipotizzando come supporto da verniciare del marmo bianco ordinario di Carrara lucido.

In una fase successiva (di ricerca industriale e sviluppo sperimentale) questi test dovranno essere ripetuti incrociando le variabili al fine di eliminare i difetti di adesione derivanti dalla disomogeneità del supporto trattato, sia come finitura superficiale (lucidatura, levigatura, filo sega), che come natura fisica dei marmi trattati (porosità del supporto, umidità relativa). Il problema dovrà essere affrontato avvalendosi di diverse tecniche basate su principi sia di chimica che di fisica delle superfici (aggressioni acido/basiche, crioblasting, fisica dei plasmi). Per assicurare che il concetto abbia una validità di fondo, le prime prove (orientate alla proof of concept) di laboratorio da noi dirette sono state svolte in collaborazione tra l'ENVIpark di Torino e la ditta CERTO Srl di Poggibonsi (cfr. la documentazione inviata in allegato al SAL 01-2011).