Sostituzione della lega Rame Berillio nella prototipazione di prodotti da occhialeria

The Ph.D work that will be presented in the next chapters will focus on the replacement of Cu-Be alloy in eyewear prototyping within an international company, Safilo S.p.A. Nowadays, Cu-Be alloys are some of the most used alloys in eyewear prototyping using the investment casting method, this is allowed by the extraordinary properties of the alloy, which allows, after casting to obtain high mechanical properties and the ability to obtain very good surface properties to have a product similar to the finish one without further processing. The need to find an alternative alloy to Cu-Be was given by the toxicity of Be as a single element in the powders that are created by the finishing processing of the prototypes. The European regulation 1272/2008 defines Be as a carcinogenic element as 1B category, an element which is presumed a carcinogenic effect of humans. This law, therefore, made it necessary to search for a replacement alloy for the health of the workers in contact with this toxic element. It has been demonstrated by several studies that the inhalation of beryllium causes not only lungs problems (such as lung cancer) but also skin and eye diseases if Be comes in contact with the latter. It was necessary to use a new raw material or a process that was not dangerous for all the workers in the prototyping process. The thesis work began with the analysis of the production process and the raw material to evaluate an alternative alloy and some improvement in the production process. Initially, a new air filter system was introduced in Safilo Atelier that would allow the reduction of the powders and make the work environment as safe as possible. To find the perfect replacement alloy for Cu-Be, a synchronous analysis between the metallurgy lab of the University of Padova and the company was possible to identify some alloys with similar characteristics to Cu-Be, and with the collaboration with the company was possible to evaluate the behavior of these alloys in the production process. With this analysis was possible to find a possible substitute to Cu-Be, Cu-Ti. Cu-Ti is receiving great attention due to its very high mechanical and electrical properties which make it comparable to Cu-Be. The most used Cu-Ti alloys contain a variable amount of Ti between 1-6wt%. This alloy, after being subjected to a deep metallographic analysis within the laboratories of the University of Padova, was introduced in the Safilo prototyping process to evaluate its behavior. It was immediately possible to evaluate the difficulty of using this alloy within an open furnace melting process due to the strong oxidation caused by the presence of Ti. It was therefore decided to evaluate whether if it was possible to improve the castability of the alloy by the use of alloying elements. The analysis on possible alloying elements did not lead to the desired results and it was therefore decided to modify the casting process to allow the use of this alloy in the prototyping process. The introduction of a new controlled atmosphere (argon) casting machine has made it possible to improve not only the surface finishing of Cu-Ti product but also to improve the casting process of Cu-Be.

Il lavoro di dottorato che verrà presentato nei prossimi capitoli sarà incentrato sulla sostituzione della lega rame berillio nella prototipazione di occhiali all’interno di una realtà industriale internazionale, Safilo S.p.A. Le leghe di rame berillio sono ad oggi alcune delle leghe più usate nella produzione di prototipi di occhiali tramite fusione a cera persa, ciò è permesso dalle straordinarie proprietà della lega che gli permettono dopo fusione di avere altissime proprietà meccaniche e alte proprietà superficiali che permettono di ottenere un prodotto simile a quello finito senza ulteriori lavorazioni. La necessità di trovare una lega alternativa all’uso del rame berillio è stata data dalla tossicità del berillio come singolo elemento e come elemento alligante presente nelle polveri che si creano durante le lavorazioni di finitura dei singoli pezzi che andranno a creare un prototipo. La legge 1272/2008, definisce il berillio come elemento cancerogeno di tipo 1/B, un elemento di cui si presumono effetti cancerogeni sull’uomo. Questa legge ha quindi reso necessario la ricerca di una lega sostitutiva per la salute dei lavoratori a contatto con questo elemento tossico. È dimostrato da diversi studi che l’inalazione del berillio causa problemi non solo a livello dei polmoni (come cancro ai polmoni) ma può causare malattie della pelle e degli occhi se le polveri di berillio vanno a contatto con quest’ultimi. Si è reso necessario l’utilizzo di una nuova materia prima o di un processo che non fosse pericoloso per tutti i lavoratori nel settore della prototipazione. Il lavoro di tesi, infatti, è cominciato con l’analisi del processo produttivo e della materia prima per permettere l’identificazione di una lega alternativa e di possibili migliorie a livello produttivo. Inizialmente è stato introdotto all’interno dell’atelier di Safilo S.p.A un nuovo sistema di filtrazione dell’aria che permettesse l’abbattimento delle polveri e rendesse il luogo di lavoro più sicuro possibile. Per trovare la migliore lega sostitutiva è stata condotta un’analisi in sincrono fra il laboratorio di metallurgia e l’azienda, tramite le tecniche presenti in laboratorio è stato possibile identificare alcune leghe che potessero avere caratteristiche simili a quelle del rame berillio, e grazie all’azienda è stato possibile testare all’interno del processo produttivo queste leghe per analizzarne il comportamento. Queste analisi hanno permesso di identificare una possibile lega sostitutiva all’utilizzo del rame berillio con proprietà simili, il rame titanio. Il rame titanio è una lega che sta ricevendo grande interesse grazie alle sue altissime proprietà meccaniche ed elettriche che lo rendono paragonabile al rame berillio. Normalmente le leghe di rame titanio più utilizzate sono quelle con un contenuto di titanio variabile tra 1-6wt%. Questa lega dopo essere stata sottoposta ad una approfondita analisi metallografica all’interno dei laboratori dell’Università di Padova è stata introdotta all’interno del processo di prototipazione di Safilo per valutarne il comportamento. È stato possibile valutare fin da subito la difficoltà di utilizzare questa lega all’interno di un processo di fusione in forno aperto a causa della forte ossidazione causata dalla presenza del titanio. Si è quindi deciso di valutare se fosse possibile migliorare le proprietà fusorie della lega. Le analisi su possibili elementi alliganti da inserire nella lega non hanno portato ai risultati sperati si è quindi deciso di modificare il processo di prototipazione così da consentire l’utilizzo di questa lega. L’introduzione di una nuova macchina fusoria ad atmosfera controllata (argon) ha permesso di migliorare non solo la finitura superficiale dei prodotti in rame titanio ma anche migliorare la fusione dei prodotti in lega rame berillio.