Differenza tra la produzione di componenti ICE ed EV mediante stampaggio a iniezione

Dalla produzione di quella che è considerata la prima auto a benzina, nel 1885, da parte di Karl Benz, l'industria automobilistica ha attraversato ondate di evoluzione. ^[1]. La fase successiva di questa evoluzione è rappresentata dai veicoli a nuova energia (NEV). Si tratta di auto che si affidano a fonti di alimentazione alternative come l'elettricità e l'idrogeno, invece che alla benzina o al diesel.

Tra i vari NEV, i veicoli elettrici a batteria, che funzionano interamente con l'elettricità immagazzinata in grandi pacchi di batterie, sono favoriti dalla facilità di accesso all'elettricità. Questo ha portato alla richiesta di innovazioni nella produzione di componenti per EV. Molti Paesi e regioni del mondo, tra cui il Regno Unito, il Canada e la Danimarca, hanno deciso di sospendere la vendita di veicoli a motore diesel (detti anche motori a combustione interna o ICE) tra il 2025 e il 2040. ^[2].

Anche la Cina e alcuni Stati degli Stati Uniti hanno fissato l'obiettivo di vietare la vendita di nuovi veicoli leggeri e medi a diesel e benzina entro il 2035. Lo spostamento dell'attenzione sulla produzione di componenti per veicoli elettrici ha reso necessario un cambiamento nel modo in cui i produttori si approcciano a questo settore. costruzione di stampi e stampaggio a iniezione.

In che modo la produzione di componenti per veicoli elettrici differisce da quella dei veicoli tradizionali

I veicoli a nuova energia hanno solitamente meno parti mobili rispetto ai veicoli tradizionali. Inoltre, le parti in plastica utilizzate nei NEV hanno solitamente requisiti di precisione e prestazioni più elevati. Le plastiche con un elevato rapporto resistenza/peso sono preferite per mantenere basso il peso dei veicoli elettrici e migliorare l'efficienza della batteria.

Per raggiungere questo obiettivo, viene spesso introdotta una gamma più ampia di materie plastiche, tra cui compositi, tecnopolimeri e resine riciclate post-consumo (PCR). Il tasso di crescita annuale composto previsto per il mercato automobilistico dei PCR dal 2025 al 2030 è di 11,1% ^[3]. Il PCR è un'alternativa economica alla plastica vergine, il che può spiegare la sua crescente popolarità.

I parametri vitali, tra cui velocità di flusso, temperatura e pressione, devono essere ottimizzati durante lo stampaggio a iniezione delle resine riciclate post-consumo per creare componenti per veicoli elettrici. Lo stampo può essere modificato con attrezzature specializzate, come sistemi di degassificazione e filtri, per gestire i contaminanti ed eliminare i composti volatili. In alternativa, è possibile utilizzare sistemi di stampaggio a bassa pressione per mantenere l'integrità del PCR.

La produzione di componenti per veicoli elettrici con PCR consuma fino a 80% meno energia ed emette meno gas serra rispetto alla plastica vergine. Poiché l'uso del PCR è in linea con l'obiettivo più ampio di ridurre l'impronta di carbonio e migliorare la sostenibilità ambientale, le case automobilistiche che desiderano migliorare il proprio rating ambientale preferiranno probabilmente componenti realizzati con questo materiale.

Pertanto, è importante collaborare con un produttore di stampi che comprenda le peculiarità della produzione di componenti per veicoli elettrici utilizzando PCR, al fine di creare stampi modificati in grado di gestire efficacemente questo materiale. Di seguito sono riportate altre differenze fondamentali che rendono il processo di stampaggio a iniezione dei componenti per veicoli elettrici diverso da quello dei veicoli tradizionali.

Complessità progettuale dovuta all'integrazione dei componenti

Probabilmente, la differenza principale tra i veicoli elettrici (NEV) e quelli tradizionali è il modo in cui viene generata e trasmessa la potenza alle ruote. La tabella seguente mostra le differenze nello stampaggio a iniezione nella produzione dei componenti chiave dei motori a combustione interna (ICE) e dei veicoli elettrici (EV).

Gli involucri delle batterie dei veicoli elettrici, ad esempio, sono solitamente realizzati con materiali compositi avanzati, con particolare attenzione al rapporto resistenza/peso, per fornire supporto strutturale, assistere nella gestione termica e garantire la sicurezza antincendio. Gli involucri delle batterie dei veicoli elettrici hanno solitamente un design complesso, che deve essere rispettato senza comprometterne la funzionalità. Questo e molti altri componenti richiedono stampi dal design intricato con slider complessi, canali di raffreddamento e, in alcuni casi, capacità di stampaggio multi-shot.

Maggiore enfasi sulla precisione e sulla tolleranza

Il requisito fondamentale nella produzione di componenti automobilistici tradizionali è solitamente l'aspetto estetico (ottenere una superficie lucida e una consistenza liscia al tatto) e la resistenza agli agenti atmosferici, mantenendo bassi i costi di produzione.

D'altra parte, l'attenzione durante la produzione di parti per veicoli elettrici si concentra maggiormente sul raggiungimento di una maggiore precisione e di una tolleranza più stretta, soprattutto per le parti sensibili relative ai sistemi di batterie e ai componenti elettronici. Le parti stampate per i veicoli elettrici devono ottenere un accoppiamento perfetto, poiché i problemi di rumorosità, vibrazione e durezza (NVH) sono più evidenti nei veicoli elettrici rispetto ai veicoli tradizionali. ^[4]. Una maggiore precisione garantisce anche l'affidabilità e la sicurezza dei componenti elettronici. Nella produzione di componenti EV, alcune delle considerazioni di progettazione per la tolleranza stretta includono:

• Mantenimento dello spessore uniforme delle pareti: Questo aiuta a prevenire deformazione e difetti dovuti a un raffreddamento non uniforme.
• Migliorare l'espulsione dallo stampo con angoli di sformo: Aggiunto per ridurre le sollecitazioni durante l'espulsione.
• Miglioramento della resistenza con nervature o soffietti: Riduce al minimo il ritiro e aumenta la resistenza del pezzo EV senza aumentare l'impiego di materiale.

Iterazione di progettazione più rapida per la produzione in continua evoluzione di componenti per veicoli elettrici

I veicoli tradizionali hanno raggiunto il culmine della loro evoluzione. Raramente vengono apportati miglioramenti significativi alle parti già esistenti. Questo non è il caso dei veicoli elettrici (NEV), che rappresentano ancora un mercato in rapida evoluzione. Una delle sfide più grandi nel percorso verso l'adozione dei veicoli elettrici è l'ansia da autonomia. Per combattere questo problema, i produttori stanno continuamente apportando modifiche al design, sia per rendere i veicoli elettrici più leggeri utilizzando materiali diversi, sia per migliorarne l'aerodinamica o per velocizzarne la ricarica.

Pertanto, la produzione di stampi per veicoli elettrici spesso include metodi di prototipazione e lavorazione rapida che consentono di immettere sul mercato nuovi componenti più rapidamente rispetto ai cicli di sviluppo più lunghi che caratterizzano la maggior parte della produzione tradizionale di componenti per veicoli.

Confronto tra il processo di stampaggio a iniezione dei veicoli elettrici e quelli a combustione interna

Oltre alla differenza di intenti tra la produzione di componenti per veicoli a combustione interna (ICE) e quella per veicoli elettrici (EV), anche il processo di stampaggio è diverso. Ad esempio, per rendere il processo di stampaggio dei veicoli elettrici più sostenibile, il processo di stampaggio a iniezione utilizza macchinari ottimizzati per un minor consumo energetico, in linea con gli obiettivi di rispetto dell'ambiente. Altre differenze degne di nota nel processo di stampaggio a iniezione per la produzione di componenti per veicoli elettrici includono:

1. L'uso di macchinari specializzati per la lavorazione dei materiali

I componenti per veicoli elettrici sono realizzati utilizzando materiali compositi o termoplastici ad alte prestazioni. Proprietà quali resistenza chimica, resistenza al calore e elevato rapporto resistenza/peso favoriscono solitamente la scelta di questi materiali. Tali proprietà garantiscono la durata di questi materiali quando vengono utilizzati per componenti relativi alle batterie, dove la produzione di calore e le perdite chimiche possono essere inevitabili. Di conseguenza, gli stampi per la produzione di componenti per veicoli elettrici che utilizzano questi materiali devono avere le seguenti proprietà:

• Il punto di fusione delle prestazioni elevate polimeri come il PEEK può arrivare fino a 343^oC ^[5]. Lo stampo deve essere in grado di funzionare a questa temperatura senza deformazioni. Di solito vengono incorporati sofisticati sistemi di riscaldamento e raffreddamento per garantire un controllo uniforme della temperatura, al fine di evitare una polimerizzazione incoerente e la deformazione.
• Gli stampi per la produzione di componenti EV per applicazioni ad alte prestazioni devono essere realizzati con materiali altamente resistenti come l'acciaio di alta qualità (ad esempio H13 o P20), invece dell'alluminio meno costoso utilizzato negli stampi standard per la produzione di componenti ICE.
• Il design complesso dei veicoli elettrici, risultato del consolidamento dei componenti, richiede spesso una progettazione meticolosa di canali di colata, punti di iniezione e sistemi di sfiato per gestire correttamente il flusso di materiale e prevenire difetti comuni come segni di flusso e vuoti.
• Il materiale dello stampo utilizzato per la produzione di componenti per veicoli elettrici con materiali rinforzati con fibre, come fibre di carbonio o di vetro, deve avere un'elevata resistenza all'usura per sopportare la natura abrasiva dei materiali.
• Le macchine di stampaggio per la produzione di componenti per veicoli elettrici sono solitamente più specializzate e utilizzano sistemi idraulici avanzati che offrono un controllo superiore sulla velocità di iniezione, la temperatura di fusione e la pressione di compattazione, garantendo ripetibilità e qualità costante dei componenti.

2. Maggiore applicazione del sovrastampaggio

La maggiore attenzione dei veicoli elettrici all'elettronica comporta un maggiore utilizzo di tecniche quali sovrastampaggio per ottenere una tenuta adeguata e le funzioni desiderate, come la tenuta ambientale, una maggiore durata, l'isolamento elettrico, lo smorzamento delle vibrazioni e l'attenuazione del rumore per un'esperienza di guida più silenziosa con i veicoli elettrici. Alcuni dei componenti dei veicoli elettrici che richiedono il sovrastampaggio includono:

• Connettori e porte di ricarica per ottenere guarnizioni impermeabili che proteggono i componenti sensibili da polvere, acqua e altri elementi ambientali.
• Gli involucri sovrastampati proteggono i componenti della batteria dalle sollecitazioni meccaniche e dalle temperature estreme.
• Le unità di controllo elettronico (ECU) sono solitamente completamente racchiuse in plastica grazie all'uso di tecniche di sovrastampaggio, che le rendono più leggere ed estremamente robuste.
• Questa tecnica di stampaggio è utilizzata anche in produzione di parti interne EV per ottenere un'estetica raffinata e migliorare il comfort, come nel caso dei volanti.

Sebbene lo stampaggio a iniezione sia utilizzato per la produzione di componenti tradizionali per veicoli ICE ed elettrici, la sua applicazione in questi ultimi è più ampia e coinvolge componenti critici, con particolare attenzione alla riduzione del peso e all'efficienza. Quando si cerca un produttore di stampi o un partner per la produzione di componenti per veicoli elettrici, è importante assicurarsi che il produttore comprenda queste differenze per ottenere il miglior risultato possibile.

Riferimenti

[1] Mercedes-Benz Group AG. (n.d.). 1885–1886: L'invenzione dell'automobile. Mercedes-Benz Group. Estratto l'8 dicembre 2025 da https://group.mercedes-benz.com/company/tradition/company-history/1885-1886.html

[2] Consiglio internazionale per il trasporto pulito. (11 maggio 2020). La fine della strada? Una panoramica degli annunci relativi alla graduale eliminazione dei veicoli con motore a combustione interna. Consiglio internazionale sui trasporti puliti. https://theicct.org/wp-content/uploads/2021/06/Combustion-engine-phase-out-briefing-may11.2020.pdf

[3] Grand View Research. (n.d.). Plastica riciclata post-consumo nel rapporto sul mercato automobilistico. Estratto nell'aprile 2024 da https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/post-consumer-recycled-plastics-automotive-market-report

[4] ANSYS. (n.d.). Che cos'è l'NVH automobilistico? ANSYS. Estratto il 27 aprile 2025 da https://www.ansys.com/blog/what-is-automotive-nvh

[5] SpecialChem. (7 novembre 2025). Polietere etere chetone (plastica PEEK): proprietà, lavorazione e applicazioni. SpecialChem. https://www.specialchem.com/plastics/guide/polyetheretherketone-peek-thermoplastic