Design For Recycling: lo scarpone da sci


Motivazione del premio
Elabora una concezione del progetto come strumento cognitivo e operativo in un
contesto che non comprende solo la produzione ma anche il disassemblaggio
e il reimpiego del materiale riciclato.

Il progetto
1 - Partendo da un'indagine di mercato sulla produzione annua a livello
mondiale e nazionale di scarponi da sci, si vuole mettere in evidenza come il prodotto
abbia una sua consistenza in un ambito di "danno ambientale".

2 - Tenendo presente che è già in atto un sistema di raccolta volontario per il ritiro
degli scarponi da sci, viene presentato un sistema di disassemblaggio, in cui
si evidenziano diversi aspetti:

  • riciclare la totalità del prodotto non è sempre conveniente,

  • un processo di riciclo automatizzato,

  • la flessibilità nel recupero del materiale da riciclare,

  • i costi d'esercizio dipendenti dal percorso di recupero,

  • le implicazioni economiche ed ambientali,

  • la separazione delle diverse plastiche.

3 - Re-design del prodotto: la riprogettazione dello scarpone per facilitarne il riciclaggio.

La riprogettazione

I materiali
Parlando dei modelli e delle caratteristiche degli scarponi è emerso, come determinate risposte tecniche siano dovute ai materiali. Nel modello Gran Prix 90cE (modello da competizione), l'inserimento nella suola del Carbon Kevlar assicura la rigidità torsionale ideale e l'immediata risposta dello sci nelle inversioni rapide. Questo è solo un esempio delle diverse caratteristiche dei materiali: ABS, poliuretano, polipropilene, policarbonato, ecc..., sono solo alcuni tra i materiali più utilizzati, i quali si dividono a sua volta a seconda delle diverse rigidità. La continua ricerca di materiali  e processi che diano un grado di tecnicità e qualità in più allo scarpone segna  l'evoluzione di questo prodotto. La pelle e il cuoio sono stati fino alla fine degli anni '60,  gli unici materiali disponibili per la produzione di scarponi. Con gli anni '70 abbiamo  una svolta decisiva: Bob Lange, tecnico specializzato nello studio delle materie plastiche, dopo vari studi e prove a resistenza, realizza l'intero guscio esterno  dello scarpone con un materiale plastico simile al poliuretano. Il procedimento avviene per colata e riscuote  un enorme successo. L'era del cuoio e delle cuciture è finita. Da un processo  di assemblaggio manuale, si passa ad uno automatizzato. La Nordica per prima crede in questa tecnologia e predispone il suo stabilimento per la realizzazione di uno scarpone interamente in materiale plastico. Col passare degli anni lo scarpone subisce svariate modifiche tecniche, sia sul piano dei materiali che su quello funzionale. Oggi la competitività tra le varie aziende è soprattutto legata all'utilizzo delle diverse materie plastiche che rappresentano circa l'80% della composizione dello scarpone. Durante la progettazione di uno scarpone da sci, la decisione del materiale da utilizzare per le diverse parti è un elemento fondamentale per il progettista. L'andamento della sezione in fatto di spessore nel caso dello scafo, cambia a seconda degli sforzi che determinate zone subiscono. L'utilizzo di un policarbonato a discapito di un poliuretano, permetterebbe di avere qualche decimo di millimetro in meno  sullo spessore, ma contrariamente una rigidità della parte molto maggiore di quella che si avrebbe con un poliuretano. Lo scarpone utilizzato da uno sciatore principiante, deve essere molto flessibile e pratico; per questo si cerca di non immobilizzare completamente il piede all'interno dello scarpone. Contrariamente un atleta che partecipa a  delle competizioni, richiede uno scarpone che sia il più rigido possibile, per avere il massimo controllo dello sci. In questo caso, per dare un'idea, la realizzazione di  uno scarpone in acciaio sarebbe l'ideale. Nella progettazione di uno scarpone la scelta di un polimero con particolari caratteristiche è legata anche ad una questione economica: spesso e volentieri alcuni materiali non vengono impiegati per determinate parti in seguito al loro alto costo.

Disassemblaggio dello scarpone
Le diverse prestazioni che offrono gli scarponi da sci, a seconda del modello, sono legate essenzialmente ad una caratteristica comune e fondamentale: la immobilità del piede all'interno dello scafo. Affinché ciò sia soddiffatto nel migliore dei modi, è necessario che le diverse parti componenti lo scarpone (scafo, lembo, copertura, gambetto, leve e spoiler), siano ben fissate tra loro. L'utilizzo di borchie e rivetti, rispettivamente in alluminio e acciaio, passanti tra le diverse parti e ribaditi internamente sopra una rondella, garantisce una tenuta sia strutturale che alle infiltrazioni d'acqua. Per contro, sono proprio questi elementi (presenti in tutti i modelli) che creano la maggiore difficoltà per il disassemblaggio. L'impiego di materiale ferroso per le giunture delle diverse parti dello scarpone, rappresenta l'unica caratteristica che col passare del tempo è rimasta costante. Difatti, facendo un excursus sull'evoluzione del prodotto (vedi allegato), notiamo come la "chiodatura della scarpa e scarpone " era l'unico sistema di fissaggio delle diverse suole e di altre parti che componevano l'attrezzo. Già nel 1960 con la comparsa delle prime leve, l'utilizzo dei rivetti in materiale metallico era comune; ne è un esempio la tomaia in cuoio della Dolomite che utilizza due rivetti per il fissaggio delle leve sul gambetto. Successivamente, spostandoci negli USA, guardando il modello Rosemount, ci accorgiamo della quantità di viti e rivetti utilizzati per garantire la tenuta dello scarpone; sulla faccia interna dello scarpone veniva applicata una placca in metallo per assicurare una migliore tenuta. Riuscire, con un sistema di disassemblaggio automatizzato, a estrarre borchie e rivetti, corrisponde ad aver scomposto in ogni sua parte lo scarpone.

Il taglio ad acqua
 L'opportunità di recuperare lo scarpone in parte, pregiudica la possibilità di staccare diverse "fette" a seconda del quantitativo voluto. Si è così ipotizzato di effettuare dei tagli longitudinalmente sullo scarpone, seguendo dei percorsi studiati precedentemente, al fine di ottenere percentuali diverse di materiale riciclato. Sono così state create le "linee di convenienza economica del taglio". Per effettuare lo smembramento delle diverse parti, si è pensato di ricorrere ad una nuova tecnologia: il taglio ad acqua. Dal punto di vista tecnico, la consulenza della INGERSOLL-RAND società americana leader nel "water jet cutting system", ha permesso di definire nei particolari l'iniziativa di progetto. Il taglio a getto d'acqua può tagliare molto bene su configurazioni molto complesse e dar luogo ad una produzione di alta qualità, senza produrre polvere, in pressochè ogni materiale, inoltre con l'aggiunta di polveri abrasive è possibile tagliare il materiale mediante erosione o erosione+abrasione. Un impianto di taglio a getto d'acqua pura può in qualsiasi momento essere trasformato in un impianto per taglio abrasivo, abbastanza agevolmente ed economicamente: ciò consente di tagliare materiali più duri e di maggiore spessore. L'acqua viene pre-trattata e filtrata, poi viene pompata ad una pompa primaria a circa 10 - 12 Bar; da questa, l'acqua viene convogliata ad un intensificatore di pressione (un moltiplicatore di pressione), che porta la pressione ad un valore di 3000 - 3800 Bar. Nell 'ultima fase del processo, l'acqua viene poi fatta passare attraverso un orifizio di zaffiro sintetico, con diametro di 0.1 - 0.4 mm. L'applicazione di questo sistema per il disassemblaggio dello scarpone, oltre a garantire una qualità del materiale riciclato senza nessun tipo di alterazione, non comporta inquinamento ambientale.
Le fasi del processo di recupero sono:

  • Ritorno in azienda o in altra sede degli scarponi da sci.
  • Posizionamento degli scarponi su di un rullo trasportatore, indifferentemente dal tipo o dal modello.
  • Riconoscimento mediante lettura scanner del tipo, modello e taglia. In fase di produzione è possibile siglare gli scarponi con codici differenti a secondo delle diverse linee di taglio.
  • Taglio simultaneo sulle due facce dello scarpone (interna ed esterna) in modo simmetrico. Questo avviene mediante l'uso di due bracci meccanici.
  • Separazione delle diverse parti per materiale con succesivo riciclo o messa in discarica. Questa soluzione permette di separare le diverse materie plastiche anche per il loro colore; di fronte ad un successivo riutilizzo del riciclato per la realizzazione di prodotti, è possibile caratterizzarne anche il colore.
  • Macinazione, lavaggio e reimpiego del materiale.

D.F.R. implicazioni progettuali
Per DESIGN FOR RECYCLING, si intende un intervento di tipo progettuale su di un prodotto, per facilitarne il recupero o il disassemblaggio, quando questo è giunto a fine vita. Lo scopo principale è quello di giungere ad ottenere un sistema di smembramento che sia il più economico e redditizio possibile, attraverso modifiche delle diverse parti che compongono l'oggetto, senza sminuire il suo valore ma soprattutto la sua qualità. Il sistema di taglio adottato per lo scarpone da sci è stato applicato senza che questo abbia subito la minima modifica per una facilitazione di disassemblaggio. L'ottimizzazione del prodotto per il taglio e la minimizzazione dei componenti, sono i punti che verranno ora presi in considerazione. Le modifiche di progetto apportate, sono partite dal presupposto di ridurre i tempi di riciclo e di aumentare la percentuale dello scarpone riciclato. Con l'evolversi del progetto ci si è accorti che alcuni tra gli accorgimenti tecnici apportati si sono rivelati innovativi per il prodotto; quello ottenuto può definirsi un intervento "eco-innovativo".

Re-design del prodotto
Questo primo intervento, non ottimizzava al massimo il riciclo del prodotto, dato che parte veniva gettato in discarica. Si è intervenuti attraverso un re-design del prodotto cercando, sia di aumentare la percentuale del materiale da recuperare che di minimizzare i tempi di disassemaggio.
Il re-design si è centrato su due punti:

  • Integrazione della rastrelliera all'interno della leva.

  • Facilità di disassemblaggio della leva.

Le soluzioni, oltre a rivelarsi innovative, hanno portato l'intero processo di riciclo dello scarpone ad una quasi totalità di riciclo. Il sistema di chiusura è la componente principale che caratterizza qualità e prestazioni in uno scarpone da sci. Con l'evoluzione del prodotto negli anni, siamo passati dalla scarpa in pelle con lacci in cuoio, a scarponi che per diverse esigenze impiegano, chi delle leve con perni, poste lungo il collo del piede, ed altri sempre leve "tiranti" collegate a dei cavi che passano all'interno dello scarpone. Fra tutti i sistemi sino ad oggi adottati, la chiusura dell'attrezzo con quattro leve oltre a garantire la migliore rigidità del piede, permette di comprimere lo scarpone in quattro punti indipendenti tra loro. Difatti gli atleti che gareggiano in competizioni mondiali, utilizzano sempre scarponi con chiusura a quattro ganci. Una leva o gancio, può essere realizzata sia in materiale plastico (policarbonato), oppure in alluminio, purchè resista ad uno sforzo di trazione pari a 150 Kg (normativa europea). Nel caso del Vertech 75 queste sono realizzate interamente in policarbonaio (macrolon), con esclusione dei punti di fulcro, prodotti in acciaio. La piastrina di aderenza al lembo e al gambetto è in acciaio con due fori passanti per l'inserimento dei rivetti che garantiscono la tenuta.

La produzione di scarponi Nordica in questi ultimi anni, ha sempre visto la realizzazione di leve in policarbonato e ferro a seconda dei modelli. Analizzando le linee di taglio è emerso come questo, (che permette di avere una separazione totale dei materiali), incontri delle difficoltà in prossimità delle leve. Difatti le dimensioni della piastra di appoggio e l'utilizzo di due rivetti per l'ancoraggio allo scafo, causa un rallentamento del procedimento di parecchi secondi. E' stata per questo realizzata, una leva che ottimizzasse al massimo i tempi di taglio e che nel contempo garantisse una tenuta agli sforzi simile alla precedente. La scelta del materiale da utilizzare per la realizzazione del pezzo, si è concentrata sull'alluminio, che oltre a rendere visivamente l'aspetto dello scarpone più tecnico e sicuro, garantisce la possibilità di riciclo senza alcuna difficoltà. L'utilizzo di un solo rivetto (con dimensioni leggermente maggiorate rispetto alle attuali), posizionato centralmente sulla piastra d'appoggio, in un punto dove questa tende a restringersi, riduce i tempi di taglio di circa il 50%. Come è stato prima accennato, modificare la leva, che dal punto di vista estetico-funzionale non si è mai distaccata dalla forma tradizionale se non in qualche accorgimento tecnico, corrisponde a garantire in maniera ottimale diverse esigenze:

  • resistenza agli sforzi,

  • tenuta alle infiltrazioni d'acqua,

  • funzionalità,

  • praticità.

Economia del processo di riciclo
La convenienza a riciclare anche solo lo scafo ha portato il progetto verso la ricerca di un sistema di disassemblaggio "flessibile". Con questo si intende l'opportunità di riciclare in uno scarpone, solamente la percentuale di materiale di interesse e avere dei costi di riciclo in proporzione al materiale recuperato. Il rapporto tra costi di disassemblaggio e la percentuale di materiale rimosso è chiaramente espressa nelle figg. 1 e 2. Nel primo grafico vediamo come un processo di disassemblaggio può essere caratterizzato in due diversi modi: la linea retta identifica un sistema a "costi fissi". In base a ciò il riciclo parziale del prodotto, comporta dei costi uguali a quelli sostenuti per il riciclo totale del medesimo e il ricicio di una quantità inferiore alla portata massima del sistema, richiede gli stessi costi del processo in funzione a pieno regime. Possiamo riconoscere in suddetto sistema, il riciclo per macinatura, dove l'unica variabile è rappresentata dal rapporto quantità/tempo. La seconda linea, quella spezzata, rappresenta la variazione dei costi di disassemblaggio in funzione del quantitativo, o del numero di parti recuperate. Lo smontaggio manuale è l'esempio più rappresentativo per la comprensione di tale sistema. Il secondo grafico mette in evidenza come i due sistemi messi a confronto in diverse applicazioni di disassemblaggio, possano risultare di maggiore o minore convenienza reciproca. Le rette A e B, rappresentano rispettivamente un processo con costi fissi maggiori e minori di recupero del prodotto totale, rispetto al sistema di riciclo a "costi variabili" (linea spezzata). Anche in questo caso esiste la variabile quantità/tempo. Il disassemblaggio per costi fissi o costi variabili, rappresenta una scelta legata al tipo di prodotto che siamo chiamati a recuperare. Nel caso specifico dello scarpone da sci, la macinatura di questo (costi fissi), rappresenta sicuramente un sistema semplice sotto il punto di vista della praticità, ma i costi di ammortamento del processo saranno sempre i medesimi indipendentemente alle 30 o 130 paia di scarponi che riciclo ogni ora. La separazione delle parti col sistema del taglio ad acgua, permette di avere dei costi d'esercizio, in funzione della percentuale di materiale recuperato (costi variabili).
 

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