Studio e ottimizzazione dei parametri di processo in una linea di produzione ceramica con tecnologia di formatura non convenzionale

This thesis analyzes a ceramic tile production line featuring unconventional forming technology. Moving away from traditional molds for powder containment, this system utilizes a sequence of conveyor belts and a bottom-up compaction mechanism to enhance both productivity and operational flexibility. Such innovation, however, necessitates more stringent control over powder behavior and compaction parameters. The study focuses on critical process variables including powder flowability, bulk density, and the physico-mechanical properties of ceramic bodies throughout the production cycle to define optimal workability ranges. For this purpose, several specimens were prepared with varying compaction levels to accurately replicate industrial operating conditions. Research was conducted simultaneously at the laboratory and industrial scales to validate small-scale experimental findings. Specific emphasis was placed on bulk density distribution within the slab; in unconventional forming, this parameter often exhibits significant gradients across the surface and through the thickness. These density non-uniformities result in differential shrinkage during firing, undermining dimensional stability and leading to geometric or structural defects. Finally, the study examines two specific production cases characterized by high defect rates. Through systematic sampling and previous laboratory characterization, the root causes of these failures were identified. To mitigate issues such as cracking and geometric defects, corrective measures were proposed, specifically the integration of powder-based toughening agents.

Nello studio di tesi viene analizzata una linea di produzione di piastrelle ceramiche caratterizzata dalla presenza di una tecnologia di formatura non convenzionale. Tale tecnologia non utilizza stampi tradizionali per il contenimento delle polveri, ma si basa su una sequenza di nastri che, mediante un sistema di compattazione dal basso verso l’alto, consente di migliorare la produttività e la flessibilità. Questo sistema innovativo richiede maggiori accortezze in termini di controllo delle polveri e dei relativi parametri di compattazione. L’analisi si concentra su alcuni parametri critici del processo, quali la scorrevolezza delle polveri, la densità apparente e le caratteristiche fisico-meccaniche dei corpi ceramici nei diversi stati del ciclo produttivo, con l’obiettivo di individuare corretti range di lavorabilità. A tal fine sono stati realizzati diversi provini caratterizzati da differenti gradi di compattazione, rappresentativi delle condizioni industriali di esercizio. Il lavoro è stato condotto parallelamente su scala di laboratorio e a livello produttivo, al fine di confermare quanto emerso nelle prove su scala ridotta. In particolare, è stata posta un’attenzione specifica al ruolo della densità apparente e alla sua distribuzione all’interno della lastra, poiché nelle tecnologie di formatura non convenzionali tale parametro può presentare gradienti significativi sia lungo la superficie sia nello spessore del manufatto. Queste non uniformità di densità si riflettono sui ritiri in fase di essiccazione e di cottura, influenzando direttamente la stabilità dimensionale del prodotto e favorendo l’insorgenza di difetti strutturali. Durante lo studio di tesi, sono stati analizzati due eventi produttivi caratterizzati da un’elevata difettosità del prodotto finito. Attraverso il campionamento delle lastre e la caratterizzazione in laboratorio precedentemente eseguita, è stato possibile individuare le cause dei difetti emersi. Infine, sono state proposte soluzioni correttive ai problemi riscontrati, quali crepe e difetti di squadratura, mediante l’impiego di tenacizzanti in polvere.