Ripensare l'Hardware per Espresso: Una Migliore Piastra di Distribuzione Stampata in 3D

Nella produzione di macchine da caffè espresso professionali, una delle maggiori sfide è trovare materiali in grado di resistere all’uso intensivo, al calore costante e al contatto con acqua calda e vapore senza deteriorarsi. Per anni, i produttori si sono affidati a componenti metallici in ottone o acciaio inox. Tuttavia, l’uso del metallo presenta problemi come incrostazioni di calcare, specialmente in presenza di acqua dura, e corrosione a lungo termine, che influenzano negativamente la qualità e il gusto del caffè e aumentano manutenzione e usura della macchina.

Figura 1: Macchina da caffè espresso professionale. Fonte: electroluxprofessional.com.

In alternativa, è stata esplorata l’opzione di utilizzare materiali plastici per ridurre il problema delle incrostazioni e della corrosione. Tuttavia, la necessità di resistere a pressioni e temperature elevate durante lunghi cicli di lavoro limita fortemente la scelta di plastiche compatibili, riducendola a pochi tecnopolimeri come PEEK o PPSU.

Uno dei componenti più impegnativi è la piastra di distribuzione nelle macchine da caffè espresso. Questo componente ha il compito di distribuire uniformemente l’acqua calda sul caffè macinato, il che comporta cicli di lavoro continui ad alta pressione e temperatura, rendendolo una delle parti più soggette a usura. Inoltre, essendo a diretto contatto con acqua e caffè, l’uso di materiali non idonei o la formazione di incrostazioni di calcare o ossidi può influenzare negativamente la qualità, il gusto e l’aroma del caffè.

L’importanza del materiale

Tradizionalmente, le piastre di distribuzione sono realizzate principalmente in metallo, in particolare ottone, acciaio inox e alluminio anodizzato.

Tra questi materiali, l’acciaio inox 316L o 304 è il più indicato, in quanto resistente alla corrosione, facile da pulire e non altera il sapore o l’aroma del caffè. Tuttavia, a causa del costo elevato, lo si trova principalmente in macchine di fascia alta.

Un altro materiale comune è l’ottone, scelto per i costi di lavorazione inferiori rispetto all’acciaio e per la buona resistenza al calore. Tuttavia, è soggetto a corrosione e incrostazioni di calcare e può rilasciare particelle di ossido metallico che alterano sapore e qualità del caffè.

Molti produttori di macchine di fascia media e bassa utilizzano attualmente l’alluminio anodizzato per la produzione delle piastre di distribuzione, grazie al basso costo e alla buona resistenza. Anche questo materiale, come l’ottone, può rilasciare particelle metalliche che influenzano il sapore e la qualità del caffè.

Figura 2: Piastre di distribuzione in ottone e acciaio inox. Fonte: shadesofcoffee.co.uk.

Alla ricerca di alternative economiche, resistenti e che non compromettano il gusto e la qualità del caffè, alcuni produttori hanno esaminato l’uso di plastiche tecniche al posto dei metalli per la produzione delle piastre di distribuzione. Il problema principale è che plastiche per stampaggio a iniezione economiche e adatte al contatto alimentare, come copoliesteri, policarbonato o PVDF, resistono a pochi cicli di lavoro prima di deformarsi a causa di temperatura e pressione, mentre plastiche tecniche come PEEK o PPSU risultano spesso più costose della lavorazione meccanica dell’acciaio.

PEN-HF e stampa 3D: una soluzione semplice, economica ed efficace

A differenza degli approcci tradizionali, un rinomato produttore di macchine da caffè espresso ha esplorato un’alternativa innovativa per realizzare piastre di distribuzione in plastica, ottenendo un prodotto resistente e duraturo che non compromette né il gusto né la qualità del caffè, mantenendo un costo accessibile per tutti i tipi di macchina.

Per questo ha esternalizzato la produzione delle piastre di distribuzione tramite stampa 3D FFF con PEN-HF, un materiale sviluppato dal produttore FLXR Engineering.

Figura 3: Piastra di distribuzione stampata in 3D in PEN-HF. Fonte: FLXR Engineering.

Il polietilennaftalato (PEN) è un poliestere che, nella sua composizione, assomiglia al PET, ma possiede proprietà fisiche, meccaniche e termiche più vicine a materiali tecnici come poliammidi, PPSU o anche PEEK. PEN resiste a temperature di lavoro fino a 170 ºC, mostra una maggiore resistenza e rigidità a trazione rispetto ad altri poliestere con un modulo di elasticità superiore a 2 GPa, offre una migliore barriera contro la permeabilità a gas e vapore acqueo e presenta un’eccellente resistenza chimica e compatibilità per il contatto alimentare.

Test sul materiale

Per valutare le nuove piastre di distribuzione in PEN è stato condotto un test in condizioni reali, con una sequenza di 120 estrazioni di 30 secondi ciascuna, a temperature dell’acqua comprese tra 91 ºC e 96 ºC e una pressione di 9 bar. Lo stesso test è stato eseguito con piastre stampate in 3D in PETg, PCTG, PC, PEEK e PVDF, oltre a piastre fresate in PPSU.

Solo tre materiali hanno superato i 120 cicli senza deformarsi: PPSU, PEEK e PEN-HF. Altri poliestere come PETg e PCTG hanno resistito rispettivamente 1 e 5 cicli, mentre il PC solo 5 cicli.

Figura 4: Numero di cicli completati con successo prima della deformazione. Fonte: FLXR Engineering.

Inoltre, i pezzi stampati in PEN-HF non solo rappresentano un’alternativa funzionale alle piastre in PEEK o PPSU, ma offrono anche un prezzo competitivo, con un risparmio dei costi dal 33 % al 45 % rispetto al PPSU.

Tabella 1: Confronto dei costi di produzione. Fonte: Filament2Print.com.

Vantaggi oltre al costo

Il nuovo processo produttivo tramite stampa 3D con PEN-HF non solo consente di realizzare piastre di distribuzione durevoli, economiche, inerti e resistenti alla corrosione, ma porta anche a un minore impatto di CO2, una catena di fornitura più flessibile e maggiori possibilità di ottimizzazione e personalizzazione.

PEN-HF rappresenta un’alternativa economica, efficiente e più facile da stampare rispetto ad altri materiali tecnici comuni, spesso più costosi e difficili da lavorare. Non richiede stampanti 3D industriali o ad alta temperatura, è conforme alle normative europee e FDA per il contatto alimentare e offre resistenza meccanica, termica e chimica impareggiabile nella sua fascia di prezzo.