Soluzioni termiche per l’industria automobilistica: dal pre-riscaldo alla polimerizzazione delle vernici

La trasformazione dell’industria automobilistica, spinta da elettrificazione, nuovi materiali e obiettivi di decarbonizzazione, sta cambiando in profondità anche i processi termici: pre-riscaldo, essiccazione e polimerizzazione delle vernici sono oggi aree strategiche per ridurre consumi energetici, aumentare la produttività e migliorare la qualità del prodotto finito.

Per responsabili di stabilimento, direttori di produzione, energy manager e tecnici di processo, comprendere come ottimizzare la gestione del calore – in particolare attraverso sistemi radianti a infrarossi – è diventato un fattore competitivo determinante, soprattutto in contesti caratterizzati da alti volumi, cicli just-in-time e crescente pressione sui costi energetici.

Scenario: perché il calore è diventato una questione strategica in automotive

Negli impianti automobilistici, dal body shop alla verniciatura finale, il calore è presente in tutte le principali fasi di trasformazione: pre-riscaldo di lamierati e componenti plastici, essiccazione di primer e sigillanti, curing e polimerizzazione delle vernici, stabilizzazione di compositi e colle strutturali. Per decenni tali operazioni sono state gestite con forni convenzionali a convezione, spesso sovradimensionati e con scarsa regolazione fine.

Negli ultimi anni tre dinamiche hanno reso questo approccio sempre meno sostenibile:

• Schock energetico e volatilità dei prezzi: l’aumento dei costi del gas e dell’elettricità in Europa dal 2021 in poi ha reso evidente quanto i processi termici incidano sul conto economico di uno stabilimento.

• Pressione regolatoria su emissioni e consumi: gli obiettivi di neutralità climatica al 2050, tradotti in normative su efficienza energetica e riduzione delle emissioni, spingono a rivedere impianti e tecnologie di generazione del calore.

• Nuovi materiali e cicli produttivi: la diffusione di componenti in plastica, compositi, vernici ad alto solido, sistemi multistrato e processi per veicoli elettrici richiede curve di temperatura più controllate e uniformi.

In questo contesto si sono diffusi in modo crescente i sistemi radianti ad infrarossi, in particolare nella forma di pannelli radianti modulari, capaci di trasferire energia in modo diretto al pezzo da trattare, riducendo la dipendenza dall’aria come fluido di trasporto del calore.

Dati e statistiche: il peso dei processi termici nella verniciatura auto

Secondo analisi di settore condotte su impianti di verniciatura per autoveicoli in Europa, la catena paint-shop rappresenta spesso la singola area più energivora in stabilimento, con quote che possono raggiungere il 40–60% dei consumi totali di energia termica e una parte rilevante di quella elettrica. Un report dell’International Energy Agency sulle industrie energivore evidenzia come i processi di trattamento termico e asciugatura nelle filiere manifatturiere possano pesare intorno a un terzo del fabbisogno di calore complessivo.

Nel settore automotive, diversi studi industriali interni a costruttori e fornitori di primo livello hanno rilevato che:

• la fase di cataforesi e verniciatura, inclusi i forni di essiccazione e polimerizzazione, può incidere per oltre il 20% sui costi operativi complessivi dello stabilimento;

• l’efficienza energetica dei forni tradizionali a convezione, in assenza di ottimizzazioni, resta spesso compresa tra il 30 e il 50%, con perdite significative per irraggiamento e spinta d’aria non necessaria;

• gli interventi di revamping con sistemi ad infrarossi hanno portato in vari casi industriali a riduzioni dei consumi di energia termica nell’ordine del 20–40% per le fasi di essiccazione localizzate, secondo dati diffusi da associazioni tecniche e cluster della verniciatura industriale.

In Italia, le imprese manifatturiere energivore che includono trattamenti termici sono state identificate più volte come target prioritario per politiche di efficienza energetica; i dati dell’ENEA sul risparmio energetico industriale mostrano che interventi su forni, essiccatoi e sistemi di generazione del calore rientrano sistematicamente tra le prime voci di intervento per kWh risparmiati.

Sebbene non esista una statistica unica dedicata alla sola verniciatura automotive, le evidenze convergono su un punto: ogni punto percentuale di efficienza termica recuperata nella catena di verniciatura ha un impatto diretto e non trascurabile sul costo per veicolo prodotto.

Dalla convezione ai raggi infrarossi: cosa cambia nel processo termico

Nei forni tradizionali a convezione, il calore viene trasferito al componente tramite un flusso d’aria calda, che cede energia per contatto; il controllo fine della curva di temperatura è possibile ma richiede volumi d’aria rilevanti, ricircoli, ventilatori e sistemi di regolazione complessi. L’inerzia termica di questi sistemi è elevata e gli avviamenti sono lenti.

I sistemi a infrarossi, al contrario, si basano sulla radiazione: energia emessa da una superficie calda (il pannello radiante) che viene assorbita direttamente dal pezzo. Questo consente:

• tempi di risposta più rapidi (il pannello raggiunge la temperatura operativa in tempi più brevi);

• maggiore selettività (si scalda il pezzo, non il volume di aria circostante);

• opzioni di integrazione modulare in punti mirati della linea (pre-riscaldo di aree specifiche, post-curing localizzati, ritocchi).

Un aspetto cruciale per l’industria automobilistica è la possibilità di adattare la lunghezza d’onda della radiazione IR al tipo di materiale e di vernice. Le frequenze medie e lunghe sono spesso più efficaci per rivestimenti e supporti metallici, garantendo una penetrazione e un profilo di temperatura più adatti alla polimerizzazione controllata di primer, basi e trasparenti.

Pre-riscaldo, essiccazione e polimerizzazione: le applicazioni chiave in automotive

Pre-riscaldo dei componenti e gestione delle differenze di massa

Una delle criticità tipiche nelle linee di verniciatura automotive è l’eterogeneità dei componenti: parti con masse diverse, combinazioni metallo–plastica, zone spesse accanto a elementi sottili. Il rischio è generare gradienti di temperatura tali da compromettere adesione e uniformità di finitura.

Il pre-riscaldo localizzato tramite pannelli IR consente di “preparare” le zone più fredde o più massicce, in modo da ridurre le differenze termiche all’ingresso del forno principale. Questo si traduce in:

• maggiore omogeneità di essiccazione;

• minori difetti di texture superficiale;

• possibilità di ridurre il tempo di permanenza nel forno principale, con guadagno di capacità produttiva.

Essiccazione di primer, sigillanti e colle strutturali

Nelle fasi intermedie – sigillatura dei giunti, applicazione di primer, stesura di sigillanti e colle strutturali – la rapidità e la ripetibilità dell’essiccazione sono determinanti per non rallentare la linea. L’infrarosso permette di indirizzare energia su zone specifiche, seguendo geometrie complesse tipiche della carrozzeria e dei sottoassiemi.

Si tratta di un ambito in cui le tecnologie IR hanno dimostrato un potenziale di riduzione dei tempi di essiccazione significativo, con vantaggi non solo energetici, ma anche logistici: minori accumuli intermedi, spazi ridotti per stazioni di attesa, minore rischio di danni da movimentazione dei componenti ancora “freschi”.

Polimerizzazione delle vernici e qualità estetica

La fase di curing e polimerizzazione delle vernici è una delle più delicate in termini di qualità percepita dal cliente finale. Difetti come buccia d’arancia, colature, variazioni di gloss o differenze cromatiche possono dipendere anche da un controllo termico non ottimale.

L’utilizzo di moduli IR, integrati a monte o a valle dei forni a convezione, consente di “modellare” la curva di temperatura, garantendo:

• una salita in temperatura più rapida ma controllata, utile per vernici ad alto solido;

• il mantenimento di soglie minime di temperatura su zone critiche della scocca;

• una riduzione dei difetti legati a bagnabilità e tensione superficiale, grazie a una gestione più precisa della finestra termica di polimerizzazione.

Rischi e criticità se non si interviene sui processi termici

Trascurare l’ottimizzazione dei sistemi di riscaldamento e dei cicli termici in un impianto automobilistico comporta una serie di rischi, non solo economici.

In primo luogo, il rischio di inefficienza strutturale: forni vecchi, non coibentati in modo adeguato, senza controllo puntuale delle curve e dotati di sistemi di generazione del calore poco efficienti, tendono a cristallizzare livelli di consumo elevati come “nuovo standard”. In una fase di alti prezzi dell’energia, questo può comprimere i margini operativi in modo permanente.

In secondo luogo, vi è un rischio di perdita di capacità produttiva effettiva. Cicli troppo lunghi, temperature non uniformi e difficoltà di controllo possono portare i responsabili di impianto ad allungare i tempi di permanenza nei forni per “stare sicuri”, riducendo così il numero di scocche ovvero di componenti trattati per ora. Tale scelta, sebbene prudenziale, ha un costo in termini di saturazione della linea e ritorno sull’investimento.

C’è poi un rischio meno evidente ma cruciale: quello di incoerenza qualitativa. Il cliente finale percepisce le micro-differenze di brillantezza, uniformità o tono colore tra diverse parti del veicolo, soprattutto con vernici metallizzate e finiture speciali. Una gestione termica non uniforme alimenta il rischio di difetti che, anche se entro tolleranza tecnica, minano la percezione di qualità.

Infine, va considerato il rischio regolatorio e reputazionale. In uno scenario in cui le emissioni di CO₂, gli standard di efficienza energetica e l’uso di combustibili fossili sono oggetto di crescente monitoraggio, mantenere processi termici obsoleti espone l’impresa a difficoltà future di conformità e di narrazione verso stakeholder, clienti e investitori.

Opportunità e vantaggi nell’adozione di sistemi radianti a infrarossi

L’adozione di soluzioni basate su pannelli radianti a infrarossi, integrate in modo mirato nelle linee di verniciatura e assemblaggio, offre una serie di opportunità concrete per l’industria automobilistica.

Riduzione dei consumi energetici e tempi ciclo

La capacità di trasferire calore in modo diretto alla superficie del pezzo consente, in molti casi, di ridurre sia il tempo di trattamento sia la potenza installata effettivamente necessaria. Studi di casi industriali mostrano che l’integrazione di moduli IR per pre-riscaldo o post-curing può permettere riduzioni dei tempi di permanenza nei forni principali nell’ordine del 10–30%, a parità di risultato qualitativo.

Combinando questo con un miglior controllo della potenza emessa dai pannelli (tramite regolazioni in frequenza o controllo a zone), il bilancio energetico complessivo della linea migliora in modo significativo, con payback time che, nei progetti meglio progettati, può collocarsi in un orizzonte di pochi anni.

Maggiore flessibilità produttiva

Le architetture modulabili dei sistemi IR consentono di riconfigurare in modo relativamente rapido il layout termico della linea in risposta a nuovi modelli, varianti di allestimento, passaggio a nuovi cicli di vernicitura o introduzione di componenti specifici (ad esempio parti dedicate ai veicoli elettrici).

Questa flessibilità riduce il rischio di “lock-in tecnologico” tipico dei grandi forni a convezione monoblocco, che possono risultare poco adattabili a cambiamenti di gamma prodotti o mix di materiali.

Qualità e ripetibilità dei risultati

L’infrarosso, se correttamente ingegnerizzato, aumenta la ripetibilità dei processi termici. Il trasferimento diretto di energia e la minore influenza delle condizioni dell’aria ambiente rendono più semplice mantenere curve di temperatura costanti nel tempo e nello spazio, riducendo la variabilità tra lotti o turni diversi.

In aggiunta, la natura “superficiale” del riscaldamento IR, quando ben tarata, consente di contenere le tensioni termiche interne al componente, utile soprattutto nel trattamento di particolari plastici e compositi, riducendo deformazioni e stress residui.

Quadro normativo ed evoluzioni regolatorie rilevanti

Anche se le norme non citano in modo diretto i pannelli radianti o le specifiche tecnologie IR, definiscono il contesto entro cui queste soluzioni assumono valore strategico.

In ambito europeo, il pacchetto per la transizione energetica richiede agli Stati membri di migliorare in modo sostanziale l’efficienza nel settore industriale; in molti Paesi, inclusa l’Italia, ciò si traduce in obblighi di diagnosi energetica periodica per le imprese sopra determinate soglie di consumo, nonché in schemi di incentivazione per interventi di efficienza sui processi termici.

Per gli impianti di verniciatura automotive rilevanti ai fini delle emissioni di composti organici volatili (COV), le direttive e le normative nazionali relative al controllo delle emissioni impongono limiti stringenti e spesso richiedono investimenti sia sui sistemi di trattamento dell’aria eseusta sia sull’ottimizzazione dei processi a monte, per ridurre al minimo i volumi da trattare.

In questo contesto, l’integrazione di sistemi IR che riducono la necessità di portare grandi volumi d’aria a temperature elevate può contribuire, indirettamente, a contenere anche le dimensioni e il fabbisogno energetico degli impianti di abbattimento, migliorando il profilo complessivo di conformità normativa.

Dal punto di vista della sicurezza sul lavoro, l’utilizzo di pannelli IR richiede naturalmente il rispetto delle normative tecniche per impianti industriali (es. temperature superficiali accessibili, protezioni fisiche, sistemi di controllo e interblocco), ma non introduce, se correttamente progettato, problematiche aggiuntive rispetto ai forni convenzionali; anzi, la riduzione di volumi d’aria calda in movimento può semplificare alcuni aspetti legati a rischi di contatto accidentale con flussi ad alta temperatura.

Indicazioni operative per imprese automobilistiche e fornitori

Per le aziende che intendono ripensare o ottimizzare i propri processi termici, in particolare nelle fasi di pre-riscaldo ed essiccazione/polimerizzazione delle vernici, emergono alcune linee guida operative.

1. Mappare in modo dettagliato i profili termici di linea

Il primo passo consiste nel costruire una “mappa termica” della linea esistente: tempi di permanenza, temperature effettivamente raggiunte sulle superfici dei pezzi, distribuzione delle temperature in diverse zone della scocca o del componente. Ciò richiede una combinazione di misure in linea (termocoppie applicate ai pezzi, telecamere termiche) e dati storici di processo.

Senza questa base, ogni intervento rischia di essere guidato da percezioni anziché da evidenze, rendendo più difficile quantificare i benefici di eventuali soluzioni IR.

2. Identificare i “colli di bottiglia termici”

Non tutti i forni o le stazioni di essiccazione hanno lo stesso impatto sul ciclo complessivo. È utile individuare:

• le tratte in cui i tempi di essiccazione determinano il passo linea;

• le fasi in cui si verificano più scarti o rilavorazioni per difetti di vernice;

• i punti caratterizzati da maggior consumo energetico specifico per pezzo.

Queste aree sono spesso le candidate ideali per l’integrazione di moduli IR, ad esempio per pre-riscaldo o per una finitura termica più controllata.

3. Valutare soluzioni modulari e progressive

In molti casi non è necessario – né economicamente opportuno – sostituire integralmente i forni esistenti. Un approccio graduale può prevedere:

• l’installazione di moduli IR in punti specifici (ingresso o uscita dei forni, stazioni di ritocco);

• progetti pilota su singole linee o family di componenti particolarmente critici;

• una progressiva estensione delle soluzioni radianti nelle aree dove il ritorno sull’investimento si dimostra più rapido.

Questo approccio riduce il rischio di fermate prolungate dell’impianto e consente di costruire un know-how interno progressivo sulla gestione dei processi IR.

4. Integrare il tema energetico con quello della qualità

Nelle valutazioni tecnico-economiche, il beneficio energetico non deve essere l’unico parametro. Gli effetti su qualità, scarti, rilavorazioni e tempi logistici hanno spesso un impatto economico cumulato paragonabile, se non superiore, al risparmio diretto di kWh.

Per questo, è opportuno definire sin dall’inizio indicatori di performance multipli: consumo energetico per veicolo, tasso di difetti superficiali, tempo medio di attraversamento della linea, stabilità cromatica nel tempo.

Il ruolo dei fornitori di pannelli radianti a infrarossi per l’industria

Il successo di un progetto di ottimizzazione termica non dipende solo dalla scelta della tecnologia, ma anche dalla capacità di integrarla nel contesto specifico di ciascuna linea. I fornitori di pannelli radianti a infrarossi per l'industria orientati al settore automotive operano sempre più come partner tecnologici, in grado di supportare le aziende in fasi quali analisi preliminare, studio termico, definizione del layout, retrofit di impianti esistenti e formazione degli operatori.

Una collaborazione efficace consente di progettare sistemi che tengano conto non solo delle esigenze di oggi, ma anche delle possibili evoluzioni di gamma prodotto, materiali, cicli di verniciatura e obiettivi di riduzione delle emissioni lungo l’intero ciclo di vita dello stabilimento.

FAQ: domande frequenti sulle soluzioni termiche a infrarossi in automotive

I sistemi a infrarossi possono sostituire completamente i forni tradizionali?

In alcuni casi specifici e per determinati componenti è possibile una sostituzione completa, ma nella maggior parte degli impianti automotive l’approccio più efficace è ibrido: integrazione di moduli IR per pre-riscaldo, essiccazioni intermedie o finitura termica, mantenendo i forni a convezione come backbone del processo. Questo consente di ottimizzare prestazioni ed economie complessive.

Le vernici e i cicli esistenti devono essere cambiati per adottare l’infrarosso?

Non necessariamente. Molte vernici e cicli attualmente in uso sono compatibili con il riscaldamento IR, spesso con benefici in termini di controllo della curva di polimerizzazione. È però importante eseguire test preliminari in collaborazione con i fornitori di vernici per verificare eventuali adattamenti di tempo-temperatura e garantire la conformità alle specifiche del costruttore.

L’adozione di sistemi IR è sostenibile anche per fornitori di componenti di dimensioni medio-piccole?

Sì, purché il progetto sia calibrato sulla scala produttiva effettiva. Soluzioni modulari e impianti compatti permettono anche a fornitori di Tier 1 e Tier 2, con volumi più contenuti rispetto a un OEM, di ottenere risparmi energetici e miglioramenti di qualità, con investimenti proporzionati e tempi di ritorno ragionevoli.

Conclusioni: il calore come leva competitiva nella transizione dell’industria automobilistica

La transizione in atto nell’industria automobilistica non riguarda solo piattaforme, motorizzazioni e servizi digitali, ma anche l’infrastruttura produttiva che rende possibile la realizzazione dei veicoli. In questo quadro, i processi termici di pre-riscaldo, essiccazione e polimerizzazione delle vernici passano da funzione “di servizio” a vero e proprio fattore strategico.

Intervenire oggi sull’efficienza e sulla flessibilità di tali processi, integrando tecnologie radianti a infrarossi in modo mirato e progettato, consente alle imprese del settore – dai costruttori ai fornitori di componenti – di ridurre consumi ed emissioni, migliorare la qualità del prodotto, aumentare la capacità produttiva e prepararsi a un contesto normativo e competitivo sempre più esigente.

Per le aziende che intendono avviare o accelerare questo percorso, un confronto strutturato con partner tecnici specializzati nei sistemi termici per l’industria automobilistica rappresenta il passo naturale successivo, per tradurre obiettivi di efficienza e qualità in soluzioni impiantistiche concrete e misurabili nel tempo.