Numero 40 - Giugno 2016 by Tecnedit Edizioni

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anno XI - numero 40

ISSN 2499-6890

Organo ufficiale di Assocompositi

giugno 2016

L’AFFIDABILITà è NEllA NosTrA NATurA. Su qualunque progetto, lo staff di Lamiflex ha la competenza necessaria per interfacciarsi con il cliente, lavorando in sinergia per l’ottimizzazione delle geometrie, il dimensionamento e lo sviluppo di ogni particolare tecnico.

settore dei rulli, dove Lamiflex impiega con abilità il filament winding, tecnologia a elevato livello di automazione che

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ph. Fabio Cattabiani

moma comunicazione _ bg

L’AFFIDABILITà

Editoriale

Prof. Roberto Frassine, Presidente Assocompositi

A plan for European circular economy

Un piano europeo per l’economia circolare

To calculate the environmental impact of the products in composites becomes a key issue from the point of view of the new circular economy package launched by the European Commission. The linear chain of the economy as we have known since the industrial revolution (ie extraction-production-waste), evolves in a cyclical pattern that is constantly renewed and that has its roots in the famous three R’s: reduce, reuse and recycle. This is the circular economy model that focuses on the sustainability of the system, in which there are no waste products and materials are constantly reused. The model is that of ’upcycling’ that means to convert waste and recycled products in superior quality goods. The new 2016-2019 EC package has also incorporated a wider range of activities such as reuse, repair and new business models based for example on collaboration and on growth based on efficiency. The project aims to preserve the value of European products, material and economic resources for as long as possible, while minimizing the production of waste. Since composite materials are much benefited from this economic setting, their sustainability will increasingly represent a key aspect for the future of our industry. EuCIA is working ever since to provide instruments that enable companies to seize these opportunities. The latest example is the release of a free tool for eco-design with composite materials.

Calcolare l’impatto sull’ambiente dei prodotti in compositi diventa una questione fondamentale nell’ottica del nuovo pacchetto di economia circolare varato dalla Commissione Europea. La catena dell’economia lineare come l’abbiamo conosciuta dai tempi della rivoluzione industriale (ovvero estrazione-produzione-rifiuto), evolve in un modello ciclico che si rinnova continuamente e che affonda le sue radici nelle famose tre R: riduci, riusa e ricicla. È il modello dell’economia circolare che pone al centro la sostenibilità del sistema, in cui non ci sono prodotti di scarto e le materie vengono costantemente riutilizzate. Il modello è quello dell’upcycling che consiste nel trasformare rifiuti e materiali di recupero in prodotti di qualità superiore. Il nuovo pacchetto 2016-2019 della Commissione europea ha inoltre incorporato una più ampia gamma di attività quali il riuso, la riparazione e nuovi modelli di business fondati per esempio sulla collaborazione e su una crescita basata sull’efficienza. Il progetto ha l’obiettivo di preservare il valore dei prodotti europei, dei materiali e delle risorse economiche il più a lungo possibile, riducendo al minimo la produzione di rifiuti. Poiché i materiali compositi risultano molto avvantaggiati da questa impostazione economica, la loro sostenibilità rappresenterà sempre più un aspetto chiave anche per il futuro della nostra industria. EuCIA sta lavorando da tempo per fornire strumenti che consentano alle aziende di cogliere queste opportunità. L’ultimo esempio è il rilascio di un tool gratuito per l’eco-progettazione con i materiali compositi.

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Sommario

Anno XI – Numero 40 Year XI – Issue 40 Giugno 2016 June 2016 Periodicità trimestrale Quarterly review abbonamento Italia € 25,00 abbonamento Estero € 50,00 una copia € 7,00

EDITORIALE

VITA ASSOCIAZIONE Compositi termoplastici

6 8

per alleggerimento veicolo Il progetto regionale Drapò Thermoplastic composites for the carriers lightening The Drapò Project Giorgio Boero Trattamenti laser di nanocompositi CNT per applicazione interno veicolo Laser treatments of CNTnanocomposites for interiors applications in the automotive sector Marco Monti, Marta Zaccone, Antonino Veca, Giorgio Boero, Pasquale Iacobone, Enrico Parola

Zenos Cars Soluzioni estetiche e strutturali Zenos Cars Aesthetic and structural functions

Hyundai e il progetto Intrado Hyundai and the Intrado

È sempre giorno in GSI

24 27

La fibra di carbonio verso la produzione industriale Dall’idea al prodotto finito

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29 30

Dalla telefonia alle quattro ruote

VETRINA Produttività, affidabilità, modularità e sicurezza

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32 34 36

Uso di carta macinata di riciclo in compositi in matrice HDPE Use of recycled milled-paper in HDPE matrix composites Alessia Quitadamo, Jacopo Tirillò, Marco Valente, Carlo Santulli

Incollaggio di component in fibra di carbonio Adhesive bonding of carbon fibers Giacomo Rigoni e Fabrizio Dragoni

Il rinforzo delle volte in laterizi con sistemi SRG Gianmarco De Felice e Stefano De Santis

Il buono del grande, il buono del piccolo

57 60

Pubblicità e Marketing via Delle Foppette, 6 20144 Milano – Italy tel. +39 0236517115 fax. +39 0236517116 e-mail: marketing@tecneditedizioni.it Impaginazione Layout Andrea Mantica Stampa - Printed by Bonazzi grafica - Sondrio

Additive manufacturing e compositi a matrice metallica Additive manufacturing and metal matrix composites Paolo Fino, Elisa Paola Ambrosio, Flaviana Calignano, Massimo Lorusso, Diego Manfredi, Sara Biamino, Matteo Pavese, Daniele Ugues

È vietata la riproduzione, anche parziale, senza l’autorizzazione della casa editrice Reproduction even partial is forbidden, without the permission of the publisher Direttore responsabile Publishing manager Liliana Pedercini

64 66

VETRINA La nuova miglior tecnologia per il Simulator-Driven Design

VETRINA Analisi numerica del processo RTM per la manifattura di strutture reticolari Numerical analysis of the RTM process for the manufacture of Multigrid Lattice Structures Marco Regi e Francesco Sintoni

68 71

Compositi e sostenibilità protagonisti a Bruxelles

A&T 2016 spicca il volo

80 80

Un concentrato di alta tecnologia all’insegna della ripresa

Registrazione al tribunale di Milano n. 189 del 20/03/2006

Coordinamento di redazione Editing Co-ordination Anna Schwarz Sandra Sisinni Ufficio Commerciale Sales office Sara Sturla Comitato Tecnico – Scientifico Technical Scientific Committee Luigi Ascione Andrea Benedetti Roberto Frassine Alfonso Maffezzoli Orazio Manni Mario Marchetti Claudio Migliaresi Carlo Poggi Marino Quaresimin Andrea Ratti Giuseppe Sala Antonino Valenza Maurizio Vedani A questo numero hanno collaborato Contributors Elisa Paola Ambrosio Sara Biamino Giorgio Boero Flaviana Calignano Gianmarco De Felice Stefano De Santis Fabrizio Dragoni Paolo Fino Fabrizio Gindre Peter Hohl Pasquale Iacobone Massimo Lorusso Diego Manfredi Giovanni Manni Marco Monti Enrico Parola Matteo Pavese Stefano Maria Profeti Alessia Quitadamo Giacomo Rigoni Carlo Santulli Jacopo Tirillò Daniele Ugues Marco Valente Antonino Veca Marta Zaccone

Scuola estiva compositi 2016

Assocompositi, in collaborazione con Università di Salerno e SAMPE Italia, organizza dal 6 all’8 settembre 2016 la quarta edizione della Scuola Estiva sui materiali compositi. La scuola è rivolta a studenti, ricercatori, tecnici e progettisti con preparazione tecnica sui materiali compositi, interessati ad approfondire le proprie competenze su proprietà, tecnologie di processo, progettazione e nuove applicazioni. La Scuola si tiene presso il Grand Hotel Salerno e include una visita aziendale presso Tecno Tessile Adler (TTA) di Airola (BN) dove viene prodotta la monoscocca in carbonio dell’Alfa Romeo 4C. La Scuola sarà seguita, il 9 settembre, dalla 3a Edizione Giornata sul Grafene e Ossido di Grafene, organizzata dall’Università di Salerno e dal Consorzio Interuniversitario di Scienza e Tecnologia dei Materiali. Comitato organizzatore: Luigi Ascione (Università di Salerno), Luciano Feo (Università di Salerno), Roberto Frassine (Politecnico di Milano), Gaetano Guerra (Università di Salerno), Loredana Incarnato (Università di Salerno), Alfonso Maffezzoli (Università del Salento). Il modulo di iscrizione è disponibile nel sito www.assocompositi.it e dovrà pervenire alla Segreteria organizzativa entro il 31 luglio 2016. Dalle quote sono esclusi i pasti e la sistemazione alberghiera. Early Bird (entro il 1º luglio)

Regular

Aziende e professionisti

350 €

500 €

Soci Assocompositi, AIMAT, SAMPE

250 €

350 €

150 €

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QUOTE DI ISCRIZIONE PER 3 GIORNI (IVA esenti)

Università (dottorandi e studenti) *la quota ridotta è estesa anche a tutti i partecipanti al Convegno “Nanocompositi con Grafene”

ONE DAY REGISTRATION Quota sponsor sessione tematica comprensiva di due quote di iscrizione individuali per tre giorni, logo in evidenza in tutta la comunicazione dell’evento, brochure inserita nel kit di benvenuto della Scuola.

Nuovi Soci

Compositi

6 SETTEMBRE – COSTRUZIONI 14:00-15:00 Attuale quadro normativo sugli interventi di rinforzo strutturale con materiali compositi fibrorinforzati – Prof. Luigi Ascione (Università di Salerno) 15:00-16:00 Guardando un po’ più avanti: verso un Eurocodice strutturale sulle costruzioni interamente realizzate con materiali compositi- Prof. Luigi Ascione (Università di Salerno) 16:00-16:30 Coffee break 16 :30-17:30 Applicazione di compositi fibrorinforzati per rivestimenti di facciata e strutture temporanee – Ing. Guglielmo Carra (Arup Italia) 17:30-18:00 Case history – Mapei 18:00-18:30 Miglioramento sismico di un edificio scolastico utilizzando sistemi compositi inorganici innovativi (PBO-FRCM) con fibre polimeriche ad alte prestazioni – Ing. Giovanni Mantegazza, Ruredil 7 SETTEMBRE – TECNOLOGIE E PROGETTAZIONE 9:30-10:30 Autoclave curing – Prof. Alfonso Maffezzoli (Università del Salento) 10:30-11:00 Case history aerospace 11:00-11:30 Coffee break 11:30-12:30 Approcci attivi e passivi per l’adattamento di forma di strutture leggere in composito – Prof. Paolo Ermanni (ETH Zurich) 12:20-13:00 Tecniche di riparazione di compositi - Ing. Inserra (consulente) 14:30-15:30 Progettazione strutturale: dai componenti al laminato – Prof. Valter Carvelli (Politecnico di Milano) 15:30-16:00 Controlli non distruttivi sui compositi:ultimi sviluppi di microradiografia, tomografia e shearografia – Ing. Claudio Cappabianca (consulente) 16:00-16:30 Case study – Magnaghi Aeronautica 8 SETTEMBRE – MATERIALI INNOVATIVI

150 €

1.000 € +IVA

Siamo lieti di dare il benvenuto a 2 nuovi Soci ordinari: Nuova Sguassero Srl, da oltre 50 anni produttori di manufatti in vetroresina/PRFV (www.nuovasguassero. it); Fondazione ITS, una scuola post-diploma ad elevato profilo che ha come finalità la formazione di tecnici in aree tecnologiche strategiche (www.fondazioneits.org).

PROGRAMMA PRELIMINARE

9 :30-10 :30 Tutorial su grafiti, nerofumo e grafene – Prof. Gaetano Guerra (Università di Salerno) 10:30- 11:00 Case history 11:00-11:30 Coffee break 11:30-12:30 Nanocompositi polimerici termoplastici: principi e tecnologie di miscelazione – Prof. Loredana Incarnato (Università di Salerno) 12:30-13:00 Case history – CIRA Centro Italiano Ricerche Aerospaziali Nel pomeriggio visita TTA Adler Group (Airola, BN)

Assemblea dei Soci 2016

Informiamo che lo scorso 25 maggio si è tenuta a Milano l’Assemblea ordinaria dei Soci. Oltre all’approvazione dei bilanci, sono stati pianificati gli eventi e le attività 2016-2017. Altre informazioni sono disponibili per i Soci presso la nostra Segreteria.

Pronta la versione trial del Tool LCA compositi

È stata da poco resa disponibile nel sito www.eucia.eu la versione trial dello EcoCalculator, l’innovativo tool che consente agli utenti di misurare l’impatto ambientale dei compositi.

Offerta Padiglione Italia a Composites Europe 2016

Fastened for performance

Sono ancora aperte le iscrizioni al Padiglione Italia coordinato da Assocompositi nell’ambito della prossima edizione di Composites Europe (Düsseldorf, 29 novembre – 1º dicembre). L’offerta include sconti per i nostri Soci con una tariffa Early Bird estremamente vantaggiosa per prenotazioni entro giugno. Il Padiglione avrà come sempre una Lounge Area comune interna con servizio hostess e bar gratuito. Il layout dell’area e i dettagli dell’offerta possono essere richiesti alla nostra Segreteria (info@assocompositi.it).

Seminario tecnico a Compotec 2016

Assocompositi ha organizzato nel corso dell’ultima edizione di Compotec il seminario tecnico gratuito “Compositi e sostenibilità”. L’evento ha riscosso un grande successo con oltre 60 partecipanti. Nel corso del seminario si è trattato dell’importanza dell’analisi LCA, dei benefici a lungo termine nell’utilizzo di materiali compositi e delle soluzioni sostenibili che hanno apportato in molti dei settori industriali più produttivi come i trasporti, le costruzioni, le infrastrutture e l’energia. Tra gli oratori delegati di EuCIA, BiinC, Gees Recycling e Cannon-Afros. Le presentazioni possono essere richieste alla Segreteria.

JEC World 2016

Assocompositi ha coordinato anche per quest’anno il Padiglione Italia all’interno della nuova edizione di JEC World che si è svolta dall’8 al 10 marzo presso la Fiera Paris Nord Villepinte. L’area italiana, situata nella Hall 5a, ha riscosso un grande successo di visitatori e ha ospitato i soci CEL Components, Duna-Corradini, F.IN.CO, Mates Italiana, Park Lab e Vetorix. La superficie espositiva dello Show ha raggiunto 62mila metri quadrati, con 1.300 espositori, mentre l’afflusso ha segnato un nuovo record con 36.946 visitatori. L’appuntamento con il nostro Padiglione Italia è per il 2017 dal 14 al 16 marzo.

CALENDARIO PROSSIMI EVENTI Fiere

Conferenze

Composites Thailand 19-22 giugno, Tailandia

Flow processing in composites materials 6-9 giugno, Giappone

Composites Innovation 2016 22-23 giugno, UK Farnborough International Airshow 11-17 luglio, UK China Composite Expo 2016 31 agosto-2 settembre, Cina SPE ACCE 2016 7-9 settembre, USA SAMPE Europe 2016 13-15 settembre, Francia Experience Composites 21-23 settembre, Germania WindEnergy Hamburg 27-30 settembre, Germania

International Symposium on Structural Composites 8-9 giugno, Francia ECCM17 26-30 giugno, Germania SCUOLA ESTIVA ASSOCOMPOSITI 6-8 settembre, Italia 3a Edizione Giornata sul Grafene e Ossido di Grafene 9 settembre, Italia

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Giorgio Boero – Centro Ricerche Fiat – Group Materials Labs

Compositi termoplastici per alleggerimento veicolo Il progetto regionale Drapò

ualsiasi sia il tipo di propulsione ed il tipo di vettore per il trasporto, qualsiasi incremento di efficienza nello sfruttamento dell’energia primaria, sintetizzato molto spesso con l’acronimo anglosassone WTW (Well To Whell ovvero efficienza dal pozzo alla ruota), passa dall’alleggerimento dei vettori per il trasporto allo sviluppo delle tecnologie di produzione ad esso correlate. L’obiettivo, quindi, è creare le condizioni affinché nuovi materiali e nuovi processi di produzione possano essere utilizzati in applicazioni automotive per migliorare l’efficienza energetica complessiva e le prestazioni del veicolo e possano essere integrati in modo competitivo nel contesto delle filiere e dei sistemi produttivi esistenti. La riduzione del peso è il metodo più diretto per ridurre il consumo di carburante e di conseguenza le emissioni dei mezzi di trasporto. Si stima che una riduzione del 10% di peso porti ad una riduzione di carburante di circa il 7% e questo comporta che per ogni kg di peso risparmiato si riduca di circa 20 kg l’emissione annua di CO2. Questo legame, ben noto ai costruttori di automobili, ha portato in questi anni alla sostituzione, dove possibile, in termini tecnici ed economici, dei componenti in acciaio in componenti in alluminio, magnesio, compositi e schiume. L’applicazione di nuovi tipi di materiali necessita di una riprogettazione dei componenti e lo sviluppo delle necessarie tecnologie per il loro impiego in modo economico, sicuro, considerando anche le problematiche di riciclabilità a fine vita dei materiali utilizzati. Per quanto riguarda i materiali polimerici, in Europa e negli Stati Uniti, la produzione dei compositi a matrice polimerica sta passando da una fase in cui le applicazioni erano principalmente orientate a nicchie di mercato ad elevato valore ag-

Compositi

giunto (aerospaziale e aeronautico ecc.) ad un’altra in cui i settori tradizionali affiancano, con applicazioni meno sofisticate e produzioni di massa, settori come quello automobilistico e dei beni comuni. Alcune finalizzazioni sul prodotto possono essere: • compositi termoplastici ad elevate prestazioni ed alta riciclabilità primariamente per l’alleggerimento di parti mobili, nonché per componenti assemblati separatamente dalla scocca, quali frontend, traverse paraurti, parafanghi, finizioni esterne. Sono inclusi i materiali compositi con fibra di carbonio allo stu-

dio per applicazioni su medi volumi. La scelta dei materiali deve tenere in conto l’impatto sulla gestione del fine vita veicolo in termini di separazione e riciclo, privilegiando le soluzioni più efficienti da questo punto di vista e l’esistenza di “proven technologies” per il percorso di riciclo. • Compositi termoindurenti ad elevate prestazioni per alleggerimento del BIW e delle parti mobili, studiando appropriatamente la giunzione fra le parti metalliche e quelle composite. Si tratta per lo più di materiali rinforzati con fibra di carbonio, con processi produttivi adatti a larghi volumi di produzio-

ne (vedi Lamborghini Gallardo – Huracan con BIW alluminio – CFRP e nuova BMW i3 con BIW e carrozzerie in CFRP). Altri esempi sono parti semi strutturali come sedili prodotti con resine termoindurenti e rinforzo a fibra corta (non solo carbonio) con processo di stampaggio, strutture di assorbimento energia in CFRP che sfruttino le caratteristiche non paragonabili a materiali metallici tradizionali nell’assorbimento dell’energia durante gli urti. Negli ultimi tempi, sta riscuotendo rinnovato interesse l’uso di laminati in resina termoplastica fibro-rinforzati. Questi materiali, sebbene non ancora utilizzabili in applicazioni interamente strutturali, a causa dell’impossibilità intrinseca di lavorare su grandi spessori, possono sostituire l’acciaio in molte componenti che hanno bisogno di una certa strutturalità, e possono essere sovrastampati per ingegnerizzare il componente con nervature e longheroni. Questi laminati offrono la possibilità di essere lavorati con tecnologie di trasformazione tradizionalmente utilizzate per i polimeri termoplastici: termoformatura, stampaggio a compressione e stampaggio a iniezione. I vantaggi che se ne traggono sono molteplici. Da una parte, l’uso di tecnologie già totalmente sviluppate comporta la presenza di un tessuto industriale già pronto allo sviluppo di nuovi prodotti e quindi ad una riduzione del time-to-market. Inoltre, queste tecnologie sono da sempre intrinsecamente legate alla grande produzione e possono quindi garantire un’adeguata fornitura e supporto al settore auto, da sempre legato ai grandi numeri. Il fatto infine di usare macchinari non intrinsecamente legati ai compositi permette di saturarne l’uso all’interno delle aziende trasformatrici anche con materiali diversi per componenti non fibro-rinforzati, con vantaggi di costi e di versatilità di produzione.

IL PROGETTO Il progetto Drapò, finanziato nell’ambito della Piattaforma Automotive della Regione Piemonte, aveva l’ambizione di realizzare un nuovo concetto di automobile a minimo impatto ambientale basata su una nuova generazione di sistemi, componenti, tecnologie e materiali tecnicamente avanzati ed economicamente sostenibili e la loro integrazione a bordo per migliorare l’efficienza energetica e ridurre le emissioni inquinanti di veicoli ad uso prevalentemente urbano. Questo tipo di veicolo, caratterizzato da dimensioni, massa e costi contenuti, doveva garantire la massima efficienza sia su missioni cittadine sia in un contesto extraurbano con un profilo di utilizzo caratterizzato da velocità medie non elevate, frequenti accelerazioni e decelerazioni e fasi di sosta relativamente lunghe. Il progetto Drapò ha offerto l’opportunità di irrobustire ed accrescere la competitività della Filiera Piemontese Industriale e della Ricerca, radicandone ancor più la presenza sul territorio regionale per affermarne il ruolo di punto di riferimento a livello nazionale ed internazionale per il settore autoveicolistico. Il progetto intendeva anche essere una bandiera (Drapò è la bandiera della Regione Piemonte) per le realtà industriali regionali che operano in questo settore, aumentandone la visibilità e la competitività sia a livello nazionale che internazionale. Il progetto era finalizzato a sviluppare soluzioni tecniche innovative e sostenibili orientate a: • recupero e riutilizzo dell’energia termica e cinetica di scarto • sistemi ausiliari efficienti e strategie di controllo per una gestione efficiente dell’energia a bordo • alleggerimento, grazie a materiali polimerici compositi ad elevate prestazioni, per applicazioni strutturali ed estetiche ad elevata riciclabilità • riduzione della resistenza al moto con soluzioni aerodinamiche efficienti e sostenibili. L’attività di ricerca si focalizzava sui seguenti concetti base: • riduzione del fabbisogno energetico: - generazione efficiente e parzialmente de-carbonizzata dell’energia elettrica, recuperando parte dell’energia cinetica ed integrando un sistema di generazione fotovoltaico - elettrificazione efficiente dei sistemi ausiliari e gestione ottimizzata dell’energia elettrica grazie a sistemi di accumulo innovativi e strategie di controllo evolute. • Riduzione della resistenza al moto: - integrazione funzionale dei sistemi termici per limitare i vincoli aerodinamici e migliorare l’efficienza del propulsore e dei sistemi ausiliari - revisione del front end con soluzioni attive e passive per la riduzione del coefficiente aerodinamico. • Riduzione del peso: - materiali e tecnologie per la realizzazione di parti di carrozzerie e componenti per interni leggeri e sostenibili - processi tecnologici per l’applicazione efficace di materiali polimerici di nuova generazione. Nel progetto si è preso come veicolo di riferimento la Fiat Nuova Panda, su cui sono state realizzate alcune applicazioni prototipali. Nell’immagine si possono vedere alcune di queste applicazioni, di cui si è portata avanti un’attività di fattibilità tecnologica arrivando a realizzare dei dimostratori. Le tre applicazioni indicate sono: • un carrier in composito, che fa da alloggiamento su tetto vettura di un pannello fotovoltaico • una plancetta comandi realizzata in polipropilene con carbo-nanotubi (che sostituiscono i cavi elettrici) • una barra anti intrusione realizzata in composito laminato in poliammide e fibra vetro, con parti co-stampate ad iniezione, in sostituzione di una barra in acciaio stampato. C

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Giorgio Boero – Centro Ricerche Fiat – Group Materials Labs

Thermoplastic composites for carriers lightening The Drapò Project

ny type of propulsion and type of carrier for transport, any increase of efficiency in primary energy exploitation, very often synthesized with the Anglo-Saxon acronym WTW (Well To Whell or efficiency from well to wheel), passes from lightening of carriers for transportation to the development of production technologies related to it. The goal, then, is to create the conditions for new materials and new production processes can be used in automotive applications to improve the overall energy efficiency and vehicle performance and can be integrated in a competitive way in the context of supply chains and existing production systems. Weight reduction is certainly the most direct way to reduce fuel consumption and thus emissions of vehicles. It is estimated that a 10% reduction in weight leads to a fuel reduction of about 7% and this means that for each kg of weight saved is reduced of about 20 kg the annual CO2 emission. This tie, well-known car manufacturers, has led in recent years to replace, where possible in technical and economic terms of the steel components in aluminum, magnesium, composites and foams components. The application of new types of materials requires a rede-

Compositi

sign of the components and the development of the technologies required for their use in an economical, safe, considering also the problems of recyclability at the end of life of the materials used. With regard to the polymeric materials, in Europe and in the United States, the production of polymer matrix composites is passing from a phase in which the applications were mainly oriented to market niches with high added value (aerospace and aeronautical etc.) to another which the traditional sectors put beside, with less sophisticated applications, and mass production, sectors such as automobiles and commons. Some finalization on the product can be: • Thermoplastic Composites high performance and high recyclability primarily for the relief of moving parts, as well as for assembled separately from the body components such as the front end, bumper beams, fenders, exterior trim. Included are composite materials with carbon fiber being studied for average volumes of applications. The choice of materials must take into account the impact on the end of vehicle life management in terms of separation and recycling, favoring the most efficient solution from this point of view, and the existence of “proven technologies” for the recy-

cling path. • Thermoset Composites high performance: for lightening BIW and moving parts, studying properly the joint between the metal and composite structures. Mostly materials with carbon fiber reinforced, with production processes suitable for large production volumes (see Lamborghini Gallardo – Huracan BIW with aluminum-CFRP and the new BMW i3 with BIW and body CFRP). Other examples are structural parts such as seeds products seats with thermosetting resins and reinforcing short fibers (not only carbon) with the molding process, energy absorption structures CFRP exploiting the characteristics not comparable to traditional metal materials in the absorption of energy during bumps. In recent times, it is enjoying renewed interest in the use of laminated fiber-reinforced thermoplastic resin. These materials, although not yet fully used in structural applications, due to inability to work inherent in thickness, can replace steel in many components that need a certain stiffness, and can be overprinted to engineer the component with ribs and spars. These laminates offer the possibility to be machined with traditionally used transformation technologies for thermoplastic polymers: thermoforming, compression molding and injection molding. The advantages drawn from it are manifold. On the one hand, the use of already fully developed technology involves the presence of an industrial fabric ready for the development of new products and thus to a reduction of time-to-market. In addition, these technologies have always been intrinsically linked to the large-scale production and can thus ensure an adequate supply and support to the automotive industry, it has always been tied to large numbers. Finally, the fact of using not inherently related to composite machines, allows to saturate the use within the processing companies also with different materials for components not fiber-reinforced, with the cost advantages and versatility of production.

THE PROJECT The Drapò Project, funded to the Piedmont Region Platform Automotive, had the ambition to create a new concept of car with minimum environmental impact based on a new generation of systems, components, technically advanced and economically sustainable technologies and materials and their integration on board to improve energy efficiency and reduce polluting emissions to predominantly urban use vehicles. This type of vehicle, characterized by size, mass and cost effective, it had to ensure maximum efficiency both on city missions and in a suburban setting with a usage profile characterized by average no higher speeds, frequent acceleration and deceleration and stopping phases relatively long. The Drapò Project provided an opportunity to strengthen and enhance the competitiveness of the Industrial and Research Piedmont Chain, entrenching even more the presence on the Regional territory and affirming its role as a point of reference at national and international level for the automotive industry. The project also aimed to be a flag (Drapò is the flag of the Piedmont Region) for regional industrial companies operating in this sector by increasing its visibility and competitiveness both domestically and internationally. The project was aimed at developing innovative and sustainable technical solutions aimed at: • recovery and reuse of thermal energy and kinetic energy waste • efficient auxiliary systems and control strategies for efficient energy management onboard • lightening, thanks to composite polymeric materials with high performance, for structural and aesthetic applications with high recyclability • reduction of resistance to motion with aerodynamic efficient and sustainable. The research activity is focused on the following basic concepts: • reduction of energy requirements: - efficient generation and partially de-carbonized electricity recovering part of the kinetic energy and integrating a photovoltaic generation system - efficient electrification of auxiliary systems, and enhanced power management with industry-leading storage systems and advanced control strategies • Reduction in strength to the motion: - functional integration of thermal systems to limit the aerodynamic constraints and improve the efficiency of the engine and the auxiliary systems - revision of the front end with active and passive solutions for the reduction of the aerodynamic coefficient • Weight reduction: - materials and technologies for the production of bodywork parts and components for light and sustainable internal - technological processes for the effective application of next-generation polymer materials. In the project, it is taken as reference vehicle, the Fiat Nuova Panda, on which some prototype applications have been built. In the image you can see some of these applications, which has been brought forward to deliver technological feasibility coming to realize demonstrators. The three applications are indicated: • A composite carrier, which acts as a housing of the vehicle roof of a photovoltaic panel. • A command platform made polypropylene with carbo-nanotubes (which replace the electrical cables). • An anti-intrusion bar made of composite laminate made of polyamide and glass fiber, with injection co-molded parts, in replacement of a pressed steel bar.

ULTIMATE PROTOTYPES

Marco Monti, Marta Zaccone – Proplast Antonino Veca, Giorgio Boero – Centro Ricerche Fiat Pasquale Iacobone, Enrico Parola – Magneti Marelli (PCMA)

Trattamenti laser di nanocompositi CNT per applicazione interno veicolo

egli ultimi anni, l’alleggerimento è diventato un’esigenza sempre più stringente del settore auto, dove i carmakers sono obbligati dalle direttive europee a rientrare gradualmente in parametri di emissione sempre più restrittivi. In questo ambito, l’introduzione dei materiali compositi per parti strutturali o semi-strutturali, ha costituito un salto tecnologico importantissimo, ed alcune soluzioni considerate visionarie per la grande distribuzione anche solo una decina di anni fa, sono oggi sul mercato. Si pensi ad esempio ai modelli serie “i” della BMW e l’Alfa Romeo 4C, dotati di monoscocca in carbonio impregnato da resina termoindurente. D’altra parte, un altro tipo di metal replacement ha iniziato a ricevere una certa attenzione, e cioè quello relativo al cablaggio elettrico dell’interno veicolo. È infatti evidente che elettronica e dispositivi sempre più raffinati e complessi allo stesso tempo, a disposizione degli utilizzatori, comportano una notevole richiesta di cablaggio per il loro collegamento. D’altra parte, soluzioni di design sempre più innovative richiedono la necessità di portare segnale elettrico in zone che il tradizionale cablaggio elettrico ha difficoltà a raggiungere. Lo studio prende spunto proprio da queste ultime esigenze, e riguarda lo sviluppo del processo di trattamento laser di un nanocomposito polimerico elettricamente attivo per la creazione di tracce conduttive che possano trasmettere segnale elettrico. In particolare, il target specifico è stato lo sviluppo di una plancetta comandi innovativa sulla base della Fiat Panda. Lo studio è parte del progetto Drapò – «sistemi e componenti per il recupero dell’energia e l’efficienza energetica di autoveicoli», cofinanziato dalla regione Piemonte tramite il bando Piattaforma Automotive, e conclusosi alla fine dello scorso anno. Il progetto, coordinato dal Centro Ricerche Fiat (CRF), ha visto coinvolte molte delle aziende della filiera automotive della Regione Piemonte. Nella sua globalità, il progetto ha riguardato lo sviluppo di un’automobile a mi-

Compositi

nimo impatto ambientale basata su una nuova generazione di sistemi, componenti, tecnologie, materiali tecnicamente avanzati ed economicamente sostenibili, e la loro integrazione a bordo, per migliorare l’efficienza energetica e ridurre le emissioni inquinanti di veicoli ad uso prevalentemente urbano. Le attività e i risultati descritti sono frutto, nell’ambito del progetto, della collaborazione di Proplast con l’Università di Torino, il Centro Europeo per i Polimeri Nanostrutturati (ECNP), Magneti Marelli (PCMA) e ovviamente il Centro Ricerche Fiat, che investe nell’industrializzazione di questa soluzione tecnologica sui propri veicoli, cofinanziando i progetti di ricerca che la riguardano. I MATERIALI: PLASTICA CONDUTTIVA Il primo step del lavoro è stato quello della selezione dei materiali. Se da una parte infatti la scelta della matrice polimerica (il

Fig. 1: Curve percolative per i diversi filler testati

polipropilene) è stata dettata dall’esigenza di aderire quanto possibile al materiale già usato, la scelta della carica elettricamente attiva ha lasciato un margine superiore di libertà. Diverse sono infatti le cariche cui è notoriamente associato un effetto di conduzione elettrica nel polimero in cui sono incluse [1, 2, 3] e, tra queste, la scelta è caduta sui nanotubi di carbonio. La ragione è legata al miglior compromesso che questi offrono tra il costo, la loro maturità tecnologica e le risultanti prestazioni elettriche. Infatti, se da una parte i carbon black conduttivi hanno una superiore maturità tecnologica, la necessità di significativi quantitativi di carica per ottenere il desiderato effetto di conduzione, porta a infragilire significativamente il polimero iniziale, senza contare le difficoltà tecnologiche del processo di compounding quando sono in gioco percentuali elevate di carica [4, 5, 6]. D’altra parte, l’altro grande candidato per la modifica delle proprietà elettriche

- Trattamenti laser di nanocompositi CNT per applicazione interno veicolo dei polimeri è il grafene [7, 8, 9]. Tuttavia ad oggi, il costo elevato ne impedisce una vera e propria industrializzazione per applicazioni di massa legate al settore auto. Per consolidare questa decisione, è stato fatto uno studio preliminare riguardo le proprietà elettriche prodotte dalle diverse cariche in base al contenuto inserito nel polimero, e i risultati sono riportati in figura 1. Si tenga presente che, proprio per una questione legata ai costi, piuttosto che testare un grafene si è preferito optare per una grafite espansa (indicata in figura come EG). Inoltre sono stati testati due diversi gradi di carbon black conduttivo, uno di tipo standard e uno ad alte performance (indicati in figura 1 come CB-C e CB-S). Come è possibile osservare, i nanotubi garantiscono un salto percolativo di conduzione elettrica a contenuti di carica notevolmente inferiori rispetto a tutte le altre cariche testate, bilanciando almeno in parte il costo superiore. Come è stato già accennato, l’ottenimento di un materiale contenente una carica conduttiva è stato dettato dall’esigenza di ottenere su di esso delle tracce che permettano di comportarsi in modo analogo ad un tradizionale cablaggio elettrico. In sostanza, queste tracce devono avere una funzionalità duplice: • condurre il segnale elettrico, per permettere ad esempio – come è stato effettivamente ottenuto – l’accensione di una spia LED • avere un comportamento piezoresistivo, in modo che la pressione del dito umano su di un tasto, appositamente creato, produca una variazione di resistenza elettrica che funga da trigger all’elettronica per l’avviamento della funzione associata. Poiché la conducibilità elettrica deve essere associata solo alla traccia e non all’intero componente, il contenuto di nanotubi nella formulazione scelta è stato tale da trovarsi al di sotto della soglia di percolazione. Tale contenuto è stato fissato all’1.5%. Come è stato dimostrato in letteratura [10], il trattamento laser si è dimostrato in grado di realizzare queste tracce conduttive. Tale processo è stato realizzato dagli esperti del CRF, tramite lo strumento Lasit Towermark XL. In una fase iniziale, in cui è stato necessario mettere a punto i parametri di processo, sono state utilizzate delle placchette rettangolari, sulle quali sono state eseguite delle tracce lineari. In figura 2 si riporta una rappresentazione profilometrica della traccia, nonché una fotografia di un provino. I parametri di processo laser sono stati ottimizzati in termini di resistenza della traccia prodotta e “sensibilità” alla piezoresistività. Infatti, da una parte la resistenza deve essere abbastanza bassa da permettere un passaggio di corrente

Fig. 2: Profilo realizzato tramite il trattamento laser

Fig. 3: Risultato delle misure elettriche rilevate durante cicli di pressione sul tasto

Fig. 4: La plancetta comandi stampata (con primo piano dei particolari)

Compositi

- Trattamenti laser di nanocompositi CNT per applicazione interno veicolo -

Fig. 5: La nuova plancetta comandi inserita in una Panda prototipo, con la spia LED accesa sufficiente all’accensione della spia LED. Dall’altra, la variazione di resistenza elettrica, prodotta dalla pressione sul tasto, deve essere tale da essere distinta dall’elettronica, e non confusa con un eventuale rumore di fondo. I risultati ottenuti dai test sui provini con i parametri di processo ottimizzati vengono riportati in figura 3. Il grafico riporta l’andamento della variazione di resistenza nel tempo, tenendo presente che ogni 4 secondi è stata applicata una pressione manuale sul tasto. La variazione è stata rilevata in modo preciso dalla strumentazione, con un segnale estremamente pulito, ed è stata sufficiente per la sua lettura da parte dell’elettronica. LA PLANCETTA COMANDI In parallelo, è stato sviluppato il progetto di una potenziale nuova plancetta comandi della Panda che fosse rappresentativa della nuova tecnologia. È stata quindi prevista la presenza di due tasti e due spie LED, in modo che la pressione sul tasto portasse all’accensione del LED, ed un’ulteriore pressione al suo spegnimento. In figura 4, si può osservare una foto della plancetta stampata ad iniezione, sottoposta a trattamento laser e cablata, con i due particolari del tasto e del LED. La realizzazione del tasto ha comportato anche l’esecuzione di un taglio per permettere la deformazione alla pressione. Il trattamento laser è stato eseguito con i parametri ottimizzati su provino. Come ultimo step, la plancetta trattata laser e cablata dall’elettronica per la gestione del segnale è stata montata su veicolo prototipo dimostratore, e l’efficacia della nuova funzionalità inserita dimostrata (fig.5), dove si può osservare la spia LED accesa. CONCLUSIONI Lo studio portato a termine nell’ambito del progetto Drapò ha permesso di integrare nuove funzionalità all’interno del veicolo, dimostrando l’efficacia del trattamento laser come tecnologia valida per la sostituzione del tradizionale cablaggio elettrico. Inoltre, i nanotubi di carbonio si sono rivelati un ottimo compromesso tra costo, ancora elevato ma notevolmente inferiore rispetto a una decina di anni fa, e le prestazioni di conducibilità elettrica che garantiscono.

Marco Monti, Marta Zaccone – Proplast Antonino Veca, Giorgio Boero – Centro Ricerche Fiat Pasquale Iacobone, Enrico Parola – Magneti Marelli (PCMA)

Laser treatments of CNT-nanocomposites for interiors applications in the automotive sector

n the last years, weight reduction is a more and more pressing priority in the automotive sector. Indeed, European Union is forcing carmakers to gradually comply with increasingly stricter emission parameters. In this field, the use of composite materials for structural or semi-structural components has been an important technological breakthrough and several technical solutions, considered visionary just few decades ago, are nowadays on the market. BMW series “i” and Alfa Romeo 4C can be considered as good examples, being made by a carbon reinforced polymer (CRP) monocoque (with a thermosetting matrix). On the other hand, a different kind of metal replacement has begun to receive particular attention, i.e. the electrical wiring of the vehicle interior. In fact, it is evident how electronics and devices, which are more and more sophisticated and complex if compared with the past, create a big request of electrical wiring. Moreover, increasingly innovative design solutions need to bring an electrical signal in areas barely reachable by the traditional metal wiring. This work concerns the development of the laser treatment of a polymeric electrically-active nanocomposite in order to create conductive paths, able to transport electrical signals. In particular, the development of an innovative dashboard for the Fiat Panda was the specific target of this project. This study is part of the Drapò project – “systems and components for the energy recovery and the energetic efficiency of vehicles”, co-funded by the Piedmont Region through the Automotive Platform call, and it has finished at the end of the last year. The project, coordinated by Centro Ricerche Fiat (CRF), has involved several companies of the automotive sector based in Piedmont Region. Globally, the project has studied the de-

velopment of an environmentally friendly car. It was based on a new generation of systems, components, processes and technically advanced and economically sustainable materials, over and above their integration on board. Its aim was to improve the energetic efficiency and to reduce the polluting emissions of urban vehicles. The results obtained during the project are the outcomes of a collaboration among Proplast, the University of Turin, the European Centre for the Nanostructured Polymers (ECNP), Magneti Marelli (PCMA) under the lead of CRF. THE MATERIALS: CONDUCTIVE POLYMERS The first step of this work was the selection of the materials. On the one hand, the choice of the polymer matrix (polypropylene) was forced by the necessity of using the same material as the one of the production. On the other hand, the choice of an electrically conductive filler has left a larger degree of freedom. Indeed, there are many fillers which give electrically conductive properties to the polymer in which they are embedded [1, 2, 3]. Among them, carbon nanotubes were chosen. The reason of this choice is related to the good balance – in our opinion – among price, technological maturity and electrical performance. Effectively, even if conductive, carbon blacks have a higher technological maturity, the necessity of considerable quantities of filler to obtain the desired conductive effect can cause a relevant embrittlement of the neat polymer. Similarly, because of the presence of high amount of fillers, technological difficulties during compounding process may come up [4, 5, 6]. Another important candidate for the modification of electrical properties of polymers is graphene [7, 8, 9]. However nowadays, the high cost prevents a real industrialization of this material in mass

applications such as automotive sector. To strengthen this decision, a preliminary study on the electrical properties produced by different fillers as a function of the content in the polymer has been done. The results are reported in figure 1. It is important to notice that an expanded graphite (in figure referred to as EG) has been chosen on behalf of graphene, because of the aforementioned cost issue. Moreover, two different grades of conductive carbon blacks were used: a standard and a high-performance one (in figure 1 referred to as CB-C and CB-S respectively). Carbon nanotubes allow one to overcome the electrical percolation threshold at considerably lower content than all the other tested fillers. This partially balances their higher cost. As already mentioned, the production of an electrically conductive material was necessary in order to create conductive paths, with a behavior similar to a traditional metal wiring. These paths are supposed to have a double functionality: 1) to bring the electrical signal to switch on, for example, a LED, as it was actually obtained; 2) to have a piezoresistive behavior, so that the pressure of a human finger on a button specifically created, can bring to a variation of the electrical resistance that can act as a trigger for the associated functionality. The CNT content in the selected formulation was under the percolation threshold. Electrical conductivity, in fact, has to be related only with the single path and not with the whole component. The chosen content was 1.5wt%. As reported in literature [10], the laser treatment is able to create these conductive paths. CRF researchers have optimized this process, using a laser Lasit Towermark XL. At a first stage, an optimization of the process parameters was necessary. For this reason, rectangular-shaped specimens were used, and linear paths were created. In figure 2, a

Compositi

- Laser treatments of CNT-nanocomposites for interiors applications in the automotive sector representation of the path and a picture of the specimen are reported. Laser process parameters have been optimized in terms of electrical resistance of the created path and “sensitivity” to the piezoresistivity. In fact, the resistance value has to be sufficiently low to actually bring the electrical signal, and its variation produced by the pressure on the button, has to be high enough to be detected by the electronics and not confused with a background noise. The results, obtained with the optimized parameters, are reported in figure 3. The graph shows the variation of the resistance as a function of time: every 4 seconds a finger pressure was applied on the button. As it can be observed, the instrumentation measures evidently the variation. The signal is very clear and it has been easily revealed by the electronic components. THE DASHBOARD At the same time, the design of a new dashboard for the Fiat Panda was developed, in order to underline the innovative technology. The creation of two different buttons and two LEDs has been planned: a first pressure on the button allow the LED to switch on; a second

pressure on the same button allow it to switch off. Figure 4 shows a picture of the injection moulded dashboard, with the two buttons and LEDs, laser-treated and wired. The manufacturing of a cut was necessary to create the button and to allow the deformation of the component, due to the pressure. The laser process has been done with optimized parameters. As a last step of work, the laser-treated and electronic wired dashboard was assembled on a prototypal vehicle. Its efficiency was demonstrated and it can be seen in figure 5, where the LED light is on. CONCLUSIONS The present study has demonstrated the possibility in successfully integrating new functionalities in the vehicle interior, by means of the laser process, showing that it can be a valid technology to substitute the traditional metal wiring for the electrical connection. Furthermore, carbon nanotubes have further demonstrated to be an excellent compromise between price, still high but considerably lower than a decade ago, and the electrical conduction performance that they can offer.

REFERENCES

[1] S. K.H. Gulrez et al., Polym Compos 35, 900–914, (2014) [2] W. Bauhofer et al., Compos Sci Technol 69, 1486–1498, (2009) [3] H. Deng et al., Prog Polym Sci 39, 627– 655, (2014) [4] J. Huang et al., Adv Polym Tech 21, 4, 299–313, (2002) [5] Y. Kanbur et al., J Reinf Plast Comp 28, 18, (2009) [6] H. Yui et. al., Polymer 47, 3599–3608, (2006) [7] K. Hu et al., Prog Polym Sci 39, 1934– 1972, (2014) [8] J. Du et al., Macromol Chem Phys, (2012) [9] S. Stankovich et al., Nature Letters, 442, (2006) [10] Process for producing conductive and/ or piezoresistive tracks on a polymeric substrate, Patent EP 2 448 383 B

All the mentioned figures refer to the Italian version Fig. 1: Percolative curves for the tested fillers Fig. 2: Laser-treated profile Fig. 3: Results of the electrical measurements during several pressure cycles on the button Fig. 4: Injection molded dashboard (inset of the details) Fig.5: New dashboard on the prototypal Panda, with the LED light on

Magnasense, il nuovo progetto NDT nell’aerospace Con la globalizzazione in crescita si è verificato un notevole aumento nel traffico aereo negli ultimi decenni, dato che continuerà a crescere nei prossimi due decenni. Le tecnologie di controllo non distruttive sono fondamentali per la competitività e la sostenibilità. Possono rilevare meglio i difetti e i danni, riducendo ii tempi per la manutenzione e i costi di riparazione. Favoriscono inoltre le riduzioni di peso associate all’inclusione di funzioni di sicurezza aggiuntive e riducono così il carico che gli aerei trasportano e il consumo di carburante e le emissioni associate. Con il supporto UE al progetto Magnasense (Magnetostrictive sensor applications for self-sensing of composite structures) gli scienziati hanno sviluppato tecnologie di manutenzione intelligente per strutture composite resistenti e leggere rafforzate da fibre di carbonio (CFR). Esse si basano su fili magnetici sensibili allo sforzo, intessuti in una rete metallica e incorporati nel composito CFR. File di rilevamento del flusso magnetico prive di contatto analizzano ed effettuano la mappatura dello sforzo nelle strutture composite che sfruttano forse la funzione più innovativa del sistema: il monitoraggio ottico. Tutto il software e l’hardware si combinano per formare un sistema di rileva-

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mento sofisticato per il monitoraggio della salute strutturale dei compositi CFR. Il metodo offre velocemente, in modo affidabile ed economico, indicazioni dei danni interni senza contatto. I partner si aspettano di commercializzare molto velocemente il sistema Magnasense, aumentando notevolmente la competitività globale dell’industria aerospaziale dell’UE e l’intera catena di erogazione per il prodotto. Fonte: http://cordis.europa.eu/result/rcn/170021_it.html

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Soluzioni estetiche e strutturali Zenos Cars è un produttore giovane e in ascesa di auto sportive innovative e lightweight. Di base nel Regno Unito, ha immesso per la prima volta sul mercato internazionale i suoi primi modelli – la E10 e la E10 S – nel 2015. La serie E10 incarna l’autentico spirito dell’auto sportiva lightweight ad alte prestazioni, concentrandosi sugli elementi essenziali per una piacevole esperienza di guida e offrendo al contempo uno stile moderno e un prezzo accessibile. La E10 è alimentata da un motore Ford a iniezione diretta aspirato da 2.0 litri che fornisce 200 bhp e una coppia di 400 Nm. Nel gennaio 2016 l’azienda ha lanciato la punta di diamante della serie E10, la E10R, equipaggiata di un motore turbo EcoBoost da 2.3 litri che produce 350 bhp e permette alla vettura di accelerare da 0 a 60 mph (da 0 a 97 km/h) in 3.0 secondi. Nel primo anno di produzione dell’azienda, il 2015, la sua fabbrica di Norfolk ha realizzato i veicoli manualmente con un ventaglio di specifiche, consegnandoli a clienti nel Regno Unito e nei mercati esteri chiave, inclusi USA, Cina, Giappone e vari altri mercati europei. Il progetto e lo sviluppo dello schema fondamentale della E10 hanno comportato un programma di 18 mesi a partire

da un foglio bianco e un solido business plan. Fin dall’inizio, è stato deciso che le strutture in materiali compositi avrebbero costituito una delle soluzioni chiave dell’architettura dell’auto, e che avrebbero adempiuto a funzioni sia estetiche che strutturali. Il telaio lightweight del veicolo combina parti estruse in alluminio e pannelli strutturali innovativi in compositi in attesa di brevetto; vari componenti estrusi in alluminio, inclusa una grossa “spina dorsale” a singola sezione, sono saldati tra loro, insieme con una scocca “a vasca” che incorpora uno strato in fibra di carbonio riciclata. Una struttura superiore tubolare in acciaio è imbullonata sul telaio a fornire ulteriore robustezza strutturale e sicurezza per il passeggero. La struttura che ne risulta è non solo leggera ma anche rigida abbastanza da produrre la resistenza a torsione necessaria a un’autentica auto sportiva per offrire grande dinamica di guida. Lo sviluppo della struttura in fibra di carbonio riciclata è stato realizzato attraverso un partner tecnologico esterno del Regno Unito (Bright Light Structures), che originariamente aveva creato il materiale per soddisfare produttori di automobile su maggior scala. Un aspetto critico del business plan di Zenos era svi-

luppare l’auto con un budget molto rigoroso, così da mantenere basso il costo per il cliente pur sempre raggiungendo gli obiettivi in termini di prestazioni che gli acquirenti di auto sportive avrebbero richiesto. Il materiale in fibra di carbonio riciclata era un’ottima soluzione; rispetto alla fibra di carbonio prodotta usando tecniche di manifattura più tradizionali, mantiene il 70% della rigidezza mentre richiede solo il 10% del costo. La componente riciclata della fibra di carbonio giunge in forma di ritagli dai produttori di lay-up tradizionali in carbonio di alta fascia. I ritagli sono rotti in pezzi più piccoli e successivamente rimodellati in stuoie che vengono “cucite” insieme per mantenere la loro struttura durante il processo di lay-up. Un pannello “sandwich” ad alta rigidezza ed efficienza meccanica viene creato stratificando le stuoie intorno a un core termoindurente in policarbonato con uno strumento per stampa a doppia impronta in alluminio riscaldato. Una resina in attesa di brevetto è spruzzata sui materiali prima che maschio e femmina dello stampo vengano chiusi e compressi insieme da una pressa da 1000 tonnellate, e poi riscaldati per il ciclo di cura. Dopo la cura, le parti vengono staccate dallo stampo e rifilate per ottenere i componenti finali. L’uso degli stampi a doppia impronta significa che entrambi i lati del pannello vengono modellati accuratamente nello stampo, e che le parti possono avere spessori variabili dipendentemente

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- Zenos Cars Soluzioni estetiche e strutturali -

dai requisiti di progetto. Nel caso delle fiancate della scocca della Zenos serie E10, questa possibilità è sfruttata con grande efficacia: la forma esterna contribuisce all’estetica del veicolo, mentre la forma interna comprende caratteristiche funzionali e strutturali – come le giunture che si accoppiano naturalmente e quasi si incastrano prima ancora che i pannelli vengano congiunti tra loro – o gli spazi per le altre parti del veicolo. Gli stampi includono specifici inserti in alluminio che vengono mantenuti durante il processo di compressione e formano punti di aggancio da utilizzare per altri sistemi del veicolo. I componenti finali differiscono ben poco da quelli in fibra di carbonio “tradizionali”; la finitura esterna liscia ha una qualità accettabile e può essere verniciata e rifinita con standard qualitativi molto alti. Il processo di produzione dei pannelli in fibra di carbonio riciclata ha permesso alla scocca della serie E10 di essere create a partire da cinque diversi pannelli che vengono sovrapposti e saldati. Questa struttura riduce il costo di proprietà

di una Zenos in quanto, in caso di danno, è possibile sostituire il singolo pannello. Ciò è in decisa antitesi ad altri veicoli con telaio monoscocca, dove il danno può richiedere la sostituzione dell’intera struttura. Si possono trovare strutture in composito anche in altre aree fondamentali della Zenos serie E10. I pannelli esterni della carrozzeria che vanno a formare i principali elementi stilistici dell’auto sono compositi in vetroresina (glass-reinforced plastic, GRP), e sono prodotti usando sia stampi a singola impronta che tecniche di resin transfer moulding (RTM) a doppia impronta. I pannelli in GRP lightweight coadiuvano le performance del veicolo e costituiscono un elemento chiave dell’estetica distintiva dell’auto. Dipendentemente dal colore finale dell’automobile, alcuni pannelli sono finiti in fase di stampaggio usando gelcoat colorati, il che aiuta a mantenere basso il costo delle parti e a semplificare la supply chain. La scelta di questi materiali e di queste tecniche produttive ha permesso l’utilizzo di attrezzature relativamen-

te economiche durante le fasi formative dell’azienda, quando la produzione doveva ancora iniziare e il flusso di denaro doveva essere controllato attentamente. Altre aree dove vengono usate strutture in materiale composito includono i sedili, dove il lay-up a doppia pelle di fibra di carbonio permette leggerezza e tuttavia rigidità, aiutando così il guidatore a ricevere un importante feedback dall’auto. Diversamente da altri pannelli compositi, i sedili hanno un rivestimento trasparente, così da rendere visibile la trama della fibra di carbonio e contribuire alla piacevolezza estetica degli interni dell’auto. Zenos Cars ha già segnato un impatto durante il primo anno di produzione della serie E10 ed è chiaro che l’adozione dei materiali compositi nelle aree chiave del progetto ha contribuito al suo immediato riconoscimento in termini di critica e di mercato. Zenos sta già sviluppando nuovi modelli da portare sul mercato globlale, che indubbiamente si avvantaggeranno delle entusiasmanti basi già poste nel campo dei compositi.

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Zenos Cars

Aesthetic and structural functions Zenos Cars is a young and growing manufacturer of innovative, lightweight sports cars. Based in the United Kingdom, its debut models – the E10 and the E10 S – were first shipped to global markets in 2015. The E10 series embody the true spirit of the lightweight high-performance sports car; focussing on the essential elements for an enjoyable driver experience while featuring modern styling and an accessible price tag. The E10 is powered by a 2.0-litre naturally aspirated direct injection Ford engine producing 200 bhp, while the E10 S has a turbocharged version of the same engine that develops 250 bhp and 400 Nm torque. In January 2016 the company launched the performance pinnacle of the E10 range, the E10 R, which uses a 2.3-litre turbocharged EcoBoost engine that produces 350 bhp and enables the car to accelerate from 0-60 mph (0-97 km/h) in 3.0 seconds. During the company’s first year of production (2015) its Norfolk-based factory produced the hand-built vehicles to a range of specifications and shipped to customers in the UK and key global markets including the USA, China, Japan and several European markets. The design and development of the E10 vehicle platform entailed an 18-month programme that started with a blank sheet of paper and a solid business plan. From the outset, it was decided that composite structures would form a key part of car’s architecture, and would fulfil both aesthetic and structural functions. The vehicle’s lightweight chassis combines aluminium extrusions and innovative structural composite body panels that are patent pending; several aluminium extrusions, including a large single-section ’spine’, are bonded together, along with a ’tub’ that incorporates recycled carbon fibre sheet. A steel tubular upper frame is bolted over the chassis for further structure and passenger safety. The resulting structure is not only lightweight but stiff enough to produce the torsional rigidity that a true sports car needs in order to offer great driving dynamics. Development of the recycled carbon fibre Tub was completed through a third-party technology partner in the UK (Bright Light Structures), who originally created the material to suit larger scale automotive manufacturers. A critical aspect of the Zenos business plan was to devel-

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op the car to a strict budget, to keep the final cost to the customer down whilst still meeting the performance targets that sports car buyers would demand. The recycled carbon fibre material was an ideal solution; compared to carbon fibre produced using more traditional manufacturing techniques, it retains 70% of the stiffness whilst only carrying 10% of the cost. The recycled element of the carbon fibre comes in the form of off-cuts from the manufacturers of high-end traditional carbon lay-ups. The off-cuts are broken down into smaller pieces and then reformed into sheets of matting which are ’stitched’ together to maintain their structure during the lay-up process. A ’sandwich’ panel with high stiffness and mechanical efficiency is created by layering the matting sheets around a polycarbonate thermoset core within a dual impression heated aluminium mould tool. A patent pending resin is sprayed onto the materials before the male and female halves of the tool are closed and compressed together in a 100-tonne press, and then heated for the cure cycle. Once cured, the parts are removed from the tool and trimmed to create the final components. The use of dual-impression tools means that both sides of the panel are accurately formed in the mould, and the parts can have varying thicknesses depending on the design requirements. In the case of the main body sides of the Zenos E10 series tub, this is used to great effect: the outside shape contributes to the styled shape of the vehicle, while the inside shape includes functional and structural features, such as joints that are self-locating and almost “click” together before the panels are bonded together, and clearances for other parts of the vehicle. The moulds include specific aluminium inserts which are retained in the part during the compression process and form ’hard-points’ for other vehicle systems to utilise. The final components give little away to ’traditional’ carbon fibre parts; the smooth exterior finish is of acceptable standard and can be painted and finished to a very high standard. The recycled carbon fibre panel manufacturing process allowed the E10 series tub to be created from five different panels, which lap together and are then bonded in place. This structure reduces the cost of Zenos ownership as, should

damage occur, it may be possible to replace the panel. This contrasts starkly to other vehicles with monocoque-like tubs, where the damage may require the entire tub to be replaced. Composite structures are also found in other foundational areas of the Zenos E10 series. The exterior body panels that create the main styling elements of the car are composite glass reinforced plastic (GRP) panels, and are manufactured using both single-sided mould tools and dual-impression resin transfer moulding techniques (RTM). The lightweight GRP panels aid vehicle performance and form a key element of the vehicle’s distinctive styling. Depending on the final colour of the car, some panels are ’mould finished’ using coloured gel-coats – helping to keep the cost of the parts down and smoothing out the supply chain. The choice of these materials and manufacturing techniques allowed for relatively inexpensive tooling to be used during the company’s formative stages, when production was yet to start and cash flow had to be carefully controlled. Further areas using composite structures include the seats, whose twinskin carbon fibre lay-up allows them to be lightweight but stiff, helping the driver receive important ’feedback’ from the car. Unlike the other composite panels, the seats are clear-coated so that the carbon fibre weave is visible, adding to the aesthetic appeal of the car’s interior. Zenos Cars has already made an impact during the first year of E10 series production and it’s clear that the adoption of composite materials within core areas of the design has contributed to its rapid introduction to market and critical acclaim. Zenos is already developing new models to bring to the global market, which will undoubtedly build on the exciting composite foundations already laid down.

Hyundai e il progetto Intrado

Durante il Motor Show di Ginevra 2014 Hyundai Motors ha dimostrato i suoi ultimi sviluppi tecnologici assieme ai nuovi trend stilistici. L’evento è stato utilizzato per stabilire il nuovo linguaggio di design della casa automobilistica e mostrare dove avrebbe puntato la tecnologia nel settore auto nel corso dei prossimi anni. Per raggiungere questi obiettivi Hyundai ha scelto Axontex™ per realizzare la base della vettura Intrado. Gli obiettivi erano: • sviluppare un telaio in fibra di carbonio di un’autovettura che stesse però entro delle linee esterne fissate dal team di progettisti di Hyundai ma che allo stesso tempo lasciasse ai designers di Hyundai European Design Centre la possibilità di esprimere liberamente le nuove tendenze stilistiche del “Fluidic Design 2.0” • effettuare l’analisi a elementi finiti sul progetto del telaio per mostrare la capacità di rispettare le specifiche richieste dai crash test Europei • utilizzare il nuovo materiale Hyosung “Tansome™” per realizzare due telai, uno da montare su una vettura completa da dimostrazione e uno da montare su un veicolo scheletrico da esposizione, in modo da mostrare la tecnologia che sta alla base della vettura.

GENESI DEL PROGETTO Axon Automotive ebbe a disposizione 4 mesi per sviluppare, realizzare gli stampi e produrre il primo telaio ed un ulteriore mese per completare il secondo telaio. Il primo risultato fu la progettazione di un telaio adatto alla linea esterna dettata dal nuovo approccio stilistico della casa automobilistica, il quale poteva accomodare una cella a combustibile con i due serbatoi ed allo stesso tempo essere in grado di soddisfare i crash test Euro NCAP. Questo è stato possibile grazie ad un’ottima collaborazione tra i membri del team in Corea del Sud, Germania e Regno Unito. Per poter raggiungere gli obiettivi prefissati stando nei i tempi stabiliti, Axon Automotive utilizzò la sua già collaudata tecnologia Axontex™ per lo sviluppo di telai automobilistici. Hyundai si mostrò interessata alla tecnologia Axontex™ poiché offriva la possibilità di ridurre i costi di progettazione di un telaio in carbonio ma allo stesso tempo permetteva ai designers di realizzare nuove stimolanti strutture per i loro veicoli. Questi sono punti chiave per il futuro della progettazione di vetture a bassa emissione di CO2. Il progetto Intrado ha dimostrato che Axontex™ può generare un’ampia gam-

ma di forme e, durante il Motor Show di Ginevra, Hyundai commentò positivamente la libertà che il materiale dava al loro team di progettisti. Ad esempio nella vettura finale non erano presenti i montanti B ma la progettazione con Axontex™ ha permesso lo stesso di fornire sufficiente robustezza, nonostante fosse presente un’apertura così ampia senza rinforzo addizionale. In aggiunta Axontex™ utilizza una quantità di carbonio ridotta, permettendo di progettare strutture molto leggere ma allo stesso tempo dal costo contenuto. In questo modo offre un valido percorso per portare le tecnologie legate ai materiali ultraleggeri nella produzione di massa tipica del settore automobilistico. Una volta accordata la geometria del telaio, il passo successivo fu effettuare delle analisi preliminari con software FEA per modellizzare le performance del telaio in caso di incidente. Modellazione necessaria per specificare le corrette calze in carbonio da utilizzare e quindi gli spessori richiesti per generare una struttura che soddisfacesse tutte le specifiche. Questa fase richiese di effettuare test meccanici con provini di materiale Tansome™ ed utilizzare i valori così ottenuti per alimentare la banca dati ed i modelli analitici di Axon Automotive.

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- Hyundai e il progetto Intrado guardia e alcuni pannelli addizionali per dimostrare schematicamente come tutta la tecnologia avrebbe fatto parte dei veicoli futuri.

Axon Automotive possiede più di 10 anni di esperienza nella progettazione di strutture di veicoli usando la tecnologia Axontex™ e dispone di un grande database che permette tempi rapidi nell’analisi di crash, anche a livello di vettura completa. La sua esperienza permette inoltre di modellizzare la rigidezza globale del veicolo così come la conformità ai crash test. L’azienda può lavorare con i clienti per selezionare il giusto mix di materiali per ottimizzare peso, costo e rigidezza di un design specifico, in questo modo è in grado di aiutare a raggiungere le richieste più esigenti nella progettazione di veicolo per il futuro. Con il lavoro di progettazione concluso da Hyundai, il successivo passo di Axon Automotive fu progettare e ordinare gli stampi per produrre i due telai. La realizzazione del telaio finale richiese l’utilizzo di solo 12 stampi per produrre i montanti della struttura, tutti da completare in tempi molto ridotti. Ancora una volta Axon si affidò alla sua decennale esperienza con Axontex™ per ottenere il giusto equilibrio tra poche componenti complesse e molte parti semplici. In funzione dei volumi di produzione che il cliente intende raggiungere, la progettazione degli stampi è cruciale e se fatta correttamente permette di abbattere i costi della vettura finale. Axontex™ è stato progettato per offrire ai clienti una vasta scelta di opzioni per gli stampi in funzione del numero di unità che si intendono ottenere. La scelta degli stampi varia da una a basso costo per bassi volumi di produzione fino a stampi in acciaio per processi che richiedono la realizzazione di molte unità con tempi di fabbricazione ridotti. Axontex™ può inol-

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tre essere prodotto con un’ampia gamma di resine garantendo così ai clienti di poter scegliere quella migliore in funzione della velocità del processo di cura ed alle esigenze di costo. Si possono arrivare a realizzare sia 100’000 unità l’anno sia fabbricare due soli telai mantenendo un costo contenuto. Con il set di stampi pronto e i materiali forniti da Hyosung fu possibile iniziare la produzione delle traverse e quindi dell’intero telaio. Il primo telaio fu spedito ad una ditta specializzata nell’assemblaggio di carrozzerie dato che sarebbe stato incorporato in un veicolo funzionante a tutti gli effetti, con cella a combustibile e sistema di propulsione inclusi. Il secondo telaio fu spedito direttamente a Hyundai dove fu assemblato includendo la cella a combustibile d’avan-

BENEFICI Nonostante i tempi fossero stringenti, nel suo stand del Motor Show di Ginevra Hyundai riuscì a dimostrare le linee stilistiche del Fluidic Design 2.0 e la tecnologia avanzata della cella a combustibile. La particolare tecnologia adottata per lo sviluppo del telaio in carbonio diede a Hyundai alcuni vantaggi chiave: • l’approccio progettuale adottato ha permesso ai designers di lavorare liberamente sapendo che Axon Automotive avrebbe avuto la capacità di sviluppare il telaio strutturale all’interno delle linee esterne prefissate. • Hyundai ha certificato una riduzione del peso pari al 70% rispetto ad una struttura equivalente in acciaio. • È stato evidenziato un percorso chiaro verso una soluzione a basso costo per la produzione di massa. I calcoli di Axon Automotive indicano che il telaio costruito con Axontex™ può essere realizzato con gli stessi costi di un telaio in alluminio avente le medesime proprietà meccaniche. • L’avanzata struttura in carbonio ha permesso a Hyundai di dimostrare l’innovativa tecnologia delle celle a combustibile e il nuovo linguaggio di design adottato dalla casa automobilistica, riducendo ulteriormente il peso. Hyundai intendeva usare questo veicolo per dare una rapida visione della tecnologia che verrà utilizzata nelle vetture di domani e la combinazione con gli innovativi sistemi di propulsione. Il nuovo concetto di design e Axontex™ hanno permesso di dimostrare tutto questo al centro dello stand Hyundai durante il Motor Show di Ginevra. • Il telaio ha successivamente vinto il premio della giuria durante il JEC 2015.

Hyundai and the Intrado Hyundai Motors wanted to demonstrate their forward looking technology developments and new styling direction at the 2014 Geneva Motor Show. They wanted to use this showcase to establish their new styling language and at the same time to show where car technology was heading over the next few years. To achieve these steps they chose Axontex™ material to form the basis of their Intrado vehicle. The Task were: • to engineer a carbon fibre space frame for a car within an envelope set by Hyundai’s design team in a way that liberates the designers at Hyundai’s European Design Centre to express the new “Fluidic Design 2.0” language • to carry out Finite Element Analysis (FEA) on the frame design to show the capability to pass European crash requirements • to use Hyosung’s new “Tansome™” material to build and supply two frames, one for build into a drivable demonstration vehicle and for building into a show standard skeletal vehicle showing the core technologies. GENESIS OF THE PROJECT Axon Automotive had 4 months to engineer, tool-up and produce the first frame and a further month to complete the second frame. The first output was a frame design to fit within the envelope of the new design language which could accommodate a fuel cell and two fuel tanks and be able to pass Euro NCAP crash test. This involved a close collaboration between team members in South Korea, Germany and UK. To achieve these timescales Axon Automotive used its proven Axontex™ frame technology. Hyundai was interested in Axontex™ because it shows the potential of space frame design to reduce the cost of carbon fibre structures and enable designers to produce new and exciting vehicle structures. These are clearly attractive trends for the future of car design and CO2 reduction. The Intrado demonstrated that Axontex™ can produce a wide range of shapes and at the Geneva Motor Show Hyundai specifically commented on the freedom this material gave their design team. For example the final car has no B-pillar and Axontex™ was able to deliver sufficient strength for such an aperture without additional strengthening. At the same time Axontex™ is very frugal in the use of carbon, enabling very light and at the same time very cost effective structures to be designed. In this

way Axontex™ offers a credible route for bringing such light weight technology to volume car production. Once the frame geometry was agreed the next output was to run preliminary FEA to model the performance of the frame in crash and specify the material braids and thicknesses required to produce a compliant structure. This involved mechanical testing of Tansome™ samples and then the application of these results to Axon Automotive’s existing data-base and analytical models. Axon Automotive has over 10 years’ experience of designing vehicle structures using Axontex™ and as a result the company’s large database enables rapid turnaround of crash analysis, even at the level of a whole vehicle. The company’s experience also enables it to model vehicle stiffness as well as crash compliance and to work with customers to select the right mix of materials to optimise weight, cost and stiffness for a specific design. In this way Axon Automotive is further able to help automotive customers achieve their demanding requirements for future vehicle designs. With the design work signed-off by Hyundai, Axon Automotive moved to designing and purchasing tooling to produce two frames. The final frame design required only 12 tools to produce the beams for the structure, all of which had to be produced to a demanding timescale. Axon again relied on its 10 years of experience with Axontex™ to strike the right balance between a few complex parts and several simpler parts. Depending on the volumes that a customer is targeting this is a very important part of the design process and done well it enables good costs for the final vehicle. Axontex™ has been developed to offer customers a range of tooling options depending on volume. Tooling solutions vary from low cost tooling for short runs up to steel tooling for short cycle production processes. Axontex™ can also be made from a range of resin systems enabling customers to taylor resin selection to production speeds and cost requirements. Ultimately this range of options enables production volumes over 100,000 units per year down to cost effective runs of just two chassis. With the tooling in place and material delivered by Hyosung it was possible to begin production of the beams and frames. The first frame needed to be shipped to a specialist coach builder as one vehicle was a fully functional vehicle including fuel cell power-train and

this required time to build ready for the Geneva Motor Show. The final frame was shipped to Hyundai’s in-house technology department to assemble the advanced fuel cell power-train and some additional panels to demonstrate how the whole technological picture would work schematically in future cars. BENEFITS In spite of the tight timescales Hyundai was able to demonstrate the Fluidic Design 2.0 and their advanced fuel cell technology on their stand at the 2014 Geneva Motor Show. The carbon fibre space frame technology gave Hyundai some key advantages: • the space frame approach liberated the designers to work with the knowledge that Axon Automotive had the ability to accommodate the structural frame within their desired envelope. • According to Hyundai a 70% weight reduction over an equivalent steel structure. • A clear route to a cost effective, volume solution. At volume, Axon Automotive’s calculations indicate that an Axontex™ carbon fibre frame can be produced at about the same cost as an aluminium frame of the same mechanical properties. • The advanced carbon fibre structure enabled Hyundai to demonstrate cutting edge fuel cell technology and their new design language, while still reducing weight. Hyundai always intended this vehicle to provide a glimpse of tomorrow’s vehicle technology and the combination of the cutting edge power train, future design language and Axontex™ technology showed this as the centre piece of the Hyundai Geneva Motor Show stand. • The frame has subsequently won the JEC Jury Prize for 2015.

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È sempre giorno in GSI Partita come piccola realtà italiana, Global System International SpA (GSI) si è affermata come Gruppo internazionale con 11 sedi dislocate tra Europa, Brasile e Cina. In senso reale e traslato, c’è quindi sempre il sole sulle attività in continua espansione dell’azienda. L’intervista all’Ing. Stefano Maria Profeti, Presidente e Amministratore Delegato del Gruppo, ci illustra i punti più rappresentativi e strategici di questa crescita. Quali sono i punti di forza di GSI rispetto alle aziende che offrono solo stampaggio? GSI lavora in stretta collaborazione con il cliente per supportarlo nel suo core business. Partendo da un’idea, il cliente ottiene il prodotto sequenziato su tutta la linea di produzione e distribuzione: supporto tecnico, ricerca e sviluppo, certificazioni, verniciatura, assemblaggio, fino ad arrivare alla gestione logistica del prodotto. Ci contraddistingue una grande flessibilità nell’adattarci alle esigenze del cliente ed entrare nel suo ciclo produttivo.

Ing. Stefano Maria Profeti Da una piccola società italiana a gruppo internazionale: ci può descrivere i punti salienti di questo sviluppo? Global System International (GSI) nasce nel 2002 già dotata dello specifico cromosoma di piccola multinazionale. Il management proveniva dall’azienda internazionale svizzera Lonza – specializzata in ambito chimico. L’intento era quello di creare qualcosa di nuovo, al di fuori delle attività tradizionali di Lonza, perché il mercato era alla ricerca di sistemisti in grado di offrire non solo il semplice prodotto stampato. Un esempio concreto, nel settore delle macchine agricole, è fornire l’intero tetto montato e completo della sua componentistica e non i singoli pezzi stampati. Ho iniziato questa attività per me inusuale, in quanto non provengo da una famiglia di imprenditori. Laureato in Ingegneria Chimica, sono cresciuto come manager gestionale. GSI è partita con un capitale sociale di 10 mila Euro e un fatturato di 400 mila Euro: oggi vanta un consolidato che supera gli 80 milioni con una previsione di superare i 100 milioni nei prossimi tre anni ed una forza lavoro di oltre 400 persone nelle 11 sedi del Gruppo in tutto il mondo. Il nome stesso dato alla società parla da sé: Global è la nostra vision, System rappresenta il nostro ruolo di sistemisti, forniamo ai clienti un servizio completo, prodotti verniciati e assemblati pronti al montaggio, e International è la nostra mission di partner che si affianca al cliente ovunque si trovi nel mondo.

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Think global, be local. GSI si propone come una realtà globale integrata: ci può descrivere le principali strategie del Gruppo? Il nostro concetto di Globalità è molto semplice. Non andiamo all’estero per produrre in loco a basso costo e importare il prodotto in Italia. Ci insediamo in un paese straniero con uno stabilimento accanto al cliente, entrando nel tessuto locale in maniera profonda e scegliendo manager e tecnici del posto in un’ottica di integrazione. È una strategia insita nel DNA aziendale. L’internazionalizzazione è il punto focale di GSI. Dove è presente oggi il Gruppo? In totale i plant sono undici, composti da dieci unità produttive e un ufficio commerciale. Nello stabilimento di Scanzo-

Progetto Engine Bay in Carbon SMC

rosciate, Bergamo, siamo in 130 senza contare l’indotto, e ci occupiamo di stampaggio e assemblaggio. I principali campi applicativi in Italia sono i settori Agricolo e Automotive, ai quali è destinato il 90% della produzione, e la parte elettrica. Dall’anno scorso stiamo portando avanti un importante progetto italiano per Automobili Lamborghini, abbiamo una pressa e un’isola automatizzata di fresatura sviluppate per loro. Gli altri stabilimenti sono a Hörgertshausen, non lontano da Monaco di Baviera, dove stampiamo e assembliamo per clienti quali Audi e Volkswagen. Lo stabilimento in Austria, entrato ufficialmente in produzione in questi mesi, è oggi dedicato al cliente CNHi di Sankt Valentin: qui verniciamo e assembliamo componenti per macchine agricole. Abbiamo due stabilimenti in Gran Bretagna, uno da poco entrato in funzione, a Basildon, per stampaggio e assemblaggio, l’altro a Gloucester per la verniciatura: i campi di applicazione sono quello agricolo con il cliente CNHi, ma nutriamo un grande interesse verso l’Automotive per il futuro. In Cina c’è lo stabilimento di Chongqing, la “nuova Detroit” cinese, dedicato a verniciatura e assemblaggio per SIH, la joint venture Saic-Iveco Hongyan nel settore Truck, e quello di Shanghai, dedicato a stampaggio e assemblaggio. Inoltre abbiamo tre stabilimenti in Brasile, a Sete Lagoas, Curitiba e Horizontina, inaugurati l’anno scorso e con

una pressa da 4.000 tonnellate, dedicati a tre clienti principali: Iveco, CNH e John Deere. In aggiunta, abbiamo un ufficio di rappresentanza commerciale negli Stati Uniti, a Chicago. A quali mercati GSI guarda con interesse in futuro? Automotive in senso ampio e parte elettrica sono i nostri campi di applicazione principali ad oggi, dove intendiamo apportare innovazione, fornendo soluzioni che non sono ancora presenti a livello industriale. Allo stesso tempo stiamo cercando di aprirci a nuovi business quali potrebbero essere il mercato edile o del design, dove potremmo impiegare le nostre tecnologie e studiare progetti ad hoc. Perché riteniamo che non esista un materiale sbagliato ma solo un’errata applicazione del materiale. Dal punto di vista geografico, un desiderio è quello di rafforzare ulteriormente la nostra presenza negli Stati Uniti. Stiamo cercando di capire se e come le nostre tecnologie, avanzate per caratteristiche e volumi prodotti, ad esempio l’SMC, possano portare valore aggiunto ad alcune realtà locali. Sono previsti piani di implementazione per GSI Italia e le altre filiali? Sono in previsione dei piani di potenziamento importanti. In Germania abbiamo appena acquistato due presse per due progetti specifici che porteranno ad una crescita significativa nel settore Automotive. Qui in Italia stiamo pianificando di acquistare più di una pressa, nel caso si dovessero concretizzare alcuni progetti in corso di trattativa. Rinforzeremo il Brasile dove, nonostante l’attuale crisi economico-politica, consideriamo di inserire un’ulteriore pressa. Nella nostra nuova unità di Basildon è previsto in futuro un rafforzamento nello stampaggio e nella verniciatura, per focalizzare l’attenzione sul settore agricolo ed aprirci al settore Automotive. L’innovazione: che ruolo riveste nei piani di sviluppo di GSI? Può citare un caso significativo? Un caso emblematico nell’ambito dell’innovazione è il brevetto E.L.I.S.A. (Extreme Light Insulator System Application ndr) che partirà con la prima produzione in serie per un prestigioso marchio automobilistico tedesco. Si tratta di un particolare sistema di assemblaggio di assorbitori acustici e termici su un manufatto per sotto motori realizzato in LWRT (Light Weight Reinforced Thermoplastics ndr). Light come materiale leggero ma anche come progettazione e realizzazione flessibili, dato che l’impatto sulle attrezzature è estremamente ridotto, è possibile usare lo stesso stampo per più varianti. Attraverso dei co-stampaggi abbiamo creato un prodotto che in un’unica

Stabilimento GSI a Scanzorosciate (BG) sessione è già pronto per l’applicazione, senza ulteriori lavorazioni o investimenti. Il materiale utilizzato come base per lo stampaggio è LWRT, un composito costituito da polipropilene e fibra di vetro, fornito in lastre. È un materiale molto leggero e che presenta caratteristiche di fonoassorbenza elevate. Un altro esempio può essere il nostro utilizzo della fibra di carbonio. L’80-90% dei prodotti in questo materiale viene realizzato con stampaggio in autoclave che prevede un processo semi-manuale per produzioni di qualche decina di pezzi. Noi invece lo abbiamo proposto per volumi di qualche migliaio di pezzi, mantenendo le specificità di una lavorazione accurata ma abbattendo i costi per il cliente. Abbiamo acquistato una pressa che dedicheremo allo stampaggio del Carbon SMC, permettendoci di soddisfare le richieste del cliente. Il pezzo in fibra di

carbonio presenta il cosiddetto “carbon look”, il tipico effetto marmorizzato identico a quello che si ottiene in autoclave, con la differenza che riusciamo a produrlo in scala industriale. GSI ha raggiunto la finale nella competizione European Business Award: cosa significa per l’azienda? È molto importante per noi ed è motivo di orgoglio. Per la seconda volta siamo arrivati in finale, in seguito a un’analisi approfondita da parte della giuria e dopo essere stati selezionati in una rosa di 32.000 aziende provenienti da 33 Paesi europei. Concorriamo per aggiudicarci l’award di miglior business dell’anno con un fatturato tra 26 e 150 milioni di Euro. Arrivare in finale, fra i primi 100, per noi è già una vittoria. È un riconoscimento delle nostre attività e della credibilità aziendale a livello mediatico europeo.

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Con Laminate Tools e PlyMatch migliora e ottimizza il workflow nella realizzazione dei componenti in materiale composito laminato

Velocizza la progettazione Con Laminate Tools è possibile semplificare la progettazione dei laminati grazie alla simulazione CAE (Computer Aided Engineering) del drappeggio delle pelli sullo stampo. Il progettista è in grado di identificare rapidamente quelle zone del prodotto in cui possono nascere problemi di realizzazione, quali grinze e eccessive distorsioni delle fibre, e può intervenire introducendo dei tagli sulla pelle virtuale o simulando altri accorgimenti come se si trattasse di una operazione reale di messa a punto.

Migliora le prestazioni Attraverso le interfacce FEM di Laminate Tools, l’analista può utilizzare i dati del progettista per realizzare il modello strutturale del laminato. Grazie al supporto nativo dei solutori Nastran, Ansys e Abaqus è possibile ottimizzare le prestazioni del prodotto senza modificare gli standard aziendali. Introdurre un ply di rinforzo nel modello FEM non è mai stato così semplice!

Aumenta la produttività I dati della laminazione progettata e analizzata possono essere condivisi con la produzione grazie alla generazione automatica del PlyBook e all’esportazione del profilo 3D oppure dello sviluppo in piano delle pelli, riducendo i costi legati al cattivo uso del materiale e migliorando la qualità e ripetibilità del prodotto.

Riduci gli errori PlyMatch è un sistema hardware e software di Realtà Estesa che consente al laminatore di identificare con precisione come posizionare la pelle modellata con Laminate Tools sullo stampo, minimizzando gli errori di produzione e riducendo i tempi di realizzazione del manufatto.

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FORD

La fibra di carbonio verso la produzione industriale Ford Motor Company ha annunciato una partnership con DowAksa, una joint venture 50/50 tra la Dow Chemical Company e la Aksa Akrilik Kimya Sanayii A.S¸., per accelerare la ricerca e lo sviluppo di tecnologie industriali avanzate e innovative per la produzione di componenti in fibra di carbonio. L’obiettivo della ricerca è trasformare i processi di lavorazione dei componenti in fibra di carbonio passando da una dimensione artigianale a una produzione industriale di volume, per ridurre il peso dei veicoli anche del 50% e incrementare l’efficienza senza ridurre la resistenza. Ford e DowAksa faranno parte dell’Institute for Advanced Composites Manufacturing Innovation, una struttura, creata dal governo americano, dedicata alla ricerca industriale nel settore dei materiali compositi. L’istituto farà parte di un più ampio network di ricerca industriale promosso dal Dipartimento Americano per l’Energia. “La collaborazione con DowAksa e la partecipazione al nuovo network di ricerca ci permetteranno di accelerare lo sviluppo e avvicinare i nostri obiettivi”, ha dichiarato Ken Washington, Vice Presidente Ricerca e Ingegneria Avanzata, di Ford. “Grazie al talento del nostro team porteremo la produzione di materiali compositi a nuovi livelli di tecnologia e innovazione”. L’obiettivo della partnership è superare gli attuali limiti imposti dall’elevato costo e dalla scarsa disponibilità delle materie prime e sviluppare un processo efficiente ed economicamente sostenibile per la produzione di volume. Ford e DowAksa collaboreranno anche per ridurre l’energia necessaria alla lavorazione delle fibre di carbonio e per svilupparne i relativi processi di riciclaggio. “Questa partnership porta avanti la collaborazione pre-esistente tra Ford e Dow Chemical e permetterà di accelerare il passo nello sviluppo di applicazioni industriali dei materiali compositi”, ha aggiunto Jim deVries, Reponsabile Ricerca Materiali e Produzione, di Ford. “Questa collaborazione ci avvicina al giorno in cui materiali come la fibra di carbonio troveranno posto a bordo delle auto di volume più leggere, più sicure e più efficienti”. L’Ovale Blu porta avanti la ricerca in questo settore anche presso il proprio centro europeo di Aachen, in Germania, in cui gli ingegneri Ford, nell’ambito del progetto Hightech. NRW,

studiano processi in grado di ridurre i tempi dei cicli di lavorazione delle fibre di carbonio. In collaborazione con i centri di ricerca Ford americani, inoltre, eseguono test di robustezza strutturale e di resistenza alla corrosione dei materiali in plastica e metallo rinforzati con fibre di carbonio. “Le tecnologie e l’esperienza di DowAksa saranno fondamentali per abbattere le barriere che oggi impediscono l’utilizzo dei materiali compositi a bordo delle auto di volume”, ha dichiarato Douglas Parks, componente del CDA di DowAksa. “La nuova struttura creata dal governo, inoltre, rappresenterà la base sulla quale costruire una piattaforma collaborativa e accelerare i nostri progressi”. Le fibre di carbonio e i materiali compositi sono già utilizzati a bordo delle auto da corsa e per gli aerei grazie alla straordinaria resistenza e al peso estremamente ridotto. Possono essere utilizzati per creare componenti con caratteristiche specifiche, come il livello di flessibilità, a seconda delle applicazioni. Recentemente, a Detroit, l’Ovale Blu ha svelato la nuova Ford GT, una supercar che fa largo utilizzo di materiali compositi e di fibra di carbonio, per garantire pesi ridotti e un’accelerazione fuori dall’ordinario. Grazie all’applicazione di questi materiali, la Ford GT garantirà uno dei migliori rapporti peso-potenza di sempre per un’auto di produzione. Ford ha già mostrato, inoltre, un prototipo ultraleggero della Fusion, la gemella americana della nuova Mondeo. Il prototipo utilizza carbonio, alluminio, magnesio e acciaio al boro per ridurre il peso del 25%, rendendolo analogo a quello della Fiesta. Le tecnologie innovative utilizzate a bordo della Ford GT potranno un domani essere implementate su larga scala per ridurre il peso dei modelli di volume. La creazione di veicoli più leggeri e più efficienti è uno degli assi della strategia Ford in merito alla sostenibilità e alla responsabilità ambientale. Già oggi modelli europei come la Fiesta e la Focus sono realizzati con speciali leghe di acciaio al boro, leggere ma dall’elevata resistenza, mentre il nuovo F-150 si avvale di materiali come l’alluminio di derivazione militare per ridurre di oltre 300 chilogrammi il peso del veicolo e incrementare l’efficienza anche del 29% rispetto al modello precedente senza ridurne né le prestazioni né le capacità di carico.

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BERCELLA

Dall’idea al prodotto finito Dal 1996 Bercella progetta e produce per conto terzi componenti e attrezzature per i settori motorsport, automobilistico, aerospaziale, ferroviario e difesa. L’azienda di Parma è in grado di offrire un servizio integrato – dall’idea, progettazione, modellazione 3D fino al prodotto finito – in un ambiente quasi interamente digitalizzato e automatizzato, dove solo la laminazione viene eseguita manualmente. L’attività principale è basata sui componenti e strutture in composito, settori nei quali ha sviluppato una serie di tecnologie all’avanguardia in diverse applicazioni. L’azienda è infatti specializzata in prepreg/autoclave – nello stabilimento esiste un’autoclave di grandi dimensioni, ottimale per il settore aerospace – e vanta un’ottima esperienza nei processi di filamento continuo (grazie a un macchinario progettato e costruito internamente), additive manufacturing, infusione, RTM e stampaggio a compressione. Una volta finito, il prodotto viene sottoposto a una serie di prove all’interno del Material Testing Laboratory, un laboratorio innovativo dove vengono eseguite radiografie, tap test, termografie, ultrasuoni e soluzioni avanzate per i controlli non distruttivi, al fine di certificare la qualità e la garanzia del manufatto. Il laboratorio è anche un luogo di progettazione e realizzazione: qui è nato un materiale intelligente in grado di rispondere alle stimolazioni esterne. L’invenzione si basa sull’idea di sviluppare un sensore così minuscolo da non “disturbare” o appesantire la struttura. Il sensore è in fibra di carbonio e, come la pel-

le umana, reagisce agli stimoli esterni. È realizzato nello stesso materiale della struttura ospite (fibra di carbonio) e presenta i medesimi comportamenti in termini di reazione alla temperatura e allo stress. Le fibre di carbonio, inserite all’interno della struttura, sono rese funzionali grazie a nanostrutture che generano proprietà piezoelettriche in risposta agli stress meccanici. La fibra di carbonio agisce da cablaggio e sfrutta l’anima della fibra, portando fuori il segnale. Il tutto senza utilizzare la fibra ottica o altri componenti che potrebbero appesantire la struttura o renderla più fragile. Questo strumento piezoelettrico può essere utilizzato sia come sensore sia come attuatore. I sensori possono registrare qualsiasi fenomeno si verifichi su una fusoliera o sul telaio di un’automobile: temperatura, pressione e stress sono solo alcune variabili che possono essere tracciate e misurate. Monitorando costantemente la struttura, è possibile prevedere eventuali danni e riparare o sostituire la parte critica, prima di un eventuale collasso della struttura. Sono diversi i campi di applicazione di questi sensori, quali i settori energetico (pale eoliche), aeronautico, automotive fino ad arrivare alle protesi. L’impostazione manifatturiera di Bercella ha trovato un partner ideale in Autodesk nello sviluppo di nuovi progetti nel Generative Design e Generative Manufacturing. Un esempio in tal senso è costituito dal progetto Hack Rod, la prima autovettura con telaio progettato dall’intelligenza artificiale: rivestita in materiale composito (skin), sarà in grado di analizzare la struttura in maniera predittiva.

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GIMATIC

Sistema di presa a depressione L’industria automotive è in procinto di puntare verso l’utilizzo di materiali compositi e con essi necessita di rendere più efficace il loro processo di produzione. Gli attuali supporti infatti (pinze, ventose e sistemi ad aghi) non sono disegnati specificatamente per questo tipo di materiali. Le “dita” delle pinze e il risucchio delle ventose deformano e alle volte danneggiano gli strati caldi dei polimeri. In particolare nel caso di utilizzo di ventose, queste possono incollarsi ai polimeri necessitando quindi di essere spazzolate al termine di ogni ciclo. Inoltre, le alte temperature danneggiano la maggior parte dei materiali gommosi usati per le ventose, rendendo così indispensabile un ciclo di raffreddamento per ogni operazione. L’utilizzo di aghi invece, che ovviamente comporta la foratura della fibra stessa, necessita di superfici “sacrificabili” con conseguente spreco di materiale e incremento dei tempi

di lavorazione. Gimatic ha saputo rispondere a questo problema studiando un sistema di presa a depressione, la nuova serie PAAT. La ventosa si presenta in PTFE, un materiale in grado di lavorare ad alte temperature (fino a 250 ºC) ma abbastanza sottile e flessibile da riuscire ad ottenere una sufficiente tenuta del vuoto sulla superficie del materiale composito caldo, esattamente come farebbe una ventosa tradizionale. Il PTFE non si incolla ai polimeri e alle fibre calde e le nervature di supporto evitano il risucchio e la deformazione dei materiali dedicati; il profilo a labbro flessibile riesce comunque a garantire la tenuta del vuoto anche a temperatura ambiente. Infine la sospensione elastica in silicone, immune alle alte temperature dell’ambiente di lavoro, permette di compensare gli allineamenti assiali ed angolari.

HEXAGON MANUFACTURING INTELLIGENCE

In pista con Red Bull Racing Hexagon Manufacturing Intelligence ha firmato il rinnovo della sua partnership per l’innovazione con il Team di Formula Uno Red Bull Racing. Con l’accordo della durata di 3 anni, giunge a 10 anni il rapporto tra le due società. Red Bull Racing continuerà ad utilizzare le tecnologie di misura Hexagon sia nel suo stabilimento che in pista. Con una vettura che contiene circa 100.000 componenti e un team che esegue fino a 30.000 cambiamenti di progetto in una stagione, il reparto qualità della Red Bull Racing opera costantemente sotto pressione per poter supportare il team di progettazione e sviluppo. Il team utilizza inoltre i sistemi di misura portatili per garantire la precisione nella configurazione della vettura nei weekend di gara. “Lavoriamo con tempi estremamente stretti ma non possiamo accettare compromessi sulla

precisione, sia nella produzione di componenti sia nella messa a punto sul circuito“, spiega Chris Charnley, Direttore Qualità alla Red Bull Racing. “La tecnologia Hexagon ci permette di eseguire operazioni di collaudo in velocità ma nella più completa fiducia nell’affidabilità dei risultati“. Al Peasland, Responsabile delle Partnership Tecniche in Red Bull Racing, aggiunge “L’intero business della Formula Uno ruota attorno alla misura, all’analisi e al miglioramento continuo. La velocità e la fiducia che otteniamo da Hexagon è legata alle prestazioni e all’affidabilità“. Il contratto, stipulato fino alla fine del 2018, consolida lo stretto rapporto tra le due aziende e farà proseguire il loro approccio collaborativo all’innovazione. Oltre ad essere utenti di prodotti e servizi Hexagon, gli ingegneri della Red Bull Racing sono coinvolti anche nella ricerca e svilluppo e nel collaudo del prodotto. I loro standard rigorosi hanno sfidato Hexagon a sviluppare nuove tecnologie e adottare nuove modalità di lavoro.

TÈAS

Sistema di taglio con sorgente laser A distanza di sette anni dall’introduzione in campo industriale del sistema LASER T*, TÈAS aggiunge alla propria gamma di soluzioni per il taglio o la finitura di materiali plastici e compositi un nuovo sistema compatto, rivolto in particolare al mondo dell’automotive. LASER T* è un sistema integrato e completo di taglio o finitura dei materiali plastici e compositi, interamente realizzato da TÈAS, che prevede una sorgente laser CO2, il cui raggio viene condotto mediante un braccio articolato fino ad una testa di taglio movimentata da un robot. A completamento del sistema è prevista anche l’installazione di un apposito sistema di raccolta ed evacuazione sfridi, nonché una cabina di protezione con relativo sistema di aspirazione e filtraggio del particolato derivante dal processo di taglio per l’abbattimento dei fumi. Il nuovo sistema SLIM T*, recentemente presentato a Parigi in occasione del JEC World 2016, garantisce ad un prezzo contenuto i medesimi risultati in termini di flessibilità, qualità e performance della gamma LASER T*.

Necessitando in pianta di un’area inferiore a 6 m2, risulta la soluzione ideale per qualunque stabilimento dove lo spazio disponibile è limitato. La prima applicazione in ambito automotive di SLIM T* è stata rivolta alla rimozione ad alta precisione dei canali di iniezione di parti plastiche ottenute da stampaggio, in particolare fanali anteriori e posteriori, raggiungendo un grado di finitura superficiale tale da non necessitare di ulteriore lavorazioni. L’alta precisione e ripetibilità è garantita da un sistema di visione che consente di compensare nel posizionamento 2D del robot anche ad eventuali tolleranze sul posaggio, mentre un sensore di stand off garantisce al tempo stesso la corretta distanza del punto di focalizzazione. Recentemente ulteriori campi di impiego del sistema in campo automotive hanno portato alla finitura di interni auto come i tappetini. Tuttavia la varietà di potenziali sviluppi restano ancora molto ampie.

Compositi

Dalla telefonia alle quattro ruote Ieri, oggi e domani: un viaggio narrativo nelle molteplici attività di Celbo, iniziate nei mercati elettrico e della telefonia, fino ad approdare alla produzione odierna di parti di carrozzeria per i settori agricolo e automobilistico. Il core business dell’azienda è lo stampaggio a compressione SMC, declinato in diverse soluzioni innovative che aprono la strada a interessanti sviluppi per nuove, future applicazioni In principio erano cassette, armadi, porta-contatori per i settori elettrico e delle comunicazioni: Celbo inizia a farsi conoscere nel 1972 con lo stampaggio a compressione SMC che oggi assorbe il 90% delle sue attività. Negli ultimi 15 anni, in seguito all’evoluzione del mercato e alla parcellizzazione dei partner di riferimento, è nata l’esigenza di diversificare l’offerta, ampliando il raggio di azione al settore agricolo al quale oggi è destinato il 50% della produzione. Celbo realizza parti di carrozzeria di trattori, come cofani, tetti e parafanghi, per importanti clienti nazionali e internazionali del calibro di Gruppo Fiat-Cnh, Argo Tractors – Landini, BCS-Ferrari, Agritalia-Carraro, John Deere, Claas e Massey Ferguson. La produzione comprende anche parti di camion e autobus per Fiat-Iveco. “La tecnologia SMC – spiega l’Ing. Fabrizio Gindre, Direttore Commerciale di Celbo – offre dei vantaggi notevoli per chi produce macchine agricole. Siamo in grado di applicare nella stampata stessa degli inserti filettati, pronti per essere utilizzati negli assemblaggi di altri componenti. Per esempio, in un tetto abbiamo realizzato più di 100 inserti filettati dove poter allacciare una serie di optional: il gruppo di condizionamento, le luci, il cablaggio e tutto quello che serve per il corretto funzionamento del

Ossatura tetto con impiego inserti

Compositi

veicolo. Per questo settore, molto attento all’estetica e alla qualità dei manufatti, offriamo anche il servizio di verniciatura e assemblaggio a completamento”. IL SETTORE AUTOMOTIVE L’esperienza significativa nei trattori apre le porte al settore automotive, con importanti collaborazioni sia come fornitori diretti sia come sub-appaltatori. Il consolidamento nel settore automobilistico ha reso possibile la nascita di produzioni con materiali diversi: accanto a SMC classico, a base di fibra di vetro, sono stati sviluppati SMC a base di fibra di carbonio, molto richiesto nell’automotive per motivi di peso, performance e caratteristiche meccaniche, e SMC Superlight con impiego di microsfere. Nel settore delle quattro ruote su strada, dove è richiesta una maggiore resistenza meccanica, Celbo realizza componenti di sostegno e rinforzo con SMC a base carbonio. “Produciamo pezzi per Porsche, Nissan e Suzuki e forniamo direttamente Ferrari su alcuni articoli, soprattutto i fondi sotto scocca che proteggono l’autovettura – precisa Fabrizio Gindre -. In SMC carbonio realizziamo gli schienali per sedili di auto sportive”. Nei settori agricolo e automotive, grazie al supporto di un team di aziende e professionisti, Celbo è in grado di offrire

Sezione fondi sottoscocca

un servizio completo di engineering industriale, partendo da un progetto esistente fornito dal cliente o sviluppando una semplice idea. Una volta verificata la fattibilità del progetto, si passa alla costruzione manuale dei prototipi, seguita dalla costruzione degli stampi. Le performance dei manufatti sono garantite dalle presse verticali Celbo, dotate dei più innovativi sistemi di controllo elettronico. Dopo lo stampaggio, i pezzi possono essere lavorati con le macchine CNC e rifiniti a mano. L’azienda è in grado di rilevare anche le minime imperfezioni presenti sul manufatto, grazie al Controllo in Tempo Reale. Su richiesta del cliente, il pezzo viene assemblato, verniciato e dotato di particolari aggiuntivi. PROGETTI E NUOVI SVILUPPI L’azienda ha iniziato un interessante percorso di sperimentazione, non ancora in produzione, che potrebbe aprire le porte a nuovi tipi di applicazione: un esempio è costituito dal co-stampaggio. “In questo caso – precisa il Direttore Commerciale – viene utilizzata la tecnologia SMC: all’interno dello stesso stampo vengono inseriti dei pezzi realizzati con altre tecnologie”. Il risultato del co-stampaggio è un prodotto misto tra la tecnologia Celbo e quella, per esem-

Pressa verticale 1500 ton per stampaggio SMC pio, dell’autoclave, diffusa nel mondo del carbonio e dai costi elevatissimi. In questo caso si riescono a fare dei pezzi misti co-stampati con alcuni inserti dove le resistenze meccaniche devono essere molto elevate, mentre il resto viene realizzato in SMC che ha caratteristiche leggermente inferiori ma costi notevolmente più bassi. Un altro progetto in produzione, realizzato in collaborazione con Ferrari, è uno sportellino in SMC co-stampato con una gomma che funge da cerniera e permette l’apertura e chiusura dell’accessorio a seconda delle esigenze aerodinamiche

della vettura. “La tecnologia SMC trova un’applicazione ottimale dai 1.000 ai 20/30.000 pezzi l’anno, in quanto gli investimenti in attrezzature sono abbastanza importanti” – puntualizza Fabrizio Gindre –. Attualmente Celbo sta realizzando l’hard top del pick-up della Nissan. Con la tecnologia SMC, il pezzo, una volta stampato e verniciato, ha le sembianze di una lamiera e possiede delle caratteristiche di flessibilità di forma che, per essere ottenute sulla lamiera, necessitano di investimenti in attrezzature notevolmente superiori.

Un altro studio in atto, e non in produzione, riguarda le applicazioni per moto o le parti relative alle sospensioni di un’autovettura. Questo perché la tecnologia dell’azienda permette di realizzare forme complicate e complesse, ma esteticamente valide, in un’unica stampata. “Siamo aperti a qualsiasi collaborazione – conclude Gindre –. I settori di applicazione possono essere infiniti: dove esistono caratteristiche meccaniche particolari, una complessità di forma – onerosa da realizzare con altri mezzi – e i numeri produttivi adeguati, la tecnologia SMC risulta sempre vincente”.

“Co-make your business” è la nostra missione. Co-make, co-business, per raggiungere insieme ai nostri clienti gli obbiettivi. La nostra missione, la vera anima di Celbo, è rigorosa: rispondere alle esigenze dei clienti con soluzioni immediate, complete, just in time. Questo signiﬁca fornire prodotti esattamente come li avete richiesti, nei tempi stabiliti e nelle quantità previste.

celbo.com

Con un parco macchine di 15 presse che vanno dalle 150 alle 2.000 T, Celbo stampa a compressione particolari in SMC sia a base di vetro che carbonio, fornendo ai propri clienti un servizio completo, dalla progettazione all’eventuale verniciatura del particolare stesso. Un risultato raggiunto grazie ad una ﬂessibilità progettuale e produttiva che ci consente di far fronte in modo ottimale a qualsiasi esigenza.

made in Italy

co-make your business

Compositi

via F. Turati, 747 - Pievesestina - 47522 Cesena (FC) Italia - tel +39.0547.316311 - fax +39.0547.317591 - info@celbo.com

POLYNT COMPOSITES

An impressive range of products Polynt has been active in the production, sales, research and development of organic anhydrides and their derivatives for over 60 years. Its membership in the major chemical intermediates sector allows the Company to play a central role in activities ranging from petroleum refining to the production, sale and market distribution of finished products. With more than 2300 employees and 35 manufacturing facilities, Polynt Composites is known for its superior quality and impressive range of products, including Polyester and Vinyl Ester Resins, Compounds, Gel Coats, low profile/low shrink Additives, tooling systems, Bonding Pastes, Catalysts, and cleaning agents. In its four plants, located in Italy, Germany, Poland and South Korea, Polynt Composites produces Sheet Molding Compounds (SMC) and Bulk Molding Compounds (BMC) with a total capacity of 80.000 tons/Y. Polynt Composites has invested many efforts in research and development for new class of thermoset reinforced materials to answer to the increasing market requests. In particular, in its German plant in Miehlen (near Frankfurt), has been launched a new production line fully dedicated to manufacturing of carbon fiber reinforced SMC for several applications. This industrial line has a production width of max. 1,5 meter, it is equipped with devices able to operate with chopped carbon fibers with different fiber lengths, with recycled carbon fleece and with all types of fabric for prepregs. Polynt Composites has developed and is using new resins systems in order to propose the CF-SMCs for different market sectors’ applications. The new CF-SMC operates since spring of this year and has a capacity of about 2.000 tons/Y. In order to develop dedicated products, Polynt Composites Germany has a laboratory line for sampling and small lots; this line can also be used for production of CF-SMC with unidirectional fibers. Plant’s infrastructures (such as cooled storage, paste preparation area, test laboratory and all safety and environmental facilities and devices) are already available on site thanks to its current GF-SMC activities. For the automotive industries, Polynt Composites proposes a new range of lightweight SMC, with density of 1.2 g/cm3 and modulus above 8000 MPa. These low-density SMC are suitable for body panels for cars and trucks. R&D departments located in Italy and Germany, are studying the next generation of LW-SMC with density of 1.1 g/cm3 and near Class-A surfaces. Furthermore, with the acquisition of CCP from Total, Polynt Composites has extended the Class-A SMC portfolio giving

Compositi

the best solutions for OEM’s. Other specialties are: • Structural SMC reinforced with glass fibers. These materials combine high mechanical properties (Modulus up to 16000 MPa) with good flow in the tool; • Styrene free SMC. Totally new class of SMC without styrene like curing agent. This family has zero-VOC and can be used for interiors in automotive and trucks; • High thermal conductivity BMC. Developed formulation of high filled BMC with improved thermal conductivity (3.7 W/ mK) introducing boron nitride as additional filler, maintaining the electrical insulation; • SMC for aircraft industries. Polynt Composites proposes one material for defined application areas in aircraft: - HUP 27: The SMC described by HUP 27 is developed for the fire containment requirements for cargo areas and fulfills the FAR requirements according FAR 25 App. F, Part I + V and the AITM 3.005.

ATOM

Edge Hardner

OG Composite

Tecnologia Made in Italy per i compositi alla 24 Ore di Le Mans OG Composite, azienda di Passirano (BS), è specializzata nella lavorazione di materiali compositi in fibre di kevlar ed altre fibre aramidiche, fibre di vetro e fibre al carbonio. Lavora in particolare alla realizzazione e riparazione di particolari in carbonio di vetture da corsa per prestigiosi marchi automobilistici, ma è attiva anche in altre applicazioni, ad esempio l’industria navale e medicale (realizzazione di protesi e lettini per radioterapie). Grazie alla qualità delle proprie forniture, frutto della continua ricerca ed attenzione sui metodi di lavorazione dei materiali, l’azienda bresciana ha conquistato il mercato ad altissima tecnologia delle forniture per vetture che partecipano ad importanti competizioni automobilistiche, come il Trofeo monomarca Maserati, i campionati italiani ed internazionali Gran Turismo e la prestigiosa FIA World Endurance Championship, competizione internazionale che comprende in calendario anche la famosa 24 Ore di Le Mans, gara di durata che si svolge annualmente sul circuito francese nei pressi dell’omonima città. In queste competizioni motoristiche che si giocano sul filo dei secondi e nelle quali le autovetture sono spinte al massimo delle proprie possibilità per un tempo estremamente elevato, la differenza viene spesso fatta dall’affidabilità e dalla qualità delle forniture, che risultano fondamentali sia per offrire la più

elevata qualità prestazionale sia per garantire la massima sicurezza dei piloti anche in condizioni estreme. È per questo motivo che OG Composite si affida alla qualità della tecnologia di taglio di Atom, azienda esperta del settore nel taglio dei materiali flessibili e semirigidi, con sede produttiva in Italia e filiali distributive in tutto il mondo. Grazie ai sistemi FlashCut Twins prodotti da Atom, l’azienda bresciana è in grado di tagliare con la massima precisione e velocità tutti i materiali lavorati sia secchi che preimpregnati utilizzando una vasta gamma di mandrini ed utensili progettati da Atom per il settore dei compositi, quali il mandrino PRC, eccezionale per il taglio dei tessuti secchi e l’esclusivo Edge Hardner, che eroga uno specifico appretto nebulizzato che risolve il problema dello sfilacciamento dei tessuti secchi in prossimità del bordo tagliato. “Grazie al software di nesting ed ai proiettori dei quali sono dotati i tavoli di taglio Atom FlashCut” commenta Gianluca Orizio, proprietario di OG Composite, “siamo in grado di visualizzare le sagome da tagliare direttamente sul materiale, ed orientarle in base alla trama e all’ordito dei tessuti. In questo modo possiamo ottenere il massimo sfruttamento della materia prima, recuperando sfridi di materiale di tagli precedenti”.

Produttività, affidabilità, modularità e sicurezza Più di una ragione per scegliere Zünd, il produttore svizzero di sistemi di taglio Al JEC World Zünd ha esibito soluzioni automatizzate innovative per i mercati dei compositi e della manifattura industriale. Il nuovo arrivato è il G3 M-1600, un sistema di taglio modulare digitale combinato con un robot UR collaborativo, Peter Hohl mirato al taglio e al prelievo di materiali pre-preg completamente automatizzato. Durante la fiera di Parigi abbiamo intervistato Peter Hohl, Product Manager per i Compositi alla Zünd Systemtechnik AG per approfondire alcuni temi legati alle macchine da taglio. Quali sono le principali competenze di Zünd? La nostra expertise è il taglio digitale su macchine da taglio flatbed. Abbiamo una concezione di macchina altamente standardizzata e modulare. Standardizzata significa che è una macchina rodata, ben documentata e che soddisfa requisiti e normative di sicurezza. Abbiamo certificazioni CE e UL, che sono un valore aggiunto ma anche una necessità se si vuole vendere a livello mondiale. La macchina Zünd è ben testata. Ad oggi, abbiamo immesso sul mercato un totale di circa 18000 macchine. Queste sono disponibili con molte opzioni: per esempio possiamo incrementare il livello di automazione e le opzioni di alimentazione del materiale. Si tratta di un prodotto davvero ricercato che può sempre essere aggiornato e a cui si può aggiungere qualsiasi utensile. Offriamo soluzioni complete per ogni taglio in molti settori e applicazioni differenti. Potrebbe spiegare il significato di “modulare”? Tutto ciò che costruiamo è modulare. La modularità aiuta il prodotto a crescere secondo le necessità del cliente. Questi può comprare una configurazione di dimensioni e costo ridotti e questa configurazione può crescere insieme alle sue esigenze, cambiando applicazioni o materiali. La macchina Zünd può essere una so-

Compositi

luzione indipendente o può essere facilmente integrata in un flusso produttivo automatizzato. Abbiamo una funzionalità, un’opzione chiamata “interfaccia industriale” che significa che la macchina è pronta a essere integrata in un qualche tipo di processo automatizzato, per esempio con un alimentatore a monte e un robot a valle per prelevare le parti tagliate. Una soluzione automatizzata è spesso su misura: abbiamo un partner industriale che sviluppa software personalizzato per noi. Questo è un settore del business in crescita, e non solo nel mercato dei compositi.

tà di consigli. Ecco perché la consulenza è così importante. Queste aziende hanno davvero bisogno di essere supportate con tutte le informazioni necessarie sui materiali, sulle capacità della macchina e persino sul processo produttivo, se sono interessate nella produzione automatizzata. Naturalmente tutto il servizio è centrato intorno alla macchina. Quando un cliente ha deciso di acquistare un prodotto Zünd, ottiene una vera e propria installazione, una formazione, un supporto post-vendita che è disponibile a livello mondiale e svolto da tecnici ben addestrati. In ogni momento e in ogni luogo.

In quali settori opera Zünd? Siamo molto forti in aeronautica, automotive, difesa e lavoriamo anche in altri settori, come sport e tempo libero, automobilismo da corsa, energia eolica e alcuni altri mercati ancora. Siamo realmente in grado di coprire tutto il mercato dei compositi e i suoi sotto-settori.

Che cos’è il G3 Digital Cutter? G3 è il nostro prodotto industriale, non solo per compositi in quanto vendiamo macchine G3 per molte altre applicazioni industriali. G3 è una macchina molto solida, robusta e affidabile: per esempio, ciò è dimostrato ogni giorno alla BMW a Wackersdorf nella produzione delle I3 e I8. La macchina G3 opera 360 giorni all’anno, su tre turni, 24 ore su 24, e non abbiamo problemi, perché la macchina è protetta in modo particolare da polvere di carbonio e vetro, per esempio. Quindi la macchina è davvero adatta a un’applica-

Quali sono i principali servizi offerti da Zünd ai suoi clienti? Facciamo parte del mercato dei compositi da molti anni, perciò possiamo offrire molti servizi. Ogni giorno spuntano giovani start-up che richiedono una quanti-

zione di tipo industriale. È una delle migliori scelte che il cliente ha a disposizione, specialmente per i compositi, che sono materiali molto difficili. G3 M-1600 con robot UR. Zünd l’ha chiamato il perfetto sistema di taglio a alte prestazioni per tutte le applicazioni: può spiegare il motivo? Ci sono molte ragioni per le sue alte prestazioni. È una macchina veloce: la velocità di taglio è accelerata, ma anche lo scorrimento del materiale è ottimale. La produttività non dipende solo dalla velocità di taglio, un altro fattore importante è anche la movimentazione del materiale. Qui mostriamo le nostre capacità con il robot, ma anche con il software. Prendiamo ad esempio il software ZCC: permette all’utilizzatore di preparare il lavoro in modo facile e sicuro. C’è un database in background dove si possono salvare tutti i materiali, e che si espande giorno per giorno, man mano che l’utilizzatore introduce nuovi materiali. Si deve solo selezionare il materiale che si vuole tagliare. Si può anche stimare il tempo di taglio, prima ancora di iniziare il lavoro. Il software guida realmente l’utilizzatore in tutte le fasi del processo e gli propone gli strumenti giusti al fine di prevenire errori. Alla fine, il software

mostra una luce verde se tutto è stato fatto correttamente. Abbiamo parlato di caratteristiche, prestazioni, produttività e affidabilità, ma cosa si può dire della sicurezza? La sicurezza fa parte della qualità, naturalmente. La nostra macchina può funzionare senza alcuna gabbia di sicurezza. Abbiamo integrato i più alti standard e i più sofisticati concetti di sicurezza al fine di prevenire incidenti o lesioni all’opera-

tore. Consegniamo macchine in tutto il mondo e siamo in grado di ottemperare a tutte le regolamentazioni più rigorose. La nostra documentazione soddisfa tutte le normative. È tutto scritto nel manuale, cosa si deve e cosa non si deve fare: manutenzione, pulizia, lubrificazione. Quando si compra Zünd si paga molto all’inizio, ma si è ripagati sul lungo periodo. La nostra macchina opera fino a venti anni. Direi che il 99% dei nostri clienti comprerà di nuovo da Zünd.

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Geometrie dedicate in PCD nella lavorazione di compositi Concorrenza globale significa tempi di consegna sempre più ristretti e produzioni in serie sempre più ridotte, a prezzi decrescenti. Anche in questi casi tuttavia i processi produttivi su materiali compositi possono essere affrontati, con buoni risultati, con un approccio più efficiente. È possibile trovare economicità e precisione della lavorazione approfittando dei vantaggi offerti da utensili speciali realizzati “ad hoc” proprio per quel processo, per quel prodotto, per quella serie, in quella particolare forma che richiede una geometria inserto davvero particolare (magari con un angolo sottosquadra nel PCD come questo a lato). La moderna tecnologia consente una flessibilità senza compromessi sulla qualità del prodotto, che resta certificata, ripetibile, costante. Aggiungiamo poi esperienza trentennale nei più diversi campi delle lavorazioni meccaniche per asportazione di truciolo in una struttura estremamente snella e reattiva, ed avremo una ricetta unica, in grado di rispondere al meglio alle esigenze di fresatura, foratura e filettatura di compositi mediante l’utilizzo di PCD. Ecco buone sinergie: maggior durata, migliori finiture superficiali a maggiori velocità di taglio. Per abbattere costi e tempi. In una sola parola: competitività. Per info: Antonella Mazzoccato C.R.M. di Mazzoccato Arturo & Figli s.r.l. Via S.S.dei Giovi, 44 22073 FINO MORNASCO (CO) info@crmtools.it www.crmtools.it

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DYNABRADE

Sistemi di lavorazione completi Dynabrade è impegnata nella realizzazione di sistemi di lavorazione che comprendono tutto il necessario per una proposta completa che va dal tubo di mandata dell’aria all’abrasivo da utilizzare sulle proprie macchine utensili fino ai dispositivi di aspirazione delle polveri. Questo avviene anche per la lavorazione dei materiali compositi: l’azienda offre smerigliatrici diritte ed angolari, con potenze variabili da 0,4 a 1hp di potenza, con range di giri da 950 a 100.000 giri/min, dotabili di campane di aspirazione modulari per un perfetto adeguamento al pezzo in lavorazione e una ottimale aspirazione delle polveri; tali campane sono montabili e smontabili con facilità dalla macchina utensile permettendo in tal modo l’uso di un’unica macchina per diverse esigenze di produzione. Dynabrade produce trapani di diverse potenze (da 0,4 a 1hp) e numero di giri (da 500 a 20.000 giri/min) dotati di campana di aspirazione collassabile per una aspirazione delle polveri costante durante tutta la fase della foratura. L’offerta Dynabrade continua con macchine da taglio (da 75mm a 125mm di diametro) e smerigliatrici angolari (da 50mm a 180mm di diametro) con potenze da 0,4 a 1,3hp di potenza, dotate di campane di aspirazione. Le levigatrici roto-orbitali, orbitali, rotoeccentriche, che montano dischi da 75mm a 300mm di diametro, le lucidatrici rotative e roto-orbitali (anche con espulsione frontale dell’aria per ottenere il raffreddamento della zona di lucidatura) rappresentano lo standard di lavorazione nel 98% degli impianti AOEM nel mondo, nel mercato marine e aerospace, nella lavorazione

dei materiali acrilici solid surface. La linea di macchine utensili Dynabrade comprende anche routers (da 0,4 a 1hp di potenza), seghetti e lime alternative, levigatrici e smerigliatrici a nastro anch’esse dotate di aspirazione. Recentemente sono state introdotte macchine per la lavorazione di materiali conglomerati resina-quarzo, lapidei e vetro con raffreddamento ad acqua dal centro del platorello. L’azienda ha anche rinnovato la propria linea di aspiratori con dei nuovi in classe M e in classe ATEX zona 22 e 21. Questo permette di lavorare con le sue macchine utensili in ambienti con presenza di atmosfere potenzialmente esplosive e di aspirare le polveri di lavorazione in maniera efficace e con la possibilità di scegliere l’aspiratore più opportuno per il proprio ambiente. I nuovi aspiratori permettono di affrontare in maniera sicura e professionale ogni tipo di problematica ATEX. L’offerta Dynabrade è completata dai suoi abrasivi tra i quali spiccano quelli speciali in carburo di tungsteno per la lavorazione dei compositi, quelli su film per la lavorazione dei materiali acrilici, del gelcoat e delle fibre di carbonio, dalla grossa asportazione alla finitura; gli abrasivi ceramici e diamantati per il taglio e la sgrossatura dei compositi.

WALTER

Nuove frese in metallo duro integrale Con la famiglia di prodotti MC232 Perform, Walter completa il programma di frese in metallo duro integrale con tre nuovi modelli di frese, disponibili in 36 dimensioni diverse, a 2, 3 o 4 denti, nel campo diametri da 2 fino a 20 mm (con codolo Weldon a partire da un diametro codolo ∅ di 6 mm). Con questi nuovi modelli, per la prima volta anche nella linea Perform sono disponibili frese in metallo duro integrale. La linea Perform è concepita per offrire grande economicità e coprire un’ampia gamma di applicazioni, risultando molto vantaggiosa soprattutto per numeri di pezzi medio-piccoli. Di conseguenza, anche le caratteristiche delle nuove frese MC232 Perform sono indicate soprattutto per quegli utenti particolarmente attenti soprattutto alla versatilità dei loro utensili, più che alla loro vita utensile: nei lotti di piccole dimensioni, infatti, una vita utensile elevata spesso non è misurabile, o comunque non può essere sfruttata appieno. La versatilità delle frese MC232 Perform si rispecchia anche

Compositi

nelle caratteristiche tecniche: grazie alla geometria a tagliente centrale, all’elica a 35º e alla qualità di materiale da taglio WJ30ED, le nuove frese per spallamenti e scanalature sono indicate per tutte le più comuni operazioni di fresatura, quali fresatura laterale, fresatura dal pieno, fresatura di tasche e lavorazione a tuffo, inclinata ed elicoidale. Gli ambiti di utilizzo delle nuove frese spaziano dall’industria meccanica alla costruzione di stampi, fino ai settori automobilistico ed energia. Le frese consentono un impiego universale in tutti gli acciai, in tutti gli acciai inossidabili e in tutte le ghise (ISO P, M e K).

La prima famiglia di utensili di fresatura Round Milling della linea Perform. (Foto: Walter AG)

MAPAL

Sicurezza di processo nella lavorazione di materiali ultraleggeri Nella foratura di materiali compositi in fibra di carbonio, compositi in fibra di vetro con termoplastiche e resine epossidiche bisogna porre particolare attenzione ad evitare la delaminazione dei materiali e la formazione di bave in uscita della foratura. Le tolleranze di foratura in relazione a diametro, forma e qualità superficiale devono essere rispettate. Con la MEGA-Drill-Composite-UDX MAPAL offre una punta studiata per le particolari esigenze della lavorazione di materiali compositi in fibra di carbonio. Uno dei suoi vantaggi è la possibilità di lavorare sia materiali compositi a trama monodirezionale sia a trama multidirezionale grazie a moderne geometrie e rivestimenti. La punta è adatta anche per situazioni di serraggio labili (sistemi poligonali) o pezzi con pareti sottili che possono influenzare negativamente la foratura. Con un rivestimento ad alte prestazioni in diamante la MEGA-Drill-Composite-UDX garantisce una lunga vita utensile. La sua particolare geometria unisce perfetta affilatura con ottime prestazioni di guida. La punta lavora silenziosamente e produce fori con tolleranza H8. Nell’assemblaggio di aeroplani, a seconda dell’accessibilità del-

le parti, la punta viene utilizzata su grosse rivettatrici automatiche, robot e unità di foratura. In questo modo è utilizzata la MEGA-Drill-Composite-UDX presso un cliente MAPAL per la foratura del rivestimento delle ali. “Foriamo materiali compositi in fibra di carbonio particolarmente abrasivi”, spiega il Dott. Peter MüllerHummel, responsabile del reparto “Aerospace e compositi” di MAPAL. La punta in questo campo di applicazione è apprezzata per il suo rivestimento, che vanta una durezza di 10.000 HV. Presso un altro cliente la MEGA-DrillComposite-UDX è impiegata per la foratura di una sezione di poppa, che in tutti gli aerei è particolarmente sollecitata. “Il cliente richiede una tolleranza H8” dice il Dott. Müller-Hummel. Questa tolleranza è molto difficile da ottenere. La MEGA-Drill-Composite-UDX è dotata di un micro gradino di alesatura, posto immediatamente dopo la cuspide, che garantisce la tolleranza richiesta. Questo micro-alesatore funge da stabilizzatore del diametro. In definitiva con la MEGA-Drill-Composite-UDX si ottiene la massima sicurezza di processo e qualità nella lavorazione di materiali compositi.

ISCAR

Lavorazioni di compositi CFRP con frese a candela Il crescente utilizzo dei materiali compositi nelle industrie aerospaziali, navali, eoliche ed automobilistiche ha creato nuove sfide per i produttori di utensileria. Tra questi materiali il CFRP (Carbon Fiber-Reinforced Polymer) risulta essere uno dei più complessi da lavorare. Infatti nella lavorazione di CFRP non si può parlare di taglio del materiale: la rimozione del materiale può essere meglio descritta con il termine “frantumazione”. Questo processo genera un’elevata abrasione del tagliente, sottoponendolo quindi ad una rapida usura. Anche nella lavorazione di compositi la geometria dell’utensile ricopre un ruolo cruciale nella performance di processo. Un altro fattore strategico per ottenere elevata produttività su queste tipologie di materiali è il materiale dell’utensile. Per una lavorazione produttiva del CFRP, ISCAR propone delle frese in metallo duro prodotte nel grado IC02 che possono essere fornite, su richiesta, anche con rivestimento diamantato IC2018. La giusta scelta per la lavorazione di compositi può essere considerato un fondamentale investimento ingegneristico. Un taglio pulito senza delaminazioni, bave e separazione tra gli strati necessita che il pezzo sia ben saldo, per evitare vibrazioni. Il design delle frese EPX-F, unito alla particolare combinazione tra eliche destre e sinistre, permette di eliminare i fenomeni di delaminazione, eccessiva compressione e separazione degli strati dei quali i CFRP sono composti, specialmente nelle situazioni di scarsa rigidità.

Compositi

PFERD ITALIA

Utensili per la lavorazione manuale dei compositi PFERD Italia, filiale locale del gruppo August Rueggeberg, presente in Italia da oltre venticinque anni, promuove e commercializza prodotti e sistemi per la lavorazione manuale dei metalli e di materiali compositi e plastiche. L’Accademia PFERD, centro di formazione e addestramento tecnico aperto sia a personale di vendita sia a utilizzatori finali comprende una sala per la teoria e un ambiente insonorizzato per testare e provare qualsiasi tipo di prodotto. Nel corso del 2015 si sono tenuti numerosi corsi, da quelli base a quelli specifici, organizzati per tipo d’industria, di applicazione o d’illustrazione dei prodotti principali elencati nel manuale. Una novità introdotta è la possibilità di organizzare corsi personalizzati in accordo con i clienti. PFERD ha presentato il nuovo Manuale, il n. 22 della serie, che riporta tutte le indicazioni non solo per scegliere il miglior utensile per il lavoro richiesto, ma anche su come utilizzare tali utensili per ottenere le migliori prestazioni. Con l’inizio del 2016 PFERD introduce e presenta il nuovo mezzo di assistenza tecnica mobile (PFERD TOOL MOBIL) attraverso un’iniziativa che vedrà l’organizzazione di ben trentadue eventi in tutta Italia. In occasione di questi eventi, PFERD illustrerà le possibilità del nuovo mezzo fruibili dai clienti utilizzatori e dai distributori, per portare sempre più in profondità sul territorio nuovi sistemi e prodotti che consentano di migliorare l’efficienza e la qualità del lavoro. Nelle giornate evento saranno organizzate gare di abilità. Gli eventi saranno tenuti presso Partners e/o importanti distributori PFERD. Infatti, la politica commerciale dell’azienda prevede la vendita soltanto attraverso i canali distributivi di settore come le utensilerie, le ferramenta più organizzate e, gruppi di rivenditori associati.

Il contatto con l’utilizzatore avviene sempre tramite la rete di rivendita e, nei casi più importanti, il contatto tecnico diretto avviene tramite e in rappresentanza del distributore di zona. Lo staff tecnico PFERD esegue centinaia di dimostrazioni e interventi ogni anno. Numerosi sono i prodotti adatti alla lavorazione manuale dei materiali compositi e delle plastiche. Tra le lime rotative in metallo duro PFERD annovera tre tipi di tagli specifici: FVK, FVKS e PLAST. I primi due tagli possono essere utilizzati su duroplasti rinforzati con fibre di vetro e di carbonio, con componente di fibra superiore al 40%. Il taglio PLAST è adatto a materiali meno duri, con percentuali di GFK o CFK (fibre di vetro o di carbonio) inferiori al 40%. Tutte le lime rotative si utilizzano per bordare, fresare contorni, praticare fori o sbavare. Sempre tra le frese PFERD ha inserito da alcuni anni il taglio MICRO, ideale per lavori di finitura su materiali molto duri, con il vantaggio di vibrazioni e rumorosità ridotte. Per ciò che concerne abrasivi flessibili, l’azienda offre una varia gamma di articoli CO COOL (granulo ceramico “additivato” che aumenta la capacità di asportazione riducendo la temperatura del pezzo lavorato). Le versioni in cui è disponibile tale abrasivo vanno dal sistema COMBI CLICK, ai dischi CD- Combi disc, ai nastri, per finire con anelli abrasivi GSB e rotoli abrasivi POLIROLL. Nell’area dei prodotti diamantati PFERD offre lime, mole e dischi da taglio adatti alla lavorazione dei materiali compositi. Infine, molto utilizzati nel taglio dei materiali compositi i dischetti da 1 mm e da 0,8 mm di spessore, che consentono tagli veloci e precisi.

Compositi

SALA MACCHINE SPECIALI

Macchine costruite per un uso elementare Sala Macchine Speciali S.r.l., presente sul mercato internazionale dal 1956, è un’impresa attiva nella costruzione di macchinari speciali per il settore dell’automotive, del tessile e dell’imballaggio. Grazie alla lunga esperienza maturata è in grado di costruire macchine “su misura” rispondenti alle esigenze del cliente, garantendone elevati standard qualitativi sia nella ricerca delle soluzioni che nello sviluppo e successiva realizzazione. Solidità, praticità e affidabilità sono la filosofia della Sala Costruzioni Meccaniche che per consentire all’operatore cicli di lavorazione senza interruzioni, durante la fase progettuale, pone particolare attenzione oltre che all’aspetto pratico anche a quello manutentivo. I macchinari, infatti, necessitano di poca manutenzione e i ricambi di marcatura europea e giapponese sono facilmente reperibili sul mercato.

Particolari del cuore della macchina, le lame ed i gruppi di taglio

Ultima versione della macchina Il design dei macchinari è affidato ai più sofisticati programmi di tecnologia elettronica che sono di supporto all’ufficio tecnico. Per i macchinari del settore automotive l’azienda ha studiato, progettato e costruito diverse tipologie di macchine adatte in particolare al taglio e alla pelatura del materiale SMC. Il punto forte di tali impianti consiste nella qualità del taglio, nella precisione della misura e nella facilità di manutenzione che prevede la possibilità di riaffilare le lame e, nel caso in cui se ne rendesse necessaria la sostituzione, il basso costo delle medesime. Si tratta di macchine costruite per un uso elementare il cui funzionamento avviene tramite uno schema elettromeccanico, senza l’utilizzo di PLC, che ne rendono facilissimo l’impiego e la manutenzione.

FRIMO

Impianto di termoformatura per compositi d’eccellenza Un nuovo impianto di termoformatura FRIMO per la trasformazione di materiali grezzi per compositi d’eccellenza destinati all’industria aeronautica ha iniziato a funzionare a dicembre 2015 in occasione dell’inaugurazione ufficiale del cliente AEROSOFT SPA a Napoli. La cerimonia di apertura e la consegna in presenza di rappresentanti pubblici della Regione ha avuto molta risonanza. L’impianto, sviluppato dagli specialisti FRIMO del centro di competenza a Sontra, verrà utilizzato per la produzione di componenti in fibre di carbonio per il cliente finale Airbus.

Dopo il progetto vincente con più di 5000 attrezzature per la produzione di Clips Airbus in Organo-lamiere negli ultimi anni, l’azienda ha presentato un ulteriore importante progetto di referenza per l’industria aeronautica ed anche il primo grosso ordine per la lavorazione degli Organosheet in Italia. Il sistema di produzione, basato sulla comprovata tecnologia pressa FRIMO, viene utilizzato in modo flessibile con l’uso di robot in grado di elaborare spazi vuoti Organosheet in diversi formati. Il gruppo FRIMO Al gruppo societario FRIMO appartengono a livello mondiale diverse sedi produttive e commerciali in Europa, Asia e America, così come numerose rappresentanze internazionali. FRIMO ha ricevuto, per la ventiduesima volta, il noto SPE Award, ovvero “l’Oscar delle materie plastiche”. Nel 2014 è stata premiata ad Atlanta con il JET Innovation Award per il progetto di cooperazione “Street Shark”. L’offerta del gruppo FRIMO per le industrie che lavorano le materie plastiche si estende dai diversi procedimenti per la lavorazione poliuretanica, il taglio flessibile, la tranciatura, la pressatura e lo stampaggio, così come la termoformatura, la sellatura e la risvoltatura, fino all’assemblaggio e all’incollaggio. All’offerta appartengono anche soluzioni di sistema per la lavorazione di grande serie di materiali plastici rinforzati con fibre (Composite Technologies). L’azienda offre ai propri clienti attrezzature, macchine ed impianti messi a punto “su misura”, come soluzione singola o completa.

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Alessia Quitadamo, Jacopo Tirillò, Marco Valente – Sapienza Università di Roma, Dip. di Ingegneria Chimica, Materiali ed Ambiente (DICMA) Carlo Santulli – Università di Camerino, Scuola di Architettura e Design (SAAD)

Uso di carta macinata di riciclo in compositi in matrice HDPE

n Italia quasi 9 milioni di tonnellate di prodotti cellulosici (carta, cartone, polpa compressa, ecc.) vengono consumati ogni anno, il che genera un considerevole impatto ambientale, che può essere probabilmente ridotto da azioni implementate nel processo di riciclo [1]. Non tutti questi prodotti sono riciclabili, in quanto dopo 5-6 cicli questi prodotti diventano piuttosto deboli meccanicamente, e pertanto inadatti ad un ulteriore riciclo, trasformandosi in un rifiuto solido urbano. In pratica, di tutti i rifiuti a base di cellulose, il 64% si ricicla,

suggerire che il processo di riciclo ridurrebbe questi costi di circa il 40% [4]. D’altro canto, il processo di riciclo produce anche quantità variabili di scorie e rifiuti che devono essere recuperati ed assoggettati a diversi trattamenti se possibile. Inoltre, considerevoli emissioni sono anche presenti, come anidride carbonica ed ossidi di azoto se viene usato gas come combustibile, cui si aggiungono ossidi di zolfo, polveri e metalli pesanti, se si usa petrolio o carbone. In questo contesto e considerando i problemi presenti, la possibilità di utilizza-

sentare le sue difficoltà data la natura fibrosa della carica. La micronizzazione è stata ottenuta da un processo di macinazione che sfrutta nello stesso momento l’azione dell’impatto, la forza di taglio e la turbolenza [5]. Con questo processo è stato possibile ottenere fibre con diametri di circa 15-20 micron e lunghezze nell’ordine di 200-250 micron, un prodotto che è dunque adatto per l’introduzione in un composito. La figura 1 rappresenta le fibre ottenute e la difficoltà di dispersione rilevata nel mescolamento per estrusione.

Fig.1: Le fibre ottenute per micronizzazione (a sinistra) ed agglomerazione di fibre di carta (a destra) 14% è inviato a termovalorizzazione ed il restante 22% è usato altrimenti (per esempio per combustione nel camino) o inviato in discarica [2-3]. In alcuni casi poi, in particolare se de-inchiostrato o in assenza di trattamenti pesanti con agenti clorati, la carta può essere considerata come un materiale compostabile, pertanto disponibile per miscelazione con altri materiali di origine vegetale od animale per migliorare la fertilità del suolo. D’altra parte, il riciclo della carta è economicamente più vantaggioso della sua incinerazione o dello smaltimento in discarica. Il costo del rifiuto cartaceo, esclusa la raccolta e l’utilizzo degli impianti di smaltimento, è dell’ordine di 100-200 euro per tonnellata quando incenerito o comunque smaltito. Si può

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re diversi tipi di scarto cellulosico come fase dispersa in materiali compositi con matrice HDPE riveste un certo interesse. Questa strategia combina il riuso di una certa quantità di carta con la riduzione del consumo di polimero. SPERIMENTAZIONE EFFETTUATA Dalle considerazioni esposte, in questo lavoro si propone l’idea di usare carta di scarto come riempitivo in compositi a matrice termoplastica. L’Eraclene MP90, nome commerciale di un polietilene ad alta densità prodotto da ENI (Versalis), è stato selezionato come matrice. Per realizzare un adatto composito, la carta è stata assoggettata ad un trattamento di micronizzazione, che può pre-

La carta micronizzata deve essere dispersa omogeneamente all’interno della matrice polimerica, un processo che non si è rivelato facile data la presenza di legami interfibrillari [6]. Per prima cosa, il tradizionale processo di stampaggio ad iniezione è stato adottato per la produzione del composito utilizzando una pressione di 40 bar. Lo stampaggio ha permesso di introdurre diverse percentuali di carta nella matrice polimerica: in pratica, sono stati usati tre tenori di fibra, pari rispettivamente a 3, 5 e 8% in peso. Il successivo utilizzo di un turbo-miscelatore (fig.2) ha consentito di raggiungere una velocità di approssimativamente 3000 giri/minuto, che ha permesso, grazie al calore sviluppato per frizione che supera la temperatura di fusione

Fig.3: Dispersione delle fibre di cellulosa nella matrice HDPE

Fig.2: Il turbo-miscelatore utilizzato Production method

Fibre tenors (wt.%)

Dimensions

Injection moulding

3, 5 and 8

145 x 20 x 4 mm Grip length 60 mm

Turbo-mixing

10 and 20

200 x 12.5 x 2 mm Grip length 60 mm

Tab. 1: Dimensioni dei provini di trazione del polietilene ad alta densità (HDPE) arrivando a circa 170ºC, l’incorporazione della fibra. Tre termocoppie sono state installate per la misura della temperatura, rispettivamente sulla parete del cilindro, su un’area periferica ed una centrale. Il turbo-miscelatore ha il caricamento per lotti separati: si comincia quindi con il caricamento del materiale, poi si ha la chiusura del cilindro, l’attivazione del mescolamento e finalmente si arriva allo scarico del materiale e poi lo stampaggio sotto pressione per la produzione dei campioni. La mi-

Materials

Production method

gliore dispersione ottenuta con l’uso del turbo-miscelatore, dimostrata in figura 3, ha permesso di realizzare campioni con differenti quantità di fibre di cellulosa, fino al 20% in peso. In pratica, provini con 10 e 20% in peso di fibre sono stati prodotti per turbo-miscelazione. Sia i provini ottenuti attraverso stampaggio ad iniezione sia quelli prodotti anche con l’uso della turbo-miscelazione sono stati assoggettati a prove di trazione, per un totale di cinque tenori diversi di fibre. Le dimensioni dei provini sono state date nella tabella 1. Le prove Young’s modulus (GPa)

Yield strength (MPa)

HDPE

Injection moulding

1.16 ± 0.08

21.59 ± 0.18

HDPE + 3% fibre

Injection moulding

1.25 ± 0.02

21.12 ± 0.21

HDPE + 5% fibre

Injection moulding

1.26 ± 0.04

20.97 ± 0.35

HDPE + 8% fibre

Injection moulding

1.17 ± 0.02

20.43 ± 0.09

HDPE + 10% fibre

Turbo-mixing

1.03 ± 0.03

22.03 ± 0.34

HDPE + 20% fibre

Turbo-mixing

1.23 ± 0.01

27.77 ± 0.19

Tab. 2: Risultati delle prove di trazione

Fig.4: Due immagini dell’interfaccia fibra-matrice (compositi HDPE con 10% in peso di fibre di cellulosa)

di trazione sono state effettuate in controllo di spostamento, con una velocità di spostamento della traversa pari a 5 mm/minuto e i risultati sono stati dati come media con deviazione standard dei valori ottenuti su cinque provini per ogni contenuto di fibre. Dai risultati delle prove di trazione (tab.2) è interessante notare che la rigidezza e la resistenza a trazione per provini ottenuti per stampaggio ad iniezione e per quelli ottenuti per turbo-miscelazione rimane approssimativamente costante o è leggermente aumentata rispetto all’HDPE non caricato. Il risultato peggiore è ottenuto per la rigidezza nel caso dell’introduzione del 10% in peso di fibre di cellulosa, sebbene aumentando la quantità di fibre fino a 20% in peso permette una più efficace agglomerazione, con conseguente recupero di rigidezza. In termini generali, sebbene l’effetto non è assolutamente negativo, il riempimento con fibra di cellulosa non causa la degradazione delle proprietà dell’HDPE. Malgrado questo risultato piuttosto positivo, anche nel caso della micronizzazione, l’analisi della superficie di frattura al SEM indica la limitata resistenza dell’interfaccia fibra-matrice (fig.4): un risultato prevedibile data la natura idrofila delle fibre e quella idrofobica della matrice. CONCLUSIONI Il composito ottenuto è un’interessante possibilità per lo smaltimento della carta, mentre l’uso del turbo miscelatore ha permesso l’introduzione in esso di maggiori quantità di fibra. I limiti dimostrati sono la scarsa resistenza dell’interfaccia fibra-matrice, che si considera di incrementare in un lavoro successivo attraverso l’utilizzo di un modificatore d’interfaccia, come l’anidride maleica e tramite l’aggiunta di fibra ceramica di riciclo e segatura di legno. BIBLIOGRAFIA

[1] Informazioni su www.cimma.it (ultimo accesso 9 maggio 2016) [2] M. R. Doshi, J. M. Dyer, Encyclopedia of Materials: Science and Technology, Paper: recycling and recycled materials, pp 67116720. [3] L. Gaines, Encyclopedia of Energy, Volume 5, Recycling of paper, pp 253-261 [4] Best Available Techniques (BAT) Reference Document for the Production of Pulp, Paper and Board [5] H. Liimatainen, J. Sirviö, A. Haapala., O. Hormi, J. Niinimäki, Characterization of highly accessible cellulose microfibers generated by wet stirred media milling, Carbohydrate Polymers 83 (4), 2011, pp 2005-2010. [6] M. Andresen, L.S. Johansson, B. S. Tanem, P. Stenius, Properties and characterization of hydrophobized microfibrillated cellulose, Cellulose 13 (6), 2006, 665-677.

Compositi

Alessia Quitadamo, Jacopo Tirillò, Marco Valente – Sapienza Università di Roma, Dept. of Chemical Engineering, Materials and Environment Carlo Santulli – Università di Camerino, School of Architecture and Design

Use of milled recycled paper in HDPE matrix composites

n Italy almost 9 million tonnes of cellulosic products (paper, cardboard, compressed pulp, etc.) are consumed every year, resulting in considerable environmental impact, which can be possibly reduced by actions taken into the recycling process [1]. Not all these products are recyclable, since after 5-6 cycles these products result in quite weak mechanically, therefore unsuitable to further recycling and becomes a solid urban waste that needs disposal. In practice, of all cellulose-based waste, 64% is recycled, 14% is sent to incinerator for transformation of waste into energy and the remaining 22% is used for other applications (e.g., combustion in the fireplace) or still sent to landfilling [2-3]. Also in some cases, in particular if it is deinked or in absence of heavy treatment of chlorine agents, paper can be considered a compostable material therefore available for mixing with other materials of vegetable and animal origin to use to improve soil fertility. On the other side, paper recycling is more economically advantageous than incineration or disposal. The cost of paper waste, excluding the costs of collection and of disposal plants, is in the range of 100-200 euros per tonne when incinerated or disposed of. It is suggested that the recycling process would reduce these costs by around 40% [4]. On the other side, recycling results also in the production of variable amount of slag and waste that have to be recovered and subjected to different treatments if possible. In addition, considerable emissions are also present, such as carbon dioxide and nitrogen oxides if gas is used as fuel, and also sulphur oxides, dust and heavy metals if oil or coal is used. In this context and considering the problems involved, the possibility to use different kinds of cellulosic waste as dispersed phase in composite materials with HDPE matrix appears to be of some interest. This strategy would combine the re-use of some amount of paper, together with reducing the polymer consumption. EXPERIMENTAL INVESTIGATION From the above considerations, in this work the idea of using waste paper as filler in thermoplastic matrix composites is proposed. Eraclene MP90, commer-

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cial name of high density polyethylene (HDPE) from ENI (Versalis), has been selected as matrix. In order to realize a suitable composite, the paper must be subjected to a micronization treatment, which can be a quite cumbersome process due to the fibrous nature of the same. Micronization has been obtained by a grinding process that exploits simultaneously the action of impact, shear and turbulence [5]. With this process it was possible to obtain fibres with diameters of about 15-20 microns and lengths of the order of 200-250 microns, a product therefore suitable for the application of filler in composites. The images of figure 1 represent the fibres obtained and the difficulty of dispersion occurred in extrusion mixing. Micronized paper needs to be homogeneously dispersed within the polymeric matrix, a process which proved not easy also due to the presence of interfibrillar bonds [6]. In the first place, the traditional process of injection moulding was adopted for the production of the composite using a pressure of 40 bars. Moulding allowed introducing different percentages of paper in the polymer matrix: in practice, three fibre tenors were used, which were equal to 3, 5 and 8 wt.%, respectively. The subsequent use of a turbo-mixer (fig.2) enabled reaching a speed of approximately 3000 revolutions/minute, which allowed, thanks to heat developed by friction, exceeding the melting temperature of high density polyethylene (HDPE), coming to around 170ºC, and therefore incorporating the fibre. There are three thermocouples to record the temperature, on the cylinder wall, on the peripheral area and in the central zone, respectively. The turbo-mixer has batch working, starting with the loading of the material, then the cylinder is closed, mixing is activated and finally the material is downloaded and then subjected to moulding under pressure for the production of samples. The improved dispersion obtained by the use of the turbo-mixer, which is revealed in figure 3, has allowed realising samples using different percentages of cellulosic fibres, up to 20 wt.%. In practice, samples including 10 and 20 wt.% were produced by turbomixing. Both the specimens obtained through bare injection moulding and those produced using

also turbo-mixing were subjected to tensile testing, for a total of five different fibre tenors. The dimensions of the samples are given in table 1. Tensile testing was performed in displacement control mode, with a crosshead speed equal to 5 mm/minute and the results are given as the average with standard deviation over five samples per each category. From tensile test results (tab.2), it is interesting to note that tensile stiffness and strength for samples obtained by injection moulding as well as for those obtained by turbo-mixing, remains approximately constant or is slightly increased with respect to neat HDPE. The lowest result is obtained for stiffness in the case of introduction of 10 wt. % cellulose fibres, although increasing the amount of fibres up to 20 wt.% does result in more effective agglomeration, hence recovering rigidity. In general terms, though the effect is by no means negative, cellulose fibre filling does not result in the degradation of properties of HDPE. Despite this rather positive result, even in the case of micronisation, the SEM fracture surface analysis indicates the limited strength of fibre-matrix interface (Figure 4): a predictable result given the hydrophilic nature for the fibre and hydrophobic one for the matrix. CONCLUSIONS In conclusion, the composite obtained is an interesting possibility for the disposal of paper, whereas the use of a turbo-mixer allowed higher percentages of fibre to be introduced in it. The limits shown are in the scarce strength of fibre-matrix interface, which is considered to be improved in further work by use of interface modifier, such as maleic anhydride and blending with ceramic recycled fibre and wood flour.

All the mentioned figures refer to the Italian version Fig. 1: The fibre obtained by micronization (left) and agglomeration of paper fibres (right) Fig. 2: The turbo-mixer used Fig. 3: Dispersion of cellulose fibres in the HDPE matrix Tab. 1: Dimensions of tensile samples Tab. 2: Tensile tests results Fig. 4: Two images of fibre-matrix interface (HDPE composites with 10 wt.% cellulose fibres)

Incollaggio di componenti in fibra di carbonio Giacomo Rigoni – Tec-Eurolab srl Fabrizio Dragoni – Blacks-Composites srl I materiali compositi realizzati con fibre di carbonio sono utilizzati in un’ampia gamma di applicazioni: aereonautica, automotive, ferroviario, navale, applicazioni sportive. Il vantaggio dei compositi è sicuramente il basso peso del materiale unito all’aumento delle prestazioni del veicolo. La trasmissione del carico tra gli elementi strutturali può essere realizzata mediante rivetti oppure giunzioni. Le giunzioni realizzate mediante incollaggio evitano l’incremento di tensioni localizzate ed il conseguente rischio di rottura. I fabbricanti di adesivi suggeriscono molti prodotti in relazione al tipo di applicazione, di seguito vengono messe a confronto e studiate una colla epossidica ed una poliuretanica su di un incollaggio di laminato in fibra di carbonio. TIPO DI GIUNTO E PREPARAZIONE La maggior parte delle applicazioni richiedono una particolare forma della giunzione in funzione del tipo di carico applicato e durata prefissata. Geometrie complesse non sono direttamente applicabili sui laminati compositi in fibra di carbonio. Pertanto, dato il tipo di finalità di questa ricerca, è stato deciso di utilizzare una giunzione mediante incollaggio di tipo semplice (fig.1).

Fig. 1: Giunzione incollata I difetti dell’incollaggio solitamente sono legati al tipo di procedimento realizzato. La prima parte del processo riguarda la preparazione superficiale mentre la seconda è legata all’applicazione dell’adesivo e il posizionamento delle parti (dimensioni, posizione, pressione applicata). La preparazione superficiale è l’aspetto più critico durante tutto il processo di incollaggio. La selezione del trattamento superficiale influenza la resistenza e la durata della giunzione. Obiettivo della preparazione è rimuovere contaminanti, aumentare la bagnabilità delle superfici, favorire la realizzazione di micro-ancoraggi meccanici, e modificare chimicamente la superfice. Il trattamento deve essere realizzato sullo strato più superficiale

del laminato, in modo tale da garantire il più possibile la geometria e quindi le proprietà meccaniche della giunzione. In figura 2 sono descritte i diversi livelli di qualità raggiungibili con preparazioni superficiali differenti.

Fig. 2: Qualità delle preparazioni superficiali CURA E CONDIZIONAMENTO Le resine polimeriche richiedono un trattamento termico definito “cura” per incrementare il carico di rottura e la resistenza chimica. Il trattamento è realizzato ad una certa temperatura per completare la realizzazione di giunzioni tra le catene polimeriche; si è arrivati al punto di “gelificazione”. Se il processo termico procede (temperatura – durata) oltre la “gelificazione” la resina passa allo stato di vetrificazione. L’adesivo e il materiale plastico del substrato sono entrambi costituiti da resine polimeriche, pertanto il trattamento di cura dell’adesivo deve essere realizzato a condizioni inferiori rispetto al trattamento di cura della resina costituente il laminato. Il processo di cura a temperatura ambiente può essere utilizzato per alcune tipologie di adesivi, la giunzione viene semplicemente lasciata in condizioni ambiente. In questo caso il processo richiede un numero elevato di ore di cura (fino a 24 ore). Tuttavia in condizioni ambientali vi è un certo assorbimento di umidità da parte dell’adesivo, la presenza di molecole di acqua può disgregare alcune tipologie di legami della matrice con il conseguente degrado delle proprietà della giunzione. Mediante il trattamento di condizionamento vengono accelerati i fenomeni dovuti in presenza di umidità, in modo da ottenere delle valutazioni in condizioni note. I campioni sono stati condizionati ad alta temperatura (per incrementare la diffusione dell’umidità) e a differenti umidità relative (RH). Infatti le proprietà meccaniche degli adesivi cambiano in

modo significativo in presenza di esposizioni a temperature e umidità differenti. PREPARAZIONE DEI CAMPIONI I materiali base e gli incollaggi stessi sono stati realizzati dalla società Blacks Composites. I laminati sono fibre di carbonio tipo “fabric” impregnate con resina epossidica. Il trattamento di cura del laminato è stato realizzato a 100ºC per 4 ore. Per questa sperimentazione sono stati studiati due differenti tipologie di colle: una resina epossidica con indurimento veloce (che verrà nominato adesivo tipo A) e una resina uretanica (che verrà nominato adesivo tipo B). PROVE Tutte le prove di laboratorio sono state realizzate presso TEC Eurolab srl. Tomografia industriale La tomografia industriale è un controllo non distruttivo, naturale evoluzione della radioscopia e della radiografia digitale. Questo metodo consente di realizzare delle visualizzazioni tridimensionali del componente oggetto di analisi, valutando superfici e volumi. Questo consente di realizzare valutazioni non solo qualitative, ma anche quantitative, con una tolleranza correlata alle dimensioni del componente e la massa volumica che deve essere attraversata dalle radiazioni. L’indagine ha consentiti di esaminare dettagliatamente ogni singola sezione delle giunzioni incollate, andando ad intercettare vuoti, distacchi ed eventuali delaminazioni del materiale base. I campioni realizzati mediante il prodotto tipo B hanno evidenziato un grado di fettologia nettamente superiore al prodotto tipo A. Nelle foto 3,4,5,6 sono state rappresentate, a titolo di esempio, alcune sezioni delle giunzioni.

Fig. 3: Sezione intermedia dei campioni con adesivo tipo A

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- Incollaggio di componenti in fibra di carbonio Prove di fatica Le prove di fatica sono state realizzate con lo scopo di creare le curve di Wohler delle giunzioni saldate. La figura 8 riassume i risultati ottenuti.

neggiamenti della giunzione durante le single fasi del processo. Quando vengono utilizzati prodotti adesivi diversi, è opportuno utilizzare specifiche procedure di incollaggio dedica-

Fig. 4: Sezione intermedia dei campioni con adesivo tipo B

Fig. 5: Sezione intermedia dei campioni con adesivo tipo A

Fig. 8: Curva di Wohler delle giunzioni incollate (mediante valori medi)

Fig. 6: Sezione intermedia dei campioni con adesivo tipo B PROVE DI RESISTENZA MECCANICA Le prove meccaniche sono state realizzate a temperatura ambiente e a basse temperature (campioni A5, A8, B4, B8), la figura 7 riassume i risultati ottenuti.

Fig. 7: Grafico sforzo – allungamento

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DISCUSSIONE La resistenza meccanica a temperatura ambiente e a basse temperature dell’incollaggio poliuretanico risulta essere superiore a quella dell’incollaggio epossidico. Mentre la performance a fatica dell’incollaggio poliuretanico è leggermente inferiore; dato che la maggior parte delle applicazioni industriali riguardano la resistenza a fatica, questo dato deve essere preso in considerazione. Osservando i risultati possiamo fare le seguenti considerazioni: • il livello qualitativo dei due incollagi è nettamente differente. L’analisi tomografica ha messo in evidenza un’alta percentuale di mancate adesioni e vuoti nell’adesivo poliuretanico. Il fatto può essere correlato con la maggiore viscosità rilevata durante l’applicazione della colla; questo può aver interferito con la corretta distribuzione del prodotto e bagnabilità delle superfici. Tali imperfezioni possono essere considerate imperfezioni di tipo operativo. • Tipologia della resina epossidica utilizzata. Per le prove è stata utilizzata una resina a veloce indurimento. Questo prodotto richiede tempi di processo molto ristretti e reduce la viscosità, ma aumenta il rischio di possibili dan-

te. La bagnabilità è fortemente correlata alla preparazione delle superfici, alla viscosità e al metodo di applicazione del prodotto. La rimozione del “peel ply” dalla superfice deve essere realizzata con particolare cura, alcuni picchi superficiali possono rimanere rotti, riducendo le prestazioni aspettate. Un altro aspetto da tenere in considerazione rimane essere la percentuale di umidità presente nell’adesivo. I campioni sono stati testati in condizioni asciutte, in condizioni ideali. Le applicazioni reali sono influenzate dalla percentuale di umidità e dalla temperatura di esercizio. Uno studio più approfondito delle due applicazioni realizzate potrebbe riservare risultati radicalmente differenti. CONCLUSIONI L’obiettivo delle analisi è stato esaminare il comportamento, soprattutto a fatica, di due prodotti industriali da incollaggio. Sono stati dimostrati risultati migliori per il prodotto epossidico ad indurimento veloce rispetto ad un prodotto poliuretanico. Tuttavia la resina poliuretanica ha fornito risultati interessanti; applicando delle migliorie al processo di realizzazione della giunzione si possono probabilmente raggiungere risultati molto prossimi ai prodotti epossidici utilizzati.

WE TEST, YOU WIN.

Qualunque sia il vostro mercato, oggi la sfida della competitività si gioca sulla qualità delle prestazioni e ottenere il massimo dai materiali è una strategia per raggiungere obiettivi più ambiziosi, più in fretta. In un’ottica di eccellenza TEC Eurolab è il partner che vi offre tecnologie d’avanguardia e un expertise di alto profilo sviluppato in oltre 25 anni di collaborazione con le più prestigiose aziende manifatturiere a livello mondiale. Possiamo portarvi dentro ai materiali per tenervi fuori da rischi inutili: perché darvi la sicurezza è la nostra vera specialità.

Adhesive bonding of carbon fibers Giacomo Rigoni – Tec-Eurolab srl Fabrizio Dragoni – Blacks-Composites srl Carbon fiber reinforced composites are used in a wild range of applications: aircraft, cars, trucks, trains, marine, sport applications. The advantage of reinforced composites is easily understood, low weight of materials and high mechanical properties increase performance of the vehicles.The transmission of load between parts of structure can be realized with bonded or bolted joints. Joints realized with adhesive bonding avoid the local increase of stress and the consequence risk of failure. For this reason technical research and the market is moving in the direction of adhesive or hybrid adhesive joints. Makers of Adhesive suggest many products in relation with the application, in this paper polyurethane and epoxy adhesives on carbon fibers/epoxy laminate have been studied and tested. FIBER JOINT AND PREPARATION Most common applications require particular shape design of carbon fiber components. Complex shape design of components are not directly applicable on the fiber laminated, thus the jointing of different part is necessary. In this document adhesive bonding joints will be discussed. Bond defects can be related with the bond process. The first part of the process involves with the surface preparation while the second part deal with the application of adhesive and the positioning of the parts (geometrical position and pressure). Surface preparation is the most critical aspect during the jointing process. The selection of the proper surface treatment influences the resistance and the durability of the joint. Task of surface preparation removes contaminants, increase wettability, promotes micro-mechanical interlocking, and/or chemically modify of surface. The treatment shall be performed on the thin surface of the adherents; geometry of the laminate and the mechanical properties of the laminate shall be guarantee. Figure 2 describes quality level reachable with different surface preparations.

Compositi

CURE AND CONDITIONING Thermoset polymeric resins require cure treatment to provide the highest strength, heat and chemical resistance. The treatment is performed to certain temperature to complete the cross-linking of polymer chains; this stage is called gelation: the micro structure of the resin is fixed. If the process temperature is increased over the gelation the resins achieves the vitrification condition. Adhesive and plastic substrates of laminates are both polymeric resins, cure temperature of adhesive shall be sufficiently under the cure temperature of the laminate resin. Room temperature cure process can be used for adhesive that are either moisture cure or condensation cure products; the adhesive is simply allowed to cure at ambient room conditions. In this case the process requires several hours to cure the material (from 30minutes to 24 hours). The moisture absorption of the adhesive is a slow process which reduces mechanical properties and degrades the bonding joint. The conditioning process accelerates the moisture effects to the test sample in order to test samples also in the worst conditions. The samples are conditioned at high temperature (to increase moisture diffusion) and a different relative humidity (RH). Mechanical properties of adhesive change significantly with different exposure to humidity and temperature. Adhesives should be fully cured prior to conditioning and testing otherwise an adhesive will continue to cure. SAMPLE PREPARATION Samples have been realized by the society Blacks Composites srl in Faenza (RA). Laminates are carbon fibers fabric laminates impregnated with epoxide resin. Laminate cure has been performed at 100ºC for 4 hours. In this work two different adhesive have been studied: two components epoxy resin with fast hardener (adhesive A) and two components urethane resin (adhesive B). Two set of tablets have been realized using adhesive type A and B.

TESTING All testing have been performed in TEC Eurolab srl in Campogalliano (MO). Industrial Thomography Industrial computed tomography is a non-destructive testing method. It is the natural evolution of radioscopy and digital radiography. This method gives a three-dimensional volume of the analyzed object, rather than simply 2D projected image. This allows to perform quantitative as well as qualitative evaluations. In particular, having the three dimensional image of the component, it is possible to analyze the individual sections seeing each particular extension as its defects, dimensional characteristics and therefore the internal and external geometries. All test samples have been evaluated to discriminate area with operative imperfections (figure 3, 4, 5, 6). TENSILE TEST Tensile properties have been testes at room and low temperature using Zwik roel Instruments; figure 7 resumes the results. Fatigue test Fatigue test have been perform with the target to generate Wohler curves of the joints. Figure 8 resumes the results. DISCUSSION Static resistance of polyurethane bonding resin results higher than epoxy, at room temperature and at low temperature. Fatigue resistance performance of polyurethane resin is lower than epoxy. Most of industrial application are related with fatigue resistance, so these data should be considered with attention. Watching results, two different considerations could be discussed: • the quality of adhesive bonding is strongly different. Tomographic examination evidences a high percentage of no bonded areas in the sample where adhesive type B has been used. During the application an higher viscosity has been detected. Thus probably caused a reduced wettability

of the adhesive resin on the composite layer. The imperfections could be considered “operative” imperfections. A better surface preparation with an higher temperature of resin during application could improve the situation. • Typology of epoxy resin used. For the tests analysis a fast hardener of resin has been selected. This product accelerates production processes (Clamping time, gel time) and reduces viscosity (compared with extra slow hardener additives) but elevate the possible risk of damages during the single phases of the production process (fast hardener has got a short pot life).

IROP

When different bonding products are used, specific bonding procedure shall be realized. The same procedure cannot be used for all bonding adhesives. Wettability of the surfaces is one of the most important variables to be considered during the process; Wettability is strongly related with the surface preparation, the viscosity of the product and the method of application. The removal of peel ply from the surface shall be 23-02-2009 8:59attention, Pagina it31 performed with could leave

small fractured peaks of resin on the surface. An other important point of the discussion is the percentage of moisture in the adhesive bonding. All tests have been performed on dry samples, in ideal condition. Real applications are influenced by the percentage of moisture and the working temperature. Future studies will analyze these points of view. CONCLUSION Target of analysis has been focused on the fatigue resistance of the bonded joints; thanks to the tests performed it has been demonstrated the best performance of epoxy resin with fast hardener in standard conditions. But polyurethane resin realizes interesting results; improvements on surface preparation and application procedures are probably the key to produce bonded joints with results close to the epoxy resin used. REFERENCES

1. “Composites Market Report 2014” – Carbon composites AVK IndustrieVereinigung Verstarkte Kunstoffe. 2. “Advanced composite materials” FAA (Federal Aviation Administration) airframe handbook.

I.R.O.P. di F.lli Zanacca srl

Via Martiri della Liberazione, 107/A – 43126 Vicofertile (PR) – ITALY tel.+39 0521 992968/9 – Fax +39 0521 992379 e-mail: irop@irop.191.it www.irop.it

3. “Composite Materials Handbook” Vol.3. Published by SAE International on behalf of CMH-17, division of Wichita State University. 4. “Measurement Good Practice Guide No. 47 – Preparation and Testing of Adhesive Joints” Bill Broughton and Mike Gower. NPL Materials Centre. National Physical Laboratory.Teddington, Middlesex, United Kingdom, TW11 0LW. 5. “Measurement Good Practice Guide No. 28 – Durability Performance of Adhesive Joints” Bill Broughton. Centre for Materials Measurement and Technology National Physical Laboratory Teddington, Middlesex, United Kingdom, TW11 0LW. 6. http://www.adhesivesmag.com/articles/ 85733-elastic-structural-adhesives-by-hybrid-technology 7. Presentation “Adhesive Bonding of Composites” Michael J. Hoke, Abaris Training Inc.

All the mentioned figures refer to the Italian version Fig. 1: Bonded joint Fig. 2: Quality of surface preparation Fig. 3: Section of bond samples with adhesive type A Fig. 4: Section of bond samples with adhesive type B Fig. 5: Section of bond samples with adhesive type A Fig. 6: Section of bond samples with adhesive type B Fig. 7: Tensile stress-strain curves Fig. 8: Wohler curve of bonded joints with average values Nata nel 1956, da molti anni IROP progetta e realizza

AUTOCLAVI PER MATERIALI COMPOSITI Le autoclavi a chiusura rapida IROP sono progettate e costruite secondo

la Direttiva 97/23/CE “PED”e riportano la marcatura “CE”. Esse vengono realizzate in svariate dimensioni secondo le “specifiche” del cliente e trovano largo impiego in diversi settori industriali da quello aeronautico e spaziale a quello automobilistico e sportivo in generale. Nella costruzione IROP si avvale dei più moderni criteri tecnologici. IROP ha inoltre recentemente ottenuto anche la Licenza di Costruzione Cinese per l’esportazione diretta in detto paese.

Compositi

Il rinforzo delle volte in laterizi con sistemi SRG Gianmarco de Felice, Stefano De Santis – Dipartimento di Ingegneria, Università degli Studi Roma Tre Sono illustrate le caratteristiche di un sistema innovativo per il rinforzo strutturale delle volte in muratura mediante tessuti unidirezionali in trefoli di acciaio ad alta resistenza e malte di calce idraulica naturale – denominato Steel Reinforced Grout (SRG) – assieme ai risultati delle prove di durabilità dei tessuti, a seguito di invecchiamento artificiale in soluzione salina. Vengono descritte le modalità di sperimentazione in cantiere per verificare la corretta posa in opera e l’adeguata adesione al supporto murario. Molte delle nostre costruzioni storiche sono caratterizzate da volte in laterizi. Che siano elementi portanti o semplicemente volte di controsoffitto, si tratta spesso di strutture snelle, che negli edifici ordinari coprono luci di diversi metri con spessori di alcuni centimetri. Se da un lato le strutture voltate costituiscono la testimonianza di una pregevole tecnica costruttiva, dall’altro, nonostante la capacità per forma, esse possono risultare molto vulnerabili rispetto a condizioni di carico non uniformi o rispetto all’azione sismica. Lo dimostrano i numerosi crolli che si sono verificati in occasione del terremoto de L’Aquila nell’aprile 2009, dove diverse volte di controsoffitto sono crollate ai piani alti degli edifici, sia per effetto del moto relativo dei muri di imposta che dell’amplificazione dinamica dell’azione sismica. Intervenire sulle volte in muratura è operazione complessa, atteso che il livello di sicurezza non è generalmente adeguato agli standard normativi attuali e tuttavia non possono essere introdotti incrementi significativi delle masse o delle rigidezze, perché comporterebbero una pericolosa modifica nella risposta dinamica di insieme della struttura. L’impiego di materiali compositi negli interventi di rinforzo delle volte per sopperire alla mancanza di resistenza a trazione dell’apparecchio murario non è nuovo ed ha dimostrato la sua efficacia strutturale [1-3]. L’alto rapporto tra la resistenza del composito ed il peso estremamente ridotto consente infatti di ottenere prestazioni meccaniche elevate, senza incrementi delle masse né modifiche significative delle rigidezze. Negli ultimi due decenni, la maggior parte degli interventi sulle volte esistenti ha visto l’impiego di compositi a matrice polimerica (FRP). Solo di recente sono stati proposti sistemi a matrice inorganica, i quali sembrano avere alcuni vantaggi rispetto agli FRP in termini di resistenza al fuoco, modalità di posa

Compositi

in opera, permeabilità al vapore, compatibilità chimico-fisica con il supporto [4]. Il loro impiego, tuttavia, richiede particolari cautele, come del resto per gli altri materiali compositi, nell’accertamento della durabilità del sistema e nel controllo della qualità della posa in opera, che deve garantire una adeguata adesione al supporto. IL RINFORZO DELLE VOLTE IN LATERIZI CON SRG Il sistema di rinforzo preso in esame comprende un tessuto unidirezionale di fili in acciaio galvanizzato ad elevata resistenza (UHTSS, Ultra High Tensile Strength Steel), intrecciati in modo da formare dei trefoli, che va sotto il nome GeoSteel G2000 ed è commercializzato da Kerakoll S.p.A., (fig.1a). Il tessuto ha una densità di 12 trefoli per pollice, grammatura di circa 2000 g/m2 e spessore equivalente di 0.254 mm. I trefoli sono accoppiati e disposti con interasse di 4.2 mm tra ogni coppia, in modo da consentire l’ingranamento con la matrice (fig.1b).

Questo sistema di rinforzo è stato utilizzato nell’ambito di diversi interventi di riparazione delle volte a padiglione e miglioramento sismico eseguiti a L’Aquila in edifici storici. Le fasce in fibra di acciaio sono state applicate all’estradosso delle volte, previa rimozione del riempimento esistente, mediante malta a base di calce idraulica naturale (GeoCalce Fino, fornita, come i tessuti, da Kerakoll S.p.A.), avente le seguenti proprietà meccaniche: resistenza a compressione di 20.6MPa, modulo elastico di 11.4 GPa, e resistenza a trazione di 5.4 MPa. Le fasce, larghe 150 mm (fig.2a), sono state poste in opera dopo la risarcitura delle lesioni, l’accurata pulizia della superficie di estradosso della volta, resa sufficientemente scabra e bagnata in modo da garantire l’adesione della matrice inorganica. Il tessuto è posizionato su un primo strato di malta spesso circa 5 mm e poi ricoperto con un secondo strato approssimativamente del medesimo spessore (fig.2b). Le fasce sono state disposte secondo una maglia ortogonale con interasse variabile

(a)

(b)

4 3 2 1 0 cm 0

Fig. 1: Dettaglio del trefolo in acciaio (a) e tessuto con densità di 12 trefoli/pollice (b)

SEGUI IL BLU 2016 – PFERD Italia 32 eventi organizzati in Italia da Febbraio ad Ottobre 2016! 1

Programma da Giugno a Ottobre 2016 17. 7 giugno 2016 C.D. WELDING S.R.L. VIA FILIGALARDI, SNC 84091 BATTIPAGLIA SA Tel. 0828.871298 cdwelding@cdwelding.it 18. 14 giugno 2016 F&D S.R.L. UNIPERSONALE c/o ELETTROMECCANICA RODILOSSI VIA DEL LAVORO 16/B 63074 SAN BENEDETTO DEL TRONTO AP Tel. 0735.583168 infofdsrl@gmail.com 19. 21 giugno 2016 LA ROSA METALLI s.a.s. di La Rosa G. & C. VIA ACHILLE GRANDI, 165 97100 RAGUSA RG Tel. 0932.623529 larosametalli@larosametalli.it

Trentino-Alto Adige

9➒

Lombardia

Valle d'Aosta

Milano

Veneto

31 10 13

30 15 23

Piemonte

Friuli-Venezia Giulia

Liguria

Emilia-Romagna 32

24. 6 settembre 2016 BONFRATE S.R.L. VIA L. CANOVA, 20/22 74023 GROTTAGLIE TA Tel. 099.5635989 bonfratesrl@gmail.com

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San Marino

4 6

Toscana

Marche

16 21

22 5

7 18

Umbria

Abruzzo Lazio

29. 7 ottobre 2016 ARROWELD ITALIA S.p.A. VIA MONTE PASUBIO, 137 36010 ZANE ‘ VI Tel. 0445.804444 arroweld@arroweld.com

Molise 25

Puglia Campania 17

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30. 14 ottobre 2016 TIRELLI FERRO E INOX S.R.L. VIA BARONA, 21 20142 MILANO MI Tel. 02.89159301 commerciale@tirelliferro.it

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28. 27 settembre 2016 GLD di GINA GRAZIANI C. DA FORESTE, 23/B 66010 MIGLIANICO CH Tel. 0871.950252 2001gld@libero.it

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PFERD Italia s.r.l Peschiera Borromeo (MI) Via Walter Tobagi 13 20068 Peschiera Borromeo (MI) Tel. (02) 55 30 24 86 Fax (02) 55 30 25 18 www.pferd.com · info@pferd.it

FIDATI DEL BLU

- Il rinforzo delle volte in laterizi con sistemi SRG (a)

(b)

(c)

(d)

Fig. 2: Applicazione delle fasce in SRG sull’estradosso della volta tra 45 e 90 cm in funzione dello spessore della volta e dell’esito delle verifiche (fig.2c). Una fascia ogni tre è stata collegata nella parte terminale, in corrispondenza delle reni della volta, alle murature d’ambito per mezzo di connettori costituiti dallo stesso tessuto di acciaio, arrotolato e inserito entro perforazioni, successivamente iniettate con la medesima malta a base di calce idraulica naturale nella versione colabile (GeoCalce Fluido, fig.2d). Tale collegamento, pur non indispensabile, è sembrato una misura utile a garantire il funzionamento della fascia anche nell’eventualità in cui dovesse venir meno l’adesione alla volta. Esso appare inoltre migliorativo rispetto alle comuni pratiche di adozione di fiocchi di collegamento, in quanto permette di ancorare in continuità le fasce alle murature

d’ambito. Si è preferito realizzare fasce separate piuttosto che applicare un tessuto di rinforzo continuo, in modo da non coprire interamente la superficie di estradosso della volta, garantendo vieppiù la permeabilità al vapore necessaria per la conservazione degli affreschi presenti all’intradosso, nonostante la malta garantisca una buona permeabilità al vapore (µ=15). Dal punto di vista strutturale, la presenza delle fasce resistenti a trazione impedisce l’apertura di lesioni all’estradosso, inibendo quindi la formazione di un cinematismo di collasso della struttura. Una volta completata la posa in opera delle fasce, sono stati ricostruiti i frenelli in muratura di mattoni e inserite le catene in acciaio previste in progetto ai quattro lati dei vani voltati per impedire il moto relativo tra le imposte.

LA SPERIMENTAZIONE IN LABORATORIO Le proprietà meccaniche dei tessuti sono state determinate con una vasta campagna di prove di laboratorio. La resistenza media a trazione del tessuto è pari a 3082 MPa (corrispondente ad una resistenza per unità di larghezza di 783 kN/m), il modulo elastico è 184 GPa e la deformazione a rottura è 2.2%. Considerato il piccolo diametro dei fili di acciaio e la necessità di accertare l’efficacia del rivestimento in zinco rispetto alla corrosione, sono state condotte prove di trazione a seguito di condizionamento dei tessuti in soluzione salina per 15, 30 e 41 giorni (1000 ore), secondo le indicazioni della norma statunitense ASTM D1141. Il confronto con i campioni non condizionati ha evidenziato un degrado contenuto, con una riduzione di

Compositi

- Il rinforzo delle volte in laterizi con sistemi SRG -

Piegatura a 90°

95.5%

Condizionamento in soluzione salina

85 80 75

84.3% 80.8%

15 30 41 duration [days] [giorni] DurataAgeing del condizionamento

105

Campioni non condizionati Condizionamento in soluzione salina

100 95 90

Piegatura a 90°

Condizionamento in soluzione salina

100 95

(a)

Campioni non condizionati

Variation of Ef [%] Variazione del modulo elastico [%]

Variazione della Variation resistenza of ff [%] a trazione [%]

105

(b)

95.8%

Condizionamento in soluzione salina

90.1% 87.5%

85 80 75

15 30 Ageing duration [days][giorni] Durata del condizionamento

Fig. 3: Variazione della resistenza a trazione (a) e del modulo di Young (b) del tessuto in acciaio a seguito di invecchiamento artificiale in soluzione salina e piegatura a 90º resistenza del 4% (fig.3a) e di modulo elastico del 7% (fig.3b) dopo 1000 ore di condizionamento. La durabilità dei tessuti è stata accertata anche a seguito di piegatura a 90º (operazione necessaria per la realizzazione dei connettori di estremità). In questo caso, la sola piegatura ha comportato una riduzione di resistenza del 15%, mentre il successivo condizionamento in soluzione salina ha comportato un’ulteriore riduzione del 4% (fig.3a), mostrando che lo strato protettivo di galvanizzazione non è compromesso dalla piegatura [5]. Tali prove, eseguite su campioni di tessuto non impregnato, sono da considerare più cautelative rispetto alla condizione effettiva in cui il tessuto è inglobato nella matrice inorganica e quindi meno esposto agli agenti esterni. LA SPERIMENTAZIONE IN SITU Al fine di verificare l’efficacia del sistema di rinforzo eseguito all’estradosso delle volte, è stata condotta una campagna di sperimentazione in situ, volta ad accertare l’effettiva adesione del rinforzo alla volta e la reale capacità di trasferimento del carico dal rinforzo alla muratura. Le prove consentono di tenere conto delle condizioni effettive di applicazione del tessuto in cantiere, quanto a preparazione del supporto, modalità di applicazione e maturazione delle malte [6]. Il tessuto è stato applicato su metà della volta, dalle reni fino alla sezione di chiave, e lasciato proseguire per circa 100cm

Compositi

oltre la sezione di chiave per consentire l’afferraggio mediante piastre metalliche imbullonate. La forza di trazione orizzontale è stata applicata a mezzo di un attuatore idraulico (fig.4). Sono state condotte tre prove. Il distacco della fascia di SRG si è manifestato con una lenta progressione a partire dalla sezione di chiave fino a raggiungere le reni, senza tuttavia mai arrivare allo

Fig. 4: Setup sperimentale per le prove di distacco in situ

sfilamento del connettore di estremità. A fine prova, l’intero strato superiore di malta era disgregato e il tessuto distaccato dallo strato inferiore, che al contrario è rimasto adeso al supporto. Il comportamento sperimentale del sistema di rinforzo è rappresentato in figura 5, in termini di tensione di trazione (pari alla forza diviso l’area del tessuto) e scorrimento relativo tra supporto e rinforzo (rilevato mediante i trasduttori po-

Fase I – Comportamento elastico Fase II – Distacco attivato, matrice fessurata

Pensiamo ad una maggiore leggerezza!

Fase III – Contributo attritivo del tessuto distaccato, per effetto della curvatura della superficie del supporto

Fig. 5: Risultati delle prove di distacco in situ tenziometrici). Le curve mostrano tre successive fasi di comportamento: una prima fase in cui la malta di adesione non è ancora fessurata, una seconda fase in cui si attiva il processo di fessurazione della matrice, ed una terza fase in cui alla resistenza coesiva della matrice si aggiunge un contributo di tipo attritivo. Quest’ultimo interviene lungo la parte di rinforzo già distaccata per effetto della curvatura della volta, che comporta la nascita di tensioni di compressione all’interfaccia rinforzo-muratura. In media, è stato raggiunto un valore piuttosto elevato del carico massimo, pari a 59 kN per una singola fascia di larghezza 15 cm, corrispondente ad una forza di 394 kN/m ed una tensione nel tessuto di 1550 MPa (fig.5). Il contributo in termini di resistenza fornito dalla curvatura della superficie di estradosso appare significativo, atteso che le tensioni massime risultano superiori a quelle ottenute nelle prove di laboratorio eseguite su supporto piano [5]. La presenza dei connettori di estremità, il cui contributo non è stato attivato nelle prove eseguite, potrebbe fornire un ulteriore incremento della forza trasmissibile. Resta ferma l’importanza dello scrupoloso rispetto delle modalità di applicazione del sistema di rinforzo, specie per quanto attiene la preparazione dell’estradosso della volta e la corretta applicazione e stagionatura della malta di adesione. Naturalmente, la comprensione approfondita del comportamento meccanico del sistema di rinforzo richiede il conforto di ulteriori indagini, anche considerando la mancanza nella letteratura scientifica di metodi analitico/numerici consolidati per il calcolo e il dimensionamento.

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BIBLIOGRAFIA

[1] Foraboschi, P. Strengthening of masonry arches with fiber-reinforced polymer strips. Journal of Composites for Construction, 2004;8(3):191-202. [2] Valluzzi, M.R., Valdemarca, M., Modena, C. Behaviour of brick masonry vaults strengthened with FRP laminates. Journal of Composites for Construction, 2001;5(3):163-169. [3] Borri, A., Casadei, P., Castori, G., Hammond, J. Strengthening of brick masonry arches with externally bonded steel reinforced composites. Journal of Composites for Construction, 2009;13(6):468475. [4] Valluzzi, M.R., Modena, C., de Felice, G. Current practice and open issues in strengthening historical buildings with composites. Materials and Structures, 2014;47(12):1971-1985. [5] De Santis S., de Felice G. Steel reinforced grout systems for the strengthening of masonry structures. Composite Structures, 2015;134:533-548. [6] De Santis S., de Felice G., Sguerri L. Prove di distacco in situ su rinforzi in SRG applicati alla superficie estradossale di volte in muratura. Proc. XVI Convegno di Ingegneria Sismica ANIDIS 2015 (L’Aquila, 13-17 Settembre 2015).

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Tecnologie antisismiche Le recenti evoluzioni normative del nostro Paese spingono i progettisti e i costruttori a prestare maggiore attenzione allo studio del territorio, alla progettazione ed esecuzione degli interventi nonché ad utilizzare tecnologie antisismiche per la protezione degli edifici e delle infrastrutture. In particolare a seguito dei recenti eventi sismici che hanno interessato il nostro paese, è stata emanata una nuova classificazione sismica dell’intero territorio nazionale, eliminando le zone non classificate e introducendo l’obbligo per gli enti proprietari di procedere alla verifica sismica degli edifici strategici e di quelli rilevanti per finalità di protezione civile fra cui anche gli edifici scolastici. Mapei è attiva nel settore del rinforzo strutturale con un ampia linea di prodotti e sistemi studiati appositamente per correggere difetti strutturali e prevenire la caduta di tamponamenti. I sistemi proposti da Mapei per la protezione e il rinforzo degli edifici si caratterizzano per la velocità e semplicità della posa, l’elevata durabilità e per non alterare le rigidità della struttura. Infine tutti i sistemi Mapei si avvalgono del supporto dei test sperimentali condotti dal Dipartimento di Ingegneria Strutturale dell’Università Federico II di Napoli. Il sistema FRP di Mapei si compone di soluzioni in fibre ad altissima resistenza meccanica e resine epossidiche formulate per il ripristino statico e sismico di strutture in calcestruzzo. Le fibre in carbonio, vetro, acciaio e basalto che compongono i prodotti della linea FRP di Mapei aumentano le performance, la resistenza e la duttilità delle strutture. Il sistema FRG di Mapei si caratterizza per l’impiego di leganti a base calce o cemento a reattività pozzolanica e reti in fibre. Mapei FRG System è compatibile con il supporto sia sotto l’aspetto chimico-fisico che quello elasto-meccanico e consente una maggior distribuzione delle sollecitazioni provocate dalle scosse su tutta la struttura. Le malte ad elevate prestazioni meccaniche, Planitop HPC e Planitop HPC Floor, consentono elevate capacità di assorbimento di energia di frattura. Planitop HPC, grazie alla presenza di fibre nella sua formulazione, è indicato per il rinforzo di pilastri con armatura tradizionale ridotta o per il ripristino di travi in cemento armato. Planitop HPC Floor è stato studiato per il

rinforzo di strutture orizzontali: in particolare è da preferirsi in caso di interventi di rinforzo estradossale dei solai. La speciale formulazione del prodotto ne consente la posa senza l’utilizzo di rete elettrosaldata né di connessioni metalliche. Il sistema MapeWrap EQ System è stato studiato per prevenire la caduta degli elementi non strutturali, come gli intonaci o i muri di tamponamento, durante le prime scosse e aumentare così il tempo di evacuazione dagli edifici. La “carta da parati” antisismica MapeWrap EQ Net applicata sulla superficie con l’adesivo MapeWrap EQ Adhesive determina una ripartizione più uniforme delle sollecitazioni dinamiche, sia in ambienti interni che esterni evitando il collasso delle partizioni secondarie o il ribaltamento fuori dal piano. Le diverse soluzioni e tecnologie Mapei consentono di intervenire su tutti i tipi di strutture, in muratura, miste o in cemento armato. I sistemi Mapei si distinguono dai tradizionali per una posa in opera semplice e veloce che non richiede particolari attrezzature o macchinari. MapeWrap EQ System

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Compositi

Il buono del grande, il buono del piccolo Il minieolico è un settore in forte espansione. eTa, azienda specializzata nella produzione di rotori delle pale eoliche per turbine, ha avviato una proficua collaborazione con ELANTAS Europe per la fornitura di resine e adesivi strutturali studiati su misura. L’azienda è stata scelta perché ha la solidità di una grande società e la cura del cliente e flessibilità tipica delle aziende radicate sul territorio. eTa Srl è nata nel 2011 con l’intento di creare prodotti diversi rispetto all’offerta del mercato: pale eoliche ad alta efficienza in sostituzione di quelle a fine ciclo vita, presenti nei vecchi parchi eolici. Nel frattempo eTa ha sfruttato un’altra opportunità di mercato: l’avvio in Italia della produzione di energia da fonti rinnovabili per minieolico fino a 60kW. In questo settore, a partire dal 2013, l’azienda si è specializzata nella produzione di rotori eolici, acquisendo importanti clienti italiani e stranieri. L’ingegnere Giovanni Manni, Amministratore Delegato di eTa, ci ha illustrato il percorso dello sviluppo aziendale. “Nel biennio 2014-2015 abbiamo consolidato la nostra posizione. Fra i nostri clienti annoveriamo Northern Power, il più grande produttore americano di turbine eoliche da minieolico e Tozzi Nord, primo in Italia. Dal volume di fatturato di 1 milione di euro del 2014 siamo passati ai 2 milioni e mezzo nel 2015. Nel 2016 le previsioni sono attorno ai 4 milioni. Nella messa a punto dei nostri prodotti e processi nel minieolico, siamo stati seguiti da ELANTAS, azienda del gruppo

ALTANA, formulatrice di Sistemi epossidici per diverse applicazioni industriali, tra le principali in Europa: tutte le 700 pale prodotte da eTa ogni anno sono realizzate con la loro resina.

Per noi ELANTAS ha sviluppato delle soluzioni ad hoc, non di serie, per le specifiche caratteristiche del prodotto. Infatti nell’eolico le richieste sono diverse rispetto ad altri settori. L’attacco

della pala eolica sul mozzo della turbina ha uno spessore di 60 millimetri, composto da circa 150 strati di vetro, infusi in un’unica operazione. Nel mondo della nautica o dell’automotive si arriva a misure fino a 30/35 mm che, raramente o forse mai, vengono superate. Lo spessore di 50/60 mm di un monolitico in materiale composito è qualcosa di molto particolare ed è basilare che l’impregnazione sia perfetta in ogni strato e in particolare nel cuore dell’infuso. Insieme ad ELANTAS abbiamo studiato dei Sistemi epossidici ad elevata fluidità e bagnabilità, tali da poter garantire l’impregnazione corretta di 150 strati di fibra in una sola volta e fornire proprietà meccaniche e valori di taglio interlaminare del composito (ILSS) ai massimi livelli. Questa collaborazione ha dato buoni frutti ed eTa può avvalersi di un Sistema da infusione con più indurenti a diversa reattività e personalizzati con colori differenti, al fine di visionare la corretta impregnazione e mantenere contenuto il

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- Il buono del grande, il buono del piccolo picco esotermico di reazione. Un tema molto importante da sottolineare è quello economico. Il 25% del costo di una pala è dato dalle materie prime, all’interno delle quali l’8% è rappresentato dalla resina. L’eolico è un business con elevati standard di qualità ma necessariamente competitivo, in quanto deve consentire al produttore finale della turbina di vendere l’impianto ad un prezzo da ammortizzare, tramite la resa energetica, in un determinato periodo. Gli eolici hanno una durata di vent’anni e il costo della turbina deve essere ammortizzato al massimo nella prima metà. La pala, che è un componente importante della turbina, risen-

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te di questo limite di prezzo. Abbiamo lavorato molto sulla definizione di prodotti che fossero certificati, di altissima qualità ma che potessero avere un costo concorrenziale per tutti gli attori della filiera. La stessa cosa è stata fatta con gli adesivi strutturali ELANTAS: la loro viscosità e densità è stata calibrata ad hoc per l’uso specifico degli incollaggi nell’eolico. Un adesivo con un’alta percentuale di elastomeri è un prodotto di ottime proprietà che segue la deformazione senza rompersi. Abbiamo riscontrato, però, che la qualità degli elastomeri all’interno degli adesivi strutturali era un bene sprecato, in quanto la deformazione in campo elastico della pala è di un ordine

di grandezza inferiore rispetto a quanto l’elastomero consente. L’elastomero ha un impatto altissimo sul costo di fabbricazione dell’adesivo: ELANTAS ha messo a punto un tipo di adesivo calibrando i componenti tenacizzanti in misura tale da contenere il costo nei limiti accettabili per il manufatto, mantenendo tutte le importanti caratteristiche meccaniche di resistenza necessarie ai fini della certificazione della pala. Un altro prodotto fornito da ELANTAS sono le resine per manufatti compositi trasparenti. Da mesi stiamo lavorando su un progetto per Enel Green Power: abbiamo vinto la gara di appalto per la produzione del rotore, disegnato da Renzo Piano, e con ELANTAS stiamo mettendo a punto Sistemi da impregnazione ad alta trasparenza, in abbinamento a tessuti di vetro di elevata purezza che forniscono manufatti compositi trasparenti che, se coadiuvati da appositi coating finali di protezione, sono resistenti nel tempo ai raggi U.V. e all’abrasione delle polveri. Abbiamo raggiunto degli ottimi risultati e stiamo perfezionando il prodotto. Ci sono molte aziende che producono resine per l’eolico, perché è il settore che ne consuma di più. La scelta è ricaduta inizialmente su ELANTAS Europe perché già nota al management come azienda storicamente presente nel settore (già Camattini Resine). Nel tempo, abbiamo apprezzato il costante supporto tecnico dei propri funzionari e la disponibilità da parte del Laboratorio R&D sullo sviluppo dei nuovi Sistemi e nei test di invecchiamento o di caratterizzazione alle temperature limite d’impiego dei Sistemi adottati. Da qui la certezza che fosse un’azienda con la quale potevamo realizzare un percorso di customizzazione e personalizzazione dei nostri processi. Abbiamo instaurato una collaborazione con una realtà che ha la solidità di una grande industria e, al tempo stesso, la capacità di seguirci accuratamente, come se fossimo il cliente più importante. ELANTAS, in particolare nello stabilimento di Parma, ha il buono del grande che ha saputo mantenere il buono del piccolo. Infatti, mi hanno riferito che la loro Politica aziendale cita al 1º punto l’impegno ad essere scelti come partner preferenziali dai propri clienti. Questo connubio è stato vincente. Abbiamo trovato una giusta nicchia di collocazione e una risposta immediata alle nostre esigen-

ze, senza inutili e lunghe attese. Il processo con loro è stato molto snello: siamo molto soddisfatti degli ottimi risultati ottenuti”. Accanto al minieolico, eTa guarda con interesse al mondo dei grandi rotori. Da qui lo studio di un progetto di ricerca e sviluppo, chiamato ’Reblading’, che ha vinto la prima fase del programma di finanziamento europeo Horizon 2020 ed è in corsa per la fase due. Il fulcro di ’Reblading’ è una pala eolica con un raggio di 24 metri, progettata in Olanda per la parte fluido-dinamica e in Inghilterra per la parte strutturale, in grado di produrre il 20% in più rispetto alle pale eoliche di uguali dimensioni montate in gran parte del mondo. “Stiamo parlando di raggio, quindi di turbine che hanno diametri compresi fra 48-50 metri e che producono potenze di circa 600/700 kW. Questo processo di ricerca e sviluppo è durato qualche anno, imputabile anche alla situazione italiana che non prevedeva sostituzioni di componenti per aumentare l’efficienza delle turbine”, spiega Giovanni Manni, che continua: “Stiamo crescendo molto grazie al minieolico ma il nostro core business sarà quello del grande eolico, dei rotori più grandi da sostituire in tutto il mondo. È un business di grandi dimensioni perché solo del modello di cui abbiamo progettato la pala, che rappresenta una delle famiglie delle pale esistenti, ci sono 45.000 elementi da sostituire nelle circa 15.000 turbine installate nel mondo. Grazie a Horizon 2020 abbiamo ricevuto importanti riconoscimenti da molte associazioni, in quanto l’Unione Europea ha certificato e sancito l’importanza del progetto ’Reblading’.

Paolo Fino – Center for Space Human Robotics at Polito, Istituto Italiano di Tecnologia e DISAT – Dipartimento Scienza Applicata e Tecnologia, Politecnico di Torino Elisa Paola Ambrosio, Flaviana Calignano, Massimo Lorusso, Diego Manfredi – Center for Space Human Robotics at Polito, Istituto Italiano di Tecnologia Sara Biamino, Matteo Pavese, Daniele Ugues – DISAT – Dipartimento Scienza Applicata e Tecnologia, Politecnico di Torino

Additive manufacturing e compositi a matrice metallica

on il termine “Additive Manufacturing” si intende l’insieme di tutte quelle tecnologie che consentono la realizzazione di oggetti (componenti, semilavorati o prodotti finiti) strato per strato a partire da un modello 3D realizzato tramite software CAD (Computer-Aided Design). L’aggettivo “additive” sottolinea il principio di base che contrappone questo processo a quanto accade con le più diffuse tecniche tradizionali, in cui gli oggetti vengono realizzati a partire da un blocco di materiale, per asportazione con macchine utensili, o per saldatura di parti distinte. Con le tecnologie additive l’oggetto viene realizzato per aggiunta successiva di materiale, senza l’utilizzo di stampi o di utensili, rivoluzionando in questo modo le convenzionali tecniche di formatura. Questo approccio comporta un’innovazione sostanziale in termini di geometrie e funzionalità dei prodotti, di tipologia dei materiali che possono essere utilizzati (polimeri, leghe metalliche, compositi), di consumi energetici e costi di produzione, di organizzazione logistica, di time-to-market. L’“Additive Manufacturing” ha cominciato a svilupparsi a metà degli anni ’80 con l’avvento della stereolitografia e fu inizialmente impiegato per la sola realizzazione di prototipi in materiale polimerico. Nonostante la possibilità di realizzare i componenti direttamente dal modello 3D permettesse di velocizzare l’intero processo produttivo, le parti realizzate erano destinate a periodi di utilizzo limitati. Solo successivamente, con lo sviluppo e l’ottimizzazione di queste tecnologie, si è arrivati a produrre componenti semifiniti con tempi di vita più lunghi (tipicamente stampi e forme) per poi passare dalla produzione di prototipi alla fabbricazione di componenti “near net shape”. L’interesse nella ricerca e nell’ottimizzazione delle tecnologie additive per la realizzazione di componenti pienamente funzionali è amplificato dalla possibilità di ridurre drasticamente il “time to market” del prodotto, dal momento che permette di impostare un ciclo produttivo di un solo passaggio e di eliminare in molti casi la successiva lavorazione con utensile. Le tecnologie additive risultano inoltre particolarmente interessanti quando ci sia la necessità di realizzare un componente in un materiale difficile da lavorare e/o con geome-

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tria complessa, come spesso accade nei settori automobilistico, aerospaziale e racing. Tali tecnologie permettono l’utilizzo di un’ampia gamma di tipologie di materiali. Le prime tecniche si sono inizialmente specializzate nell’utilizzo di materiali polimerici, ma negli ultimi anni sono stati realizzati e ottimizzati diversi processi per la realizzazione di parti metalliche e in materiale composito. CAMPI DI APPLICAZIONE Sono molteplici e in continua espansione. Si possono infatti realizzare componenti in acciaio inossidabile o leghe leggere da utilizzare come parti funzionali, Fig. 1: Componenti ultraleggeri in lega AlSiMg realizzati con la sinterizzazione laser

Fig. 2: Componenti ultraleggeri in lega AlSiMg realizzati con la sinterizzazione laser

particolari complessi per i settori aerospaziale e automobilistico, protesi in titanio o cromo-cobalto per il settore medicale e dentale, pezzi unici con geometrie complesse in leghe preziose per il settore orafo. Da sempre i metalli sono i materiali più utilizzati nelle applicazioni strutturali per le loro proprietà meccaniche elevate quali resistenza, rigidità e tenacità a frattura e per la loro alta lavorabilità e il costo contenuto. Ancora oggi nella maggior parte delle applicazioni strutturali acciai e leghe metalliche sono i materiali maggiormente utilizzati, ma i loro limiti, in particolare di peso, sono sempre più evidenti qualora si richiedano particolari proprietà, come ac-

cade tipicamente nei settori automobilistico, racing e aerospaziale. Il limite del peso può essere superato con l’utilizzo di metalli più leggeri, quali leghe di alluminio e di magnesio, che presentano però proprietà meccaniche inferiori. Non sembra pertanto possibile avere a disposizione materiali che siano allo stesso tempo leggeri, rigidi e resistenti. Inoltre i materiali metallici sono caratterizzati da una diminuzione delle proprietà meccaniche quando operano ad elevate temperature. Per questo motivo hanno rivestito sempre più interesse e importanza a livello ingegneristico i materiali compositi a matrice metallica, in particolare con matrice a base alluminio, magnesio e titanio. Questi materiali permettono infatti di combinare la leggerezza con proprietà meccaniche elevate, che possono essere mantenute anche operando a più alte temperature. Limiti riconosciuti di tale classe di materiali sono il costo elevato e la difficoltà di realizzazione delle parti. I diversi processi utilizzati per la produzione di componenti in materiale composito a matrice metallica presentano infatti diverse problematiche connesse con la reattività all’interfaccia matrice/rinforzante e con la difficoltà ad ottenere una distribuzione omogenea della seconda fase. Da qui l’esigenza di ottimizzare ed utilizzare nuove tecnologie che permettano di realizzare parti in materiale composito in tempi brevi, con costi contenuti e buone prestazioni, evitando danneggiamenti della fase rinforzante, eventuali reazioni che portino alla produzione di prodotti di interfase o fenomeni di segregazione e stati di tensione residua nel materiale. Le tecnologie additive sono pertanto un’interessante ed innovativa soluzione a queste esigenze, risolvendo alcune delle più importanti problematiche dei processi convenzionali. Consentono inoltre una completa libertà sulle geometrie del componente e una maggior flessibilità grazie alla possibilità di poter modificare i parametri di processo. TECNOLOGIE UTILIZZATE Esistono diverse tecniche di Additive Manufacturing molto promettenti per produrre materiali compositi a matrice metallica per le quali è richiesta tuttavia un’ulteriore maturazione che ne permetta l’impiego a livello industriale. Le tecnologie utilizzate maggiormente con i materiali compositi sono tecniche a polvere iniettata che sfruttano un sistema di ugelli solidale con la fonte del fascio laser (LENS), tecniche di consolidamento di lamine metalliche tramite ultrasuoni (UC) e tecniche a letto di polveri, basate sulla sinterizzazione o la fusione selettiva tramite una radiazione laser (SLS/ SLM).

Fig. 3: Immagine FESEM delle polveri di composito AlSiMg e SiC (10%wt.)

Fig. 4: Immagine ottica della microstruttura in composito AlSiMg/SiC La tecnica LENS, tra le più versatili nel campo dell’Additive Manufacturing, viene impiegata per la realizzazione di parti con geometrie particolarmente complesse o che presentino particolari minuziosi come le strutture a parete sottile, difficilmente ottenibili impiegando tecniche convenzionali. La tecnica è ben applicabile per la produzione di compositi con matrice in lega di titanio o intermetallica

ed in particolare anche materiali compositi a gradiente di composizione. La tecnica UC è quella ad oggi più adatta per produrre materiali con rinforzante fibroso inglobato in una matrice metallica. La tecnologia SLS/SLM viene utilizzata per la produzione di matrici di alluminio o di titanio rinforzate con particelle ceramiche, quali SiC, TiC, TiB, o per la realizzazione del composito Wc-Co/Cu.

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- Additive manufacturing e compositi a matrice metallica PUNTI DI FORZA Diversi sono i punti di forza che possono spiegare l’interesse ad utilizzare le tecniche additive con materiali compositi a matrice metallica, come la realizzazione di oggetti con geometrie complesse, garantendo così una buona distribuzione della seconda fase nella matrice. La versatilità della tecnologia consente inoltre la fabbricazione di multistrati, di materiali compositi particolari e a gradiente di composizione. Le potenzialità e la semplicità di progettazione offerte dallo strumento CAD permettono un ampio spettro di controllo su caratteristiche quali la densità, la bagnabilità tra le fasi, la reattività all’interfaccia, la composizione chimica e la microstruttura. Il ciclo produttivo prevede un solo passaggio operativo, escludendo l’utilizzo di costosi stampi e di lavorazioni per asportazione, nonostante ad oggi siano ancora necessari diversi trattamenti post processing. La reattività all’interfaccia può essere controllata modificando la potenza del laser o variando la composizione della lega metallica. Le tecniche che prevedono la fusione completa delle polveri permettono di eliminare totalmente la porosità residua. La velocità di raffreddamento porta alla formazione

di una microstruttura fine e di fasi martensitiche che aumentano la durezza e le proprietà meccaniche del componente. I bordi irregolari delle particelle ceramiche fondono e si ottengono dunque particelle maggiormente sferiche con un effetto positivo sulla tenacità. La buona bagnabilità tra particelle ceramiche e liquido consente di ottenere un buon legame all’interfaccia con miglioramento delle proprietà meccaniche. LIMITI Numerosi sono però ancora i limiti da superare perché le tecnologie additive possano realmente rappresentare un’alternativa ai processi tradizionali. Ad oggi l’accuratezza dimensionale è ancora limitata e richiede fasi successive di lavorazione meccanica tradizionale. A causa di una distribuzione non perfettamente omogenea della taglia delle particelle, di difficoltà di stesura delle polveri o comunque di limiti intrinseci nei processi additivi, i prodotti ottenuti possiedono una rugosità superficiale che richiede ancora processi successivi di finitura. I tempi di produzione di un componente tramite tecniche additive sono ancora troppo elevati per poter competere con i processi tradizionali dal punto di vista

della produzione industriale in serie. Le alte densità di energia in gioco comportano alti gradienti di temperatura e, dunque, tensioni residue non trascurabili che possono portare alla deformazione o all’infragilimento del pezzo. Nonostante questi limiti, le potenzialità delle tecnologie additive in termini di gradi di libertà in fase progettuale e possibile riduzione dei costi spingono sempre di più verso un’attività di ricerca e sviluppo nel settore dei materiali compositi, come dimostrano il crescente numero di pubblicazioni scientifiche e convegni dedicati. Da qualche anno il gruppo di ricerca congiunto Center for Space Human Robotics @Polito (Istituto Italiano di Tecnologia) e DISAT-Dipartimento Scienza Applicata e Tecnologia (Politecnico di Torino) sta lavorando sullo studio di materiali compositi a matrice metallica prodotti per microfusione laser selettiva (SLM). In particolare come matrice metallica viene utilizzata la lega AlSi10Mg e come seconda fase si utilizzano carburo di silicio (SiC), spinello di magnesio (MgAl2O4 ) e diboruro di titanio (TiB2). Il processo consente di ottenere una buona bagnabilità tra rinforzante e matrice che si traduce in una buona qualità dell’interfaccia.

Additive manufacturing and metal matrix composites

he term “Additive Manufacturing“ is generally used for all the technologies capable to build objects (components, semi-end or final products) layer upon layer, starting from a 3D model created using CAD (Computer-Aided Design) software. The adjective “additive“ emphasizes the basic principle as opposed to what happens with the most common traditional techniques, in which objects are manufactured from a block of material, thereby shaping by removing material with machine tools and/or by joining of distinct parts. With the additive technologies the object is manufactured by addition of material, without using molds or tools, revolutionizing in this way the conventional forming techniques. This approach allows a substantial innovation in terms of geometry and functionality of the products, class of materials that can be used (polymers, metal alloys, composites), consumption of energy and production costs, logistics and time-tomarket. The development of “Additive Manufacturing“ began in the mid-80s with the stereolithography and it was initially used only for the creation of prototypes in polymeric material. Although realizing components directly from the 3D model may speed up the entire production process, the parts built had limited periods of use. Only later, with the development and optimization of these technologies, it was possible to produce semi-end components with longer lifetimes (typically molds and shapes) and then arrive to the realization of “near net shape“ components. The interest in the research and optimization of additive manufacturing technologies for the implementation of fully functional components is amplified by the possibility to drastically reduce the “time to market“ of the product, thus allowing a single step production cycle and in many cases without subsequent tool machining is possible. The additive technologies are also particularly interesting for the realization of components from materials difficult to be processed and / or with complex geometry, as often happens in the automotive, aerospace and racing sectors. Additive manufacturing is meanwhile applicable for a wide range of materials.

The first techniques were initially specialized in the use of polymers, but in the recent years several processes for the production of metal and composite parts have been successfully developed and optimized. FIELDS OF APPLICATION They are wide and in continuous expansion. Components in stainless steel or light alloys to be used as functional parts, complex parts for aerospace and automotive industries, titanium or cobalt chrome implants for medical and dental industry, unique pieces with complex geometries in precious metal alloys for the jewelry sector are only a few examples to mention. Metals are historically the most used materials in structural applications due to their high mechanical properties such as strength, stiffness and fracture toughness and for their high workability and low cost. Even today in most structural applications, steels and metal alloys are the most commonly used materials, but their limitations, in particular weight, are increasingly evident especially in the automotive, racing and aerospace fields. The weight limitations can be overcome using lighter metals, such as aluminum and magnesium alloys, which, however, present lower mechanical properties. It is therefore not possible to have materials that are at the same time light, rigid and resistant. Furthermore metallic materials are characterized by a decrease of the mechanical properties when operating at high temperatures. For this reason metal matrix composite materials, in particular with a matrix of aluminum, magnesium and/or titanium have always received interest and are important in the engineering field. Indeed, these materials allow to combine lightness with good mechanical properties, which are maintained also at elevated temperatures. Well known limitations for the use of this class of materials are the high cost and the poor workability resulting in difficulties in the manufacturing process. The several processes used for the production of components in metal matrix composites show different problems connected with the reactivity at the interface matrix/reinforcing filler and with the difficulty to obtain a homogeneous distribution of the second phase. Hence,

there is a need to optimize and to use new technologies to obtain parts in composite materials in a short time, with moderate costs and good performances, avoiding damages of the reinforcing phase, any reactions leading to the production of interphase products or segregation phenomena and residual stresses in the material. Additive technologies are therefore an interesting and innovative solution to these requirements, solving some of the most important problems of the conventional processes. They also allow complete freedom on the geometry of the component and more flexibility through the ability to modify the process parameters. THE TECHNOLOGIES There are several very promising Additive Manufacturing techniques for producing metal matrix composite parts requiring, however, a further maturation to be enabled at industrial level. The additive manufacturing technologies used for most composite materials are: powder injection techniques utilizing a nozzle system inbuilt with the laser beam source (LENS), metal foils through ultrasonic consolidation techniques (UC) and in powder bed techniques, based on the selective sintering or melting by laser radiation (SLS/SLM). The LENS technique, one of the most versatile in the field of Additive Manufacturing, is utilized for the realization of parts with particularly complex geometries or with particular details such as thin-walled structures, difficult to obtain with conventional techniques. The technique is well applicable for the production of composites from titanium alloy or intermetallic matrix and also for composite materials with composition gradients. To date the UC technique is the most suitable for producing materials with reinforcing fibers incorporated in a metal matrix. The SLS/SLM technology is used for the production of aluminum matrix parts reinforced with ceramic particles or titanium, such as SiC, TiC, TiB, or for the realization of the composite WC-Co/Cu. STRONG POINTS The interest in using the additive fabrication of metal matrix composites is supported by several strong points. First

Compositi

- Additive manufacturing and metal matrix composites of all, they allow the creation of objects with complex geometries hardly feasible with conventional technologies, thereby ensuring a good distribution of the second phase in the matrix. The versatility of the technology also allows the manufacturing of multilayer composite materials and in particular of composition gradients. The potential and the simplicity of the design offered by the CAD tool allows having a broad control range of characteristics such as density, wettability between the phases, reactivity at the interface, chemical composition and microstructure. The production cycle includes only one operational step without the use of expensive molds and removal machining, although to date various post-processing treatments are still needed. The reactivity at the interface can be controlled by changing the power of the laser or varying the composition of the metal alloy. Techniques providing a complete fusion of the powder allow to completely eliminate the residual porosity. The cooling rate leads to the formation of a fine microstructure and martensitic phases that increase the hardness and the mechanical properties of the component. The irregular edges of the ceramic particles melt resulting to more spherical particles with a positive effect on the toughness. The good wettabili-

ty between ceramic particles and liquid metallic ones allows to obtain a good bonding at the interface with the improvement of the mechanical properties. LIMITS However, there are still several limits to be overcome in order to use the additive technologies as an alternative to traditional processes. To date, the dimensional accuracy is still limited and requires subsequent steps of traditional mechanical processing. Due to a not perfectly homogeneous distribution of particles size, difficulties in spreading homogeneously the powders, or due to inherent limitations of the additive processes, the products obtained have a surface roughness which still requires further subsequent finishing processes. The production times of components by means of additive techniques are still too high in order to compete with conventional processes for an industrial production in series. Moreover, the focused high energy density involved in the production process implicate local high temperature gradients and, therefore, not negligible residual stresses may occur that can lead to deformation or embrittlement of the workpiece. Despite these limits the potential of additive technologies in terms of freedom of design and cost reductions drives al-

ways more research and development activities in the field of composite materials, as demonstrated by the growing number of scientific publications and dedicated conferences. Since many years the joint research group of the Center for Space Human Robotics @Polito (Istituto Italiano di Tecnologia) and DISAT-Dipartimento Scienza Applicata e Tecnologia (Politecnico di Torino) is working on the production of different metal matrix composites by selective laser melting (SLM). In particular AlSi10Mg is used as matrix and silicon carbide (SiC), magnesium spinel (MgAl2O4 ) and titanium diboride (TiB2) are used as fillers. The process allows to obtain a good wettability between the reinforcing phase and the matrix resulting in a good and continuous interface.

All the mentioned figures refer to the Italian version Fig. 1-2: Lightweight components fabricated through DMLS in AlSiMg alloy Fig. 3: FESEM image of the composites powders: AlSiMg and SiC (10%wt.) Fig. 4: Optical image of AlSiMg/SiC composite microstructure

SPRING

Soluzioni di stampa 3D Spring srl fornisce strumenti e applicazioni per associare le potenzialità della stampa 3D con i materiali compositi, grazie ad anni di esperienza nella progettazione e a un bagaglio di conoscenze specifiche coniugate con le più moderne ed affidabili tecnologie di Additive Manufacturing. “Grazie alla nostra esperienza nel manifatturiero” spiega Fabio Gualdo, cofondatore e Resp. dell’Area Commerciale, “abbiamo subito iniziato a proporre parti, preserie e prodotti realizzati con la stampa 3D che fossero Mandrino solubile per la creazione di geometrie complesse Dima di taglio e foratura realizzata tramite 3D Printing completamente funzionali”. Oggi le stampanti 3D professionali presenti in azienda sono dodici e permettono un vero e proprio sistema produttivo A confermare l’attenzione che l’azienda mette nel sistema promanifatturiero. La gamma di materiali offerti da Spring è ampia duttivo è arrivata la Certificazione ISO9001:2008 ed è in corso e comprende materiali termoplastici specifici, mentre le dimenla certificazione ISO9100. Una delle innovazioni più rilevanti è sioni massime per un pezzo singolo monolitico sono importanquella di utilizzare la stampa 3D per la creazione di mandrini soti: 900*600*900 mm. lubili, permettendo alle aziende clienti di ampliare le possibilità Roberto Toniello, cofondatore e Resp. dell’Area Tecnica: “Il noprogettuali e realizzative, portando ad un livello superiore la reastro servizio permette alle aziende di creare e produrre attrezlizzazione di elementi complessi in materiale composito. zature per il supporto alla produzione e ai controlli qualitativi del Concludono i due titolari: “Consideriamo ogni progetto dal duprodotto finito. Creiamo dime di taglio, fissaggio, foratura e conplice punto di vista progettuale e produttivo, garantendo semtrollo con geometrie molto complesse e siamo in grado di forpre un’ottimizzazione del processo, garantendo professionalinire su di esse controllo metrologico tramite scansione 3D”. tà e concretezza nei servizi che offriamo”.

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CRP TECHNOLOGY

La racchetta dal design futurista CRP Technology ha realizzato in collaborazione con due studenti dell’Accademia di Belle Arti di Rimini una particolare impugnatura per racchette da tennis. Il progetto ha visto l’azienda coinvolta in prima linea come costruttore del prototipo con i suoi materiali Windform. L’obiettivo principale è stato conferire maggiore aerodinamicità, reattività e un forte carattere estetico all’impugnatura. Pertanto le parti rimodellate, oltre ad avere un valore estetico di forte rilevanza, hanno alla base uno studio aerodinamico volto a migliorare le prestazioni dell’atleta in gara. Il design del prototipo è stato portato avanti scorporando l’oggetto nelle tre parti fondamentali: il manico, la gola e la testa. Per ognuna di esse sono state studiate delle varianti strutturali. Contemporaneamente è stata lavorata l’intera scocca al fine di ottenere la massima omogeneità ed equilibrio. Le modifiche apportate si sono rivelate fondamentali per il miglioramento delle prestazioni della racchetta, andan-

do ad ideare un “nuovo” concetto di racchetta che si contraddistingue per struttura, forma e particolarità. Grazie alle stampanti professionali presenti nel reparto di fabbricazione additiva è stato possibile creare la racchetta come parte monolitica. In particolar modo, l’oggetto è stato realizzato con il materiale top di gamma, Windform XT 2.0, per conferire la massima affidabilità e performance. Questo materiale è particolarmente apprezzato e conosciuto tra gli operatori del mondo del motorsport e dell’aerospazio per le sue proprietà meccaniche che lo rendono tra i materiali più performanti nel panorama della tecnologia della sinterizzazione laser. Caricato in fibra di carbonio e a base poliammidica, il Windform XT 2.0 viene utilizzato in applicazioni in cui è richiesta una forte resistenza agli stress, al danneggiamento, garantendo al tempo stesso grande leggerezza grazie alla presenza del carbonio.

FU.TECH.

Stampa 3D industriale La stampa 3D, o più tecnicamente produzione additiva, realizza in tempi ridotti oggetti prima addirittura impensabili a causa di geometrie troppo complesse o costose per i sistemi tradizionali. Questo ha creato nuove opportunità che molte aziende italiane produttrici sono state brave a cogliere, fino a farle divenire un competitor serio per i big del settore in settori strategici come la meccanica (progettazione/realizzazione di prodotti), il campo ortopedico ed odontoiatrico (protesi), l’oreficeria (produzione di gioielli grezzi poi raffinati dall’orefice), il settore calzaturiero (produzione di forme), persino gli studi professionali (produzione di plastici e prototipi). Il pezzo viene costruito a partire da un disegno CAD/3D, apportando materiale nei punti che costituiscono l’oggetto da costruire, strato dopo strato, orizzontalmente, in maniera non dissimile da una normale stampante ad inchiostro su carta. Le principali differenze tra le 4 tecniche al momento presenti sul mercato dei polimeri sono relative a: • dimensioni di stampa • accuratezza dimensionale del pezzo stampato • caratteristiche dei materiali utilizzabili • costo delle macchine. FDM – La tecnologia più diffusa è la FDM (Fused Deposition Modelling), anche detta FFF (Fused Filament Fabbrication). L’oggetto viene stampato tramite successive sovrapposizioni di strati di materiale termoplastico, deposto da un estrusore che viene traslato sui 3 assi, creando oggetti grandi fino al metro – fra non molto fino ai 3 metri – di lato. Il limite dimensionale è intorno al decimo di mm ma la scelta dei polimeri è molto vasta, con materiali morbidi come poliuretano, o polimeri duri come PEEK e ULTEM, stampabili anche contemporaneamente.

Le stampanti, adatte ad uso aziendale, più economiche costano meno di dieci mila euro. MJP E POLYJET – Nelle tecnologie MultiJet Printing e PolyJet una serie di ugelli molto piccoli deposita nell’area di stampa una resina fotosensibile agli ultravioletti oppure cera da colata, quindi una lampada ad ultravioletti polimerizza queste micro gocce creando oggetti con ottima finitura superficiale e finezza di dettaglio, sia con materiali morbidi come le gomme che con materiali abbastanza duri. Il limite è una resistenza meccanica più bassa rispetto ai termoplastici. Costo: da poco meno di cento mila euro fino a quasi un milione. SLA – La StereoLitogrAfia, come la MJP o la PolyJet, utilizza resina fotosensibile agli UV, ma questa è alloggiata in una vaschetta trasparente in cui un laser UV crea l’oggetto, con grandissima finezza ma scarsa resistenza meccanica. Il costo è paragonabile alle MJP o Polyjet a parità di volume di stampa. SLS – Selective Laser Sintering, ovvero sinterizzazione di polveri tramite laser. Un laser fonde la parte superficiale di granuli di polvere (di diametro dai 20 ai 50 micron) facendo sì che essi si saldino tra loro per creare oggetti con dimensioni fino a 50 cm di lato, sia in gomma morbida che in materiali molto duri come il nylon, puro o combinato con fibre di vetro e carbonio. Le caratteristiche meccaniche, e di resistenza alle alte temperature sono molto elevate. Le macchine partono da quasi cento mila euro e arrivano a qualche centinaia. Materiali compositi – La stampa 3D si sta rivelando un inaspettato protagonista perché abbatte i tempi e i costi di realizzazione degli stampi, creando in maniera economica anime e supporti in materiali solubili e facilitando il lavoro. Info specifiche su www.futechsrl.it/compositi

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La nuova miglior tecnologia per il Simulation-Driven Design La storica piattaforma open architecture per la simulazione CAE di Altair si aggiorna alla versione 14.0: la recentissima release di HyperWorks® mette a disposizione nuove funzionalità ed altre migliorate, caratteristiche innovative e un sistema di licensing per progettare ed ottimizzare al meglio i prodotti ad alto livello prestazionale. Grazie a HyperWorks® 14.0, la miglior nuova tecnologia avente lo scopo di guidare l’innovazione con la simulazione, gli utenti Altair possono: • ottenere il design corretto: con l’ampliamento delle funzionalità di ottimizzazione e di risoluzione di problemi non lineari.

• ridurre i tempi di modellazione: meshing, assembly e grafiche sono ora molto più veloci. • accedere alle tecnologie più innovative: sono stati aggiunti nuovi tools ed introdotti diversi nuovi prodotti all’interno dell’Altair Partner Alliance. Ecco i punti di forza della nuova release: • Le funzionalità di OptiStruct sono state ampliate includendo ulteriori tipologie di analisi non lineari, nuovi algoritmi per i contatti e per l’ottimizzazione, ed importanti improvement di performance di calcolo. È stata inoltre sviluppata una rivoluzionaria soluzione per la progettazione e l’ottimizzazione delle strutture reticolari (Lattice

structures) per venire incontro alle esigenze di chi si occupa di Additive Manufacturing. • HyperMesh ha un nuovo part and assembly workflow che permette il collegamento diretto con dati provenienti da infrastrutture di Product Data Management (PDM). Il tutto insieme al nuovissimo motore grafico ad alte prestazioni, ottimizzato per gestire anche i modelli più pesanti. HyperMesh 14.0 è infatti in tal caso oltre 15 volte più veloce rispetto alla sua versione precedente, ed oltre 60 volte più veloce per la gestione di matematiche geometriche, richiedendo specifiche hardware inferiori. • Multiscale Designer, lo strumento

Con oltre 1.200 funzionalità, gli utenti di HyperWorks 14.0 sono in grado di sviluppare nuovi prodotti più velocemente

Le nuove capacità di assemblaggio di HyperMesh supportano la costruzione dei modelli di serie

Il campo di pressione CFD e il disegno aerodinamico di un vagone in un flusso incrociato

Multiscale Designer permette la simulazione di fibre composite e di altri materiali eterogenei

Compositi

per l’integrazione diretta di modellazione, simulazione, analisi ed ottimizzazione di prodotti costituiti da materiali complessi, è ora parte della suite HyperWorks. • FEKO, il software più avanzato per la simulazione elettromagnetica per la progettazione e placement delle antenne, compatibilità elettromagnetica, progettazione di radar, oltre che di altre numerose applicazioni è ora completamente integrato all’interno di HyperWorks, con nuove funzionalità per la riduzione dei tempi di modellazione e calcolo. È stata aggiunta la completa integrazione con HyperStudy per l’ottimizzazione multidisciplinare avanzata. • MotionSolve ora fornisce un innovativo contatto 3D rigid-to-rigid e la possibilità di svolgere co-simulazioni avanzate. Inoltre è stata ampliata la multi-body simulation library per simulazioni di tipo full vehicle. • HyperWorks Unlimited Solver Node è il nuovo sistema di solver licensing, che offre vantaggi senza precedenti.

La società dei servizi ingegneristici Robert N. Yancey

François Weiler

In occasione della presentazione di HyperWorks® presso lo stand Altair al JEC di Parigi, abbiamo rivolto alcune domande a Robert N. Yancey, Vice Presidente Aerospace & Composites, e François Weiler, Marketing Director Southern Europe and Africa HyperWorks® permette soluzioni personalizzate?

Robert N. Yancey: “HyperWorks® è una piattaforma molto versatile che può essere personalizzata a seconda delle richieste dei clienti, provenienti soprattutto dai settori automobilistico e aerospaziale, ma offriamo soluzioni su misura anche nell’ambito navale ed elettronico”. François Weiler: “L’industria moderna richiede una personalizzazione sempre maggiore. In questo contesto la simulazione deve essere tradotta in un’interfaccia facile da utilizzare per i designer. Nel settore del packaging, ad esempio, gli operatori hanno la necessità di usare un proprio vocabolario. Dietro lavora sempre lo stesso software ma l’interfaccia viene personalizzata”. R.Y.: “Nel settore Aerospace le società hanno sviluppato politiche e procedure proprie nella gestione dei dati: per questo richiedono soluzioni su misura in modo che la user experience sia conforme alle loro procedure. F.W.: “Si tratta di trasferire le loro conoscenze e strumenti all’interno del software. L’utente è costantemente seguito durante tutto il processo, in modo tale da avere la certezza di eseguire la procedura corretta”. Fornite un servizio di supporto post vendita al cliente?

È disegnata con OptiStruct la staffa in titanio, strutturalmente efficiente, stampata in 3D con strutture ibride in lattice

Simulation-driven innovation è il cuore di HyperWorks 14.0

R.Y.: “Certamente. A tal proposito, abbiamo avviato una ricerca affidando a un’azienda esterna il compito di condurre un sondaggio fra i nostri clienti. E i risultati sono stati sempre eccellenti. Il benchmark rispetto ai nostri competitor è sempre a nostro favore, in tutto il mondo”. F.W.: “Siamo competitivi perché Altair, prima di realizzare software, è nata come società di servizi ingegneristici. E lo è tutt’ora. Il nostro core business è nello sviluppo di nuove piattaforme ma la parte dei servizi d’ingegneria riveste un ruolo di primaria importanza. Noi siamo ingegneri, in grado di offrire la soluzione giusta e il supporto ottimale”. R.Y.: “Senza dimenticare che un eccellente supporto post vendita permette la fidelizzazione del cliente, assieme agli altri servizi messi a disposizione da Altair, quali i corsi di formazione tradizionali e personalizzati”. F.W.: “Ricordiamo che l’interfaccia principale, HyperMesh, è stata introdotta più di vent’anni fa e il suo utilizzo era diventato abbastanza complesso perché ricco di funzioni. Qualche anno fa, abbiamo iniziato a rinnovare e a riscrivere completamente l’interfaccia utente. Non è stato solo un cambiamento di tipo grafico ma soprattutto di finalità: abbiamo pensato a cosa l’utente vuole ottenere, come lo può ottenere e al modo migliore per ottenerlo. Con la release 14.0 si ha un’idea esatta di ciò che è possibile realizzare”.

• Click2Cast è lo strumento più semplice sul mercato per le simulazioni del processo di colata, che non richiede all’utente né un corso di formazione né particolari background tecnici. È uno strumento estremamente efficace e funzionale, che fornisce un notevole aiuto nel passaggio da progettazione a produzione. • La Altair Partner Alliance (APA) continua ad espandere il proprio portfolio di tecnologie software, con applicazioni di oltre 45 partner strategici utilizzabili direttamente sfruttando le HyperWorks Units. I campi di applica-

zione sono i più svariati: durability e fatica, noise-vibration-harshness, sistemi di simulazione 1D, simulazione di stampaggio ad iniezione, modellazione dei compositi, stress analysis, librerie di materiali, analisi termiche e prototipazione rapida. Altair è una società privata con quartier generale a Troy in Michigan, USA ed i suoi oltre 2000 dipendenti operano in più di 45 uffici dislocati in 22 Paesi. Altair oggi viene scelto come partner da oltre 5000 aziende clienti provenienti dai più svariati settori industriali.

Compositi

BETA CAE SYSTEMS

Formula 1 front wing multi objective optimization As the composite materials market expands and more applications appear in the automotive, aerospace and maritime industries, optimization of such materials is becoming an essential step in their research, development and mass production. This results in an increased demand for Computer Aided Engineering (CAE) software. Due to the nature of composite materials, accurate optimization during the design process can be a time consuming process generating significant costs. BETA CAE Systems, through its software suite offers a complete solution for handling composite materials and setting up effective optimization tasks.

Fig.1: Structural and CFD models

In such a case, by employing the advanced toolbox of the ANSA / μETA pre- and post- processors, the optimum weight and angle of attack of a Formula 1 car front wing has been determined. A first estimation of the areas that require reinforcement has been performed through a topology optimization process. The results

CGTECH

I software per programmare e simulare macchine Automated Fiber-Placement e Tape-Laying I progressi raggiunti nelle macchine automatiche per la posa di composito stanno generando un notevole e giustificato entusiasmo. Spinti dall’industria aerospaziale, ma con una tecnologia che si sta velocemente trasferendo ad altri settori industriali, le macchine per la posa automatica stanno diventando una realtà a tutti gli effetti. È in questo ambito che CGTech, software house statunitense, specializzata da oltre vent’anni nella tecnologia software di simulazione, verifica e ottimizzazione delle lavorazioni con macchine utensili CNC, ha impiegato le proprie competenze ed esperienze per lo sviluppo del pacchetto VERICUT Composite Applications: software off-line, indipendenti dalla macchina, per la programmazione e la simulazione di macchine automatiche CNC per la posa di composito a tecnologia Automated Tape-Laying (ATL) e Automated Fiber-Placement (AFP). Con VCPe (VERICUT Composite Paths for Engineering) il progettista di componenti in composito ha a disposizione gli stessi strumenti software dei programmatori NC, per creare e sperimentare diverse opzioni di percorso e valutare i risultati della lavorazione rispetto al modello iniziale. VCP (VERICUT Composite Programming) legge superfici CAD

Compositi

e geometria dello strato. Aggiunge le pelli che formano lo strato secondo le specifiche della lavorazione. I percorsi di posa vengono uniti per formare sequenze di stratificazione e tradotti in programmi NC. VCS (VERICUT Composite Simulation) legge modelli CAD e programmi NC e simula la sequenza dei percorsi in una macchina virtuale. Il materiale virtualmente depositato sullo stampo può essere misurato e ispezionato per rispettare i requisiti della lavorazione. Questi applicativi possono essere impiegati singolarmente o in sinergia. Matt Radebach, Product Marketing Manager di CGTech: “Un software per programmare e simulare le lavorazioni con macchine automatizzate, indipendente dalla macchina, offre un’alternativa importante al software fornito dal costruttore della macchina stessa. Ciò consente all’utilizzatore finale di unificare in un unico pacchetto software gli strumenti di programmazione e di simulazione per macchine di diverso costruttore, diversi modelli di macchine, attrezzature e tecnologie, in un’unica infrastruttura software, con vantaggi in termini tecnologici e di costi”.

Fig.2: Laminate layer auto-distribution – Thickness view

of this first calculation were the thickness distribution along the wing. These results were then used to partition the model into areas. An automated process of the ANSA pre-processor distributed composite material layers (plies) on these areas and created the design variables that were used in a next step of detailed optimization (coupled with an external optimizer). Such design variables control the orientation, area, and thickness of each ply.

Fig.3: Front Wing velocity

The F1 front wing was subjected to two load cases, a structural one, to pass F1 regulations and a CFD one for the validation of the aerodynamic performance at high speeds (reduction of Drag). Responses of Drag Coefficient and Composite material failure criteria are acquired by the μETA postprocessor.

MSC SOFTWARE

Progettazione di strutture in tessuto composito I materiali compositi a fibra lunga sono da alcuni decenni al centro dell’attenzione nel campo ingegneristico per quanto riguarda la progettazione e la produzione di componenti strutturali. L’Università di Genova ha collaborato con MSC Software, AgustaWestland e Proplast, per la realizzazione di un lavoro di tesi sui compositi a matrice polimerica rinforzati mediante tessuti tecnici, il cui principale vantaggio, rispetto ai compositi unidirezionali, è rappresentato dalla capacità dei tessuti stessi di adattarsi a superfici curve, senza alterare l’allineamento delle fibre. L’obiettivo della tesi è quello di predire, tramite modelli teorici sia analitici che numerici, le proprietà elastiche di tali compositi a partire dalla descrizione della loro microstruttura e delle caratteristiche meccaniche dei materiali coinvolti. L’approccio seguito è quello di rappresentare l’intero laminato per mezzo dell’Elemento di Volume Rappresentativo o Representative Volume Element (RVE). Una volta individuato il RVE si possono ricavare da esso le proprietà elastiche del composito. Per determinare le proprietà elastiche dei compositi, è stato utilizzato Digimat come software specifico per la modellazione multiscala di materiali e strutture in composito. Digimat è diviso in una serie di moduli. Quelli impiegati per lo svolgimento della tesi sono Digimat-MF (Mean- Field) che implementa il modello di Mori-Tanaka, e Digimat-FE (Finite Element) che

consente di svolgere un’analisi agli elementi finiti del RVE. Nel dettaglio, l’obiettivo della collaborazione con AgustaWestland è stato quello di confrontare i risultati sperimentali ricavati da una prova di trazione con quelli ottenuti da Digimat, limitandosi ad analizzare il campo elastico del materiale. Il parametro preso a confronto è pertanto il modulo di Young. Il materiale composito analizzato è costituito da una resina epossidica come matrice e da un tessuto 5-harness satin in fibra di carbonio. Dalle simulazioni in Digimat-MF si è riusciti a prevedere in modo ottimale la rigidezza del composito e difatti si registra una perfetta sovrapposizione con la curva sperimentale. L’obiettivo della collaborazione con Proplast invece, è stato quello di simulare una prova di flessione a tre punti, eseguita su un componente in composito realizzato mediante un processo noto col nome di sovrastampaggio ad iniezione. Più precisamente, si tratta di un manufatto realizzato con due materiali compositi aventi come matrice il medesimo materiale termoplastico, ossia polipropilene, ma differente rinforzo. Per quanto riguarda la generazione della mesh, si è fatto ricorso a MSC Apex mentre per la simulazione della prova sperimentale è stata eseguita una co-simulazione Digimat-Marc. La simulazione FEM ha permesso di determinare in modo corretto la rigidezza del componente di Proplast.

Confronto numerico-sperimentale

Digimat: definizione del tessuto

Compositi

Marco Regi Francesco Sintoni

Analisi numerica del processo RTM per la manifattura di strutture reticolari

ediante il processo RTM è possibile realizzare strutture complesse (principalmente di piccolo spessore) con un elevato grado di finitura e con costi e tempi competitivi. Come in ogni altra tecnica di fabbricazione, anche in questo caso è richiesto un processo di ottimizzazione che può essere ottenuto attraverso la simulazione numerico/FEM da eseguire a valle della fase di Design della struttura stessa. Un elemento lattice anisogrid è un tipo di struttura formata da una sottile parete cilindrica, o conica, connessa ad un insieme di “costole” (rib) elicolidali e circonferenziali (fig.1), il cui sviluppo è iniziato negli anni Venti con gli studi condotti parallelamente sia dai Russi (Moscow Radio Tower, alta 148.3 m, disegnata da Shukhov) che dagli Americani/Inglesi (Geodetic Aircraft Frames per il WWII English Bomber Wellington).

Fig. 1: Spaccato di una struttura lattice anisogrid a simmetria cilindrica Questo tipo di strutture, tipicamente fabbricate mediante la tecnologie del Filament Winding, possono vedere anche nello RTM un processo che ne può consentire la produzione efficiente, sia dal punto di vista della qualità/riproducibilità del prodotto, sia da quello dei tempi e dei costi. Nel corso di tutto il processo i principali passi tecnologici che lo caratterizzano sono: • design della struttura, del processo di iniziazione e del tooling • manifattura (forming del tessuto, iniezione, curing)

• caratterizzazione (testing) e per l’ottimizzazione del processo di manifattura è necessario: • determinare il giusto grado di riempimento di fibra nelle diverse sezioni (frazione volumetrica) • definire, tramite simulazione numerica, i punti di iniezione dello stampo per garantirne il completo riempimento • scelta opportuna dei materiali (resina e catalizzatore) per avere una fluidità sufficiente a distribuire il polimero in tutto lo stampo. L’approccio sopra delineato consente, almeno dal punto di vista teorico, la produzione di un manufatto con un ottimo grado di: • finitura • continuità, isotropia e omogeneità • di riempimento dello stampo • stabilità geometrica • coerenza tra le dimensioni nominali e quelle reali. Fissata una geometria lattice anisogrid (piana nel case study analizzato), dopo il design FEM strutturale il processo di produzione richiede la realizzazione dello stampo (tooling design) che dovrà tener conto di tutti gli aspetti legati al processo RTM (punto di iniezione e scarico della resina, tolleranze dimensionali, tenuta del vuoto, problemi di estrazione del pezzo dopo il curing, grazie ad una leggera svasatura di pochi gradi delle sezioni trasversali). Lo stampo deve ‘’recepire’’ tutti i requisiti necessari per l’ottenimento di un pezzo finito ad elevate performance e caratteristiche: • pressione e temperatura (della resina e dello stampo) • posizione dei gate e dei vent • tempo e grado di riempimento dello stampo (fill time) • grado di cura del componente dopo il processo • determinazione della presenza di vuoti e/o linee di saldatura (weld & meld line) • parametri generali di processo. Dopo questa fase, va calcolata in modo analitico/sperimentalmente, tramite la

formula di Darcy, il valore della permeabilità (Kx, con x direzione x-isima del tessuto della preforma) che è uno dei parametri più importanti per la simulazione del processo di iniezione RTM, e che rappresenta uno degli riferimento nel processo di impregnazione della preforma secca.

Nel processo di iniezione è fondamentale avere una viscosità sufficientemente bassa da consentire il riempimento totale dello stampo. Esistono resine specifiche (es. RTM6) che garantiscono l’ottimizzazione sia del processo di produzione sia del pezzo finale, anche grazie ad uno specifico profilo di iniezione delle resina stessa nello stampo. In figura 2 è mostrato un tipico profilo di iniezione nello stampo.

Fig. 2: Andamento della velocità di iniezione (RAM) nel corso del processo Osservando la figura 2 si possono trarre le seguenti linee guida: • iniezione iniziale a bassa velocità al fine di evitare getti di resina nello stampo, turbolenze e formazioni di vuoti • aumento graduale della RAM per raggiungere il valore massimo • max valore di RAM per eseguire un primo riempimento dello stampo • seconda fase di riempimento dello stampo a RAM minore (in quanto la fase è quasi del tutto completata)

Compositi

- Analisi numerica del processo RTM per la manifattura di strutture reticolari • impacchettamento della resina (ovvero la sua uniforme distribuzione in tutto il volume dello stampo). Nel corso di tale processo di iniezione e riempimento è fondamentale ottenere un flusso bilanciato: tutti i punti equidistanti da quello di iniezione (gate) devono essere raggiunti (riempiti) dal fronte di resina al medesimo istante temporale (si pensi al caso del lancio in acqua di un sasso da cui si originano onde di propagazione tutte equidistanti dal centro al variare del tempo). Variando la disposizione dei punti di iniezione (gate) è possibile in fase di iniezione un flusso non bilanciato, da cui si originano all’interno del manufatto linee di saldatura (denominate meld line weld line), le quali degradano le caratteristiche del pezzo per effetto di una non uniformità dello stesso. In maniera del tutto analoga, per la stessa condizione di ‘’flusso non bilanciato’’ si creano dei vuoti, ovvero un non completo riempimento dello stampo della preforma e, quindi, del pezzo finale. Problemi analoghi si hanno nelle linee di flusso della resina per effetto delle pressioni nello stampo durante l’iniezione. Questi difetti si traducono in stress meccanici differenziati, distribuiti all’interno del pezzo, in un grado di impacchettamento non uniforme su tutto il volume e nel degrado delle proprietà finali. Mediante simulazioni FEM, è possibile analizzare questi fenomeni andando a determinare il miglior trade off di tutti i parametri e condizioni di processi, tali da minimizzare (e annullare dove possibile) tutti gli aspetti appena descritti. Quanto sopra vale anche nel caso delle strutture anisogrid (piane, cilindriche, troncoconiche che siano). Vanno determinati i parametri di iniezione necessari a ottimizzare il processo (posizione dei gate, pressione, fill time, grado di cura, ecc.). In figura 3 è riportata una prima ipotesi di distribuzione dei punti di iniezione (gate), rispetto alla sezione trasversale del pezzo da realizzare, concepita allo scopo di ottenere un flusso bilanciato e un completo

so di iniezione e la qualità del manufatto. In particolare, determinando: • tipologia di mesh dell’elemento anisogrid lattice piano secondo la direzione preliminare delle fibre • andamento del flusso di iniezione nelle diverse posizioni dei gate • linee di flusso della resina nel corso dell’iniezione • vuoti e linee di saldatura • grado di cura finale del manufatto. Un processo non ottimizzato darà luogo di fatto ad un flusso non bilanciato, vuoti e linee di saldature in eccesso, basso grado di cura. La geometria multigrid porterà intrinsecamente a un flusso di resina ‘’complesso’’ con una significativa difficoltà nel determinare le condizioni di processo, tali da minimizzare i noti aspetti legati alle cavità, eccesso potenziale di resina (rispetto al rapporto ideale matrice/rinforzo), linee di saldatura, ecc. Per questo motivo va cercata la migliore disposizione possibile dei gate. Dopo una serie di test, nello sviluppo sono state testate le due configurazioni finali mostrate in figura 4 (due gate A e B).

Fig. 3: Ipotesi di disposizione dei gate di iniezione per la manifattura in RTM dell’elemento anisogrid piano

Fig. 4: Soluzione finale a due gate: (1) centrali, (2) laterali

riempimento della preforma. Fissati i gate ed i parametri di processo, si eseguono una serie di test agli elementi finiti per analizzare tutto il proces-

Le suddette soluzioni portano ad avere un flusso pressoché bilanciato come mostrato in figura 5, le quali vedono l’ottimizzazione (in termini di valore presso-

Compositi

ché unitario e uniformità su tutto il volume) anche del grado di polimerizzazione.

Fig. 5: Flusso pressoché bilanciato a due gate: (a) centrali, (b) laterali Per i test sperimentali è stata scelta una disposizione dei gate uguale a quella riportata in figura 5(a). MANIFATTURA DELLA STRUTTURA LATTICE ANISOGRID PIANA A valle del design e della simulazione numerica si passa alla manifattura del dimostratore. Il primo step di questa fase è la costruzione dello stampo, che tiene conto di quanto desunto dal processo di tooling design. Si passa quindi alla scelta della resina, del catalizzatore, delle fibre (tape) e del tessuto in carbonio (per la skin esterna dell’elemento da produrre). Si esegue la pulitura dello stampo, l’applicazione dell’agente distaccante (spray siliconico), e successivamente si realizza la preforma secca mediante il tape di carbonio (HM 12K), e il tessuto bidirezionale per la skin esterna (fig.6).

Fig. 6: Deposizione della preforma nello stampo

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- Analisi numerica del processo RTM per la manifattura di strutture reticolari Dopo la chiusura dello stampo si prepara il sacco a vuoto (vacuum bag), e si esegue l’iniezione che, grazie ai processi di simulazione descritti prima, avviene in condizioni di flusso bilanciato, come mostrato dalle frecce rosse in figura 7 che evidenziano la simmetrica fuoriuscita della resina dai quattro vents, in grado, quindi, di portare ad un manufatto con una distribuzione di resina nella preforma in carbonio uniforme su tutto il volume.

la stabilità dimensionale e geometria rispetto ai valori nominali di progetto.

Caratterizzazione Ottica e SEM Per avere una caratterizzazione della struttura interna dell’elemento anisogrid piano in carbonio (rif. fig.8) sono stati estratti dal medesimo ed inglobati una serie di campioni (fig.11).

Fig. 9: Il dimostratore estratto dallo stampo in silicone CARATTERIZZAZIONE DEI DIMOSTRATORI Vengono di seguito descritti molto brevemente alcuni test di caratterizzazione eseguiti sui dimostratori realizzati.

Fig. 7: Flusso bilanciato (frecce rosse) A seguire il curing, l’apertura dello stampo e il post curing finale in atmosfera controllata. In figura 8 è mostrato il dimostratore realizzato in carbonio.

Vibrometria laser Attraverso la tecnica della vibrometria laser è possibile rilevare la presenza di un danno sull’elemento anisogrid. Dopo un difetto di profondità nota (chiamato C) sul dimostratore di figura 9, quest’ultimo è stato posizionato su una tavola vibrante. Sono stati individuati 9 punti di riferimento che costituiranno gli scan points per l’analisi di vibrometria laser (fig.10). Questo test associa ad ogni scan point un ‘’indice di sensibilità’’ e un ‘’indice di perturbazione’’. Lo scan point che presenta il massimo delta tra i due è quello più vicino al danno presente sull’elemento.

Fig. 11: Pannello sezionato per ricavare i provini inglobati e ispezionati al microscopio ottico e al SEM La figura 12 mostra due immagini al microscopio ottico di uno dei campioni: sono evidenti i fasci di fibre e la resina.

Fig. 12: Esame ottico La figura 13 mostra invece un’immagine SEM che evidenzia il legame chimico – meccanico tra matrice (resina) e rinforzo (fibra). Fig. 8: Dimostratore lattice anisogrid piano in carbonio Per ridurre i costi di processo (baricentrati soprattutto nello stampo), è stato eseguito anche un test (fig.9) che prevede: • disegno CAD del pezzo e dello stampo ‘’positivo’’, realizzato mediante prototipazione rapida laser 3D • realizzazione dello stampo ‘’negativo’’ in silicone (per colata nel ‘’positivo’’) • hand lay up di fibre e tessuto con relativo curing ed estrazione (immediata grazie al silicone) dello stampo. Naturalmente, questo rappresenta solo un primo test di laboratorio. Lo stampo in silicone, anche in ottica di industrializzazione, non deve avere nessun degrado per poter essere riutilizzato, garantendo

Fig. 10: Difetto C realizzato sul dimostratore, con i 9 scan points selezionati e set up sperimentale di vibrometria laser I test sperimentali mostrano che il delta maggiore tra i due indici è stato registrato allo scan point numero 6 che è effettivamente quello più vicino al danno C.

Fig. 13: Micrografia SEM Le micrografie SEM consentono un’accurata analisi della morfologia del pezzo (es. distribuzione resina – fibre, vuoti, non uniformità locali, interfacce matrice – rinforzo).

Compositi

- Analisi numerica del processo RTM per la manifattura di strutture reticolari entrambi davanti al pezzo, oppure in trasmissione (T), cioè lampada dietro al pezzo e sistema di acquisizione davanti. Nella figura 17 sono riportate le analisi in riflessione (R) effettuate.

C – Scan Ulteriori test sono stati effettuati mediante la tecnica degli ultrasuoni (metodo C – Scan). In figura 14 è mostrato il set-up sperimentale utilizzato.

Fig. 17: Termografie in riflessione (R) della parte frontale e posteriore del manufatto in toni di grigio, colorata e in toni di rosso

Fig. 14: Apparato di prova In figura 15 sono mostrati alcuni risultati ottenuti dai test. A sinistra si osserva la capacità di ricostruire il profilo geometrico della struttura, mentre a destra la rappresentazione cromatica indica l’ampiezza dell’energia (ultrasuoni passati attraverso il campione): • rosso = massimo segnale passato • bianco = minimo segnale passato. Con questi risultati è possibile fare delle assunzioni sulla qualità del manufatto (uniformità, difettosità, geometria. ecc.). Termografica Un pannello anisogrid lattice interno è stato anche analizzato mediante analisi termografica (fig.16). Per ottimizzare l’analisi termografica è meglio avere materiali poco conduttori, in quanto in essi il calore in riscaldamento e

Le termografie consentono un’analisi di dettaglio molto approfondita della caratterizzazione morfologica del campione, sia della skin esterna che del grigliato. Il presente articolo ha mostrato brevemente tutto il processo che va dal design alla caratterizzazione di una struttura lattice multigrid ottenuta mediante tecnologia RTM. Ovviamente, ciascun aspetto richiederebbe un dettaglio ed un’analisi molto più approfondita, che è possibile ritrovare nella bibliografia citata.

Fig. 15: Test sperimentali

BIBLIOGRAFIA

Fig. 16: Apparato di prova per analisi termografiche raffreddamento si propaga più lentamente. Essi hanno minor tendenza ad uniformare la temperatura del pezzo e ciò permette di vedere meglio le differenze di temperatura che indicano strutture e difettosità dello stesso. L’analisi può essere fatta in riflessione (R), ovvero con lampada riscaldante e sistema di acquisizione

- Marco Regi. Tesi di Dottorato di Ricerca in Ingegneria Aerospaziale: “Strutture multigrid realizzate con compositi polimerici rinforzati con nanotubi in carbonio per applicazioni aerospaziali’’. - Marco Regi. Tesi di Laurea in Ingegneria Astronautica: “Studio e realizzazione di materiali nanostrutturati per applicazioni aerospaziali’’. - M. Regi, F. Sintoni: “Analisi del processo RTM per la manifattura di componenti strutturali – Parte I’’, Rivista Italiana di Compositi e Nanotecnologie, Vol. 8 n.2, Giugno 2013. - M. Regi, F. Sintoni: “Analisi del processo RTM per la manifattura di componenti strutturali – Parte II’’, Rivista Italiana di Compositi e Nanotecnologie, Vol. 8 n.3, Ottobre 2013.

I coni salvano la Mercedes Sono stati i coni antintrusione a limitare i danni dello speronamento avvenuto alla prima curva del Gran Premio del Bahrain. Il contatto, originato dalla Williams di Valterri Bottas, ha causato la rottura delle parti dinamiche della Mercedes di Lewis Hamilton ma, grazie ai coni antintrusione, pance e radiatori non hanno subito danni. Per regolamento, in vigore dal 2014, due strutture indeformabili antintrusione devono essere montate ai lati della scocca: questi coni sono realizzati in materiali compositi ad assorbimento programmato. Prima della decisione della FIA, i coni erano utilizzati esclusivamente dal team della Red Bull Racing e ogni squadra utilizzava la propria soluzione. Inoltre i tecnici della Freccia d’Argento hanno coperto le parti elettroniche e idrauliche della vettura con una pelle di carbonio per refrigerar-

Compositi

le e per proteggere la monoposto in caso di collisione. Costretto a riprendere dalla settima posizione dopo il contatto con Bottas, Hamilton è arrivato terzo, limitando sensibilmente i danni.

Marco Regi, Ph.D. Francesco Sintoni

Numerical analysis of the RTM process for the manufacture of Multigrid Lattice Structures

t is possible by the RTM process to realize complex structures (mostly of small thickness) with a high degree of finish and competitive costs and times. As in any other manufacturing technique, even in this case it is required a process of optimization that can be obtained by means of the numeric simulation/FEM to be performed immediately downstream of the design step of the structure itself. An Anisogrid Lattice element is a type of structure formed by a thin cylindrical or conical wall, connected to a set of helical and circumferential “ribs“ (fig.1), the development of which started in the twenties with the studies performed in parallel by the Russian (Moscow Radio Tower, 148.3 meters high, designed by Shukhov) and the American/English (Geodetic Aircraft Frames for WWII Bomber Inglese Wellington). This type of structure which is typically manufactured by using the Filament Winding technology, can also be handled by the RTM process which can guarantee its efficient production, both in terms of quality/reproducibility of the product, and times and costs. The main steps technological steps throughout the entire process are: • design of the structure, of the initiation process and tooling • manufacture (forming tissue, injection, curing) • characterization (testing). While for the manufacturing process optimization it is necessary to: • determine the proper degree of fiber filling in the various sections (volume fraction) • define by means of numerical simulation the points of injection of the mold able to ensure the complete filling • appropriate choice of materials (resin and catalyst) to obtain the fluidity sufficient to distribute the polymer throughout the mold. The above outlined approach allows, at least from the theoretical point of view, the production of a product with an excellent degree of: • finish • continuity, homogeneity and isotropy • mold filling • geometric stability

• coherence between the nominal and real dimensions • general parameters of the process. After this step, it should be analytically/experimentally calculated the value of the permeability by using the Darcy’s formula (where K x is the Xth direction of the fabric in the preform). It is one of the most important parameters for the simulation of the RTM injection process and one of reference in the process of impregnation of the dry preform. In the injection process it is essential to have a low enough viscosity to allow the total filling of the mold. There are specific resins (i.e. RTM6) that guarantee both the optimization of the production process, and of the final piece also thanks to a specific injection profile of the resin itself in the mold. Figure 2 shows a typical injection profile in the mold. By observing the figure 2 the following guidelines can be drawn: • initial injection at low speed in order to prevent jets of resin into the mold, turbulence and formation of voids • gradual increase of the RAM to reach the maximum value • max value of RAM to run a first filling of the mold • second phase of filling of the mold at minor RAM value (since the phase is almost complete) • packaging resin (i.e. its uniform distribution throughout the volume of the mold). During the injection and filling process it is therefore fundamental to obtain a balanced flow; i.e. all points equidistant from the injection (gate) should be met (filled) from the front of the resin at the same instant of time (one must think to the case of launching a stone into the water from which all equidistant propagating waves are originated from the center). By varying the arrangement of the injection points (gate) it is possible an unbalanced flow during the injection phase, from which weld lines are originated inside the article (denominated meld line weld line) which degrade the characteristics of the piece as the consequence of a non-uniformity of the piece itself. In a completely analogous way, for the same condition of “unbalanced flow“

voids, or the non-complete filling of the mold of the preform and, therefore, of the final piece will be created. Similar problems take place in the lines of resin flow because of the pressures in the mold during the injection. These defects result in a differentiated mechanical stress differentiated distributed inside the piece, in a degree of not uniform packing throughout the entire volume and in the degradation of the final properties. By using FEM, these phenomena can be analyzed in order to determine the best trade-off of all parameters and process conditions and (and cancel (when possible) all above described issues. What above mentioned is true, of course, even in the case the anisogrid lattice structures (i.e., flat, cylindrical, truncated cone and so on). In fact the injection parameters required to optimize the process are determined (the position of the gate, pressure, fill time, degree of cure, etc.). Figure 3 shows a first hypothesis of distribution of the injection points (gate) on the cross section of the workpiece to be implemented, designed for the purpose of obtaining a balanced flow and the complete filling of the preform. By having fixed the gate and the process parameters, a series of finite element tests are carried out to analyse the whole injection process and the quality of the manufactured article, in particular, by determining: • type of mesh of the anisogrid lattice element according to the preliminary direction of the fibers • performance of the injection flow in the different positions of the gates • the flow lines of the resin during the injection • voids and welding lines • degree of final cure of the article. As a matter of fact a non-optimized process will result in an unbalanced flow, empty lines excessive welding, and a low-grade curing. Obviously, the multigrid geometry will lead inherently to a resin “complex“ flow with a significant difficulty in determining the process conditions requested to minimize the wellknown aspects

Compositi

- Numerical analysis of the RTM process for the manufacture of Multigrid Lattice Structures related to the presence of cavities, potential excess of resin (with respect to the ideal matrix/reinforcement relationship), weld lines, etc. For this reason, we must look for the best possible arrangement of the gates. After a series of tests, the two final configurations shown in figure 4 have been tested (two gates A and B). The above mentioned solutions lead to a nearly balanced flow as shown in figure 5, which also shows the optimization (in terms of value almost unitary and uniformity over the whole volume) of the degree of polymerization. For the experimental tests we have been chosen the same gate arrangement as that shown in figure 5(a). MANUFACTURE OF A FLAT ANISOGRID LATTICE STRUCTURE After the design and the numerical simulation we have switched to the manufacture of the demonstrator; the first step of this phase is the construction of the mold, which takes into account what inferred from the tooling design process and the second one consists in the choice of the resin, the catalyst, the fibers (tape) and the carbon fabric (for the outer skin of the element to be produced). The cleanup of the mold is performed by applying the release agent (silicone spray) before subsequently realizes the dry preform by means of the tape of carbon (HM 12K), and the bi-directional fabric for the outer skin (fig.6). After closing the mold the vacuum bag is prepared and the injection which, thanks to simulation processes described in the previous paragraph, takes place under conditions of balanced flow as shown by the red arrows in figure 7 is runned. This figure shows the symmetric leakage of the resin from the four vents, able, therefore, to lead to a product with a uniform distribution of resin in the carbon preform throughout the entire volume. After the curing, the mold opening and the post final curing in a controlled atmosphere occur. Figure 8 shows a demonstrator made of carbon. To reduce the cost of the process (centered especially in the mold), a test was also performed (fig.9), which provides: • CAD drawing of the part and the “positive“ mold made by using rapid prototyping 3D laser • creation of the “negative“ silicone mold (by casting into the “positive“ one) • hand lay-up of fibers and fabric, curing and extraction (immediate thanks to the silicone) of the mold. Of course, this is only a first laboratory tests. The silicone mold, also thinking of the process industrialization, must not show any degradation in order to be reused, thus ensuring the dimensional

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stability and geometry with respect to the nominal values of the project.

product (uniformity, defects, geometry. etc.).

DEMONSTRATORS CHARACTERIZATION Characterization tests performed on demonstrators are very briefly described underneath.

Thermography An anisogrid lattice flat panel was also analyzed by means of the thermal analysis (fig.16). It should be remembered that to optimize the thermographic analysis is better to have little conductive material because the heat propagates more slowly in it during heating and cooling; they, therefore, have less tendency to uniform the temperature of the workpiece and this allows to better see the temperature differences that indicate structures and defectiveness in it. The analysis can be done in the reflection mode (R), or with both heat lamp and acquisition system in front of the piece, or in transmission mode (T), where the lamp is behind the front piece and acquisition system. The figure 17 show the results of the performed analysis. The thermographies allows a detailed analysis of the morphological characterization of the samples, both the outer skin and the grid. This article, albeit briefly, deals with the entire process – from design to the characterization – of a multigrid lattice structure obtained by the RTM technology. Of course, each issue and detail would require a much more detailed analysis, which the reader can find in the references below.

Laser Vibrometry Through the technique of laser vibrometry it is possible to detect the presence of a damage on the anisogrid element. After causing a known depth defect (called C) on the demonstrator of figure 9, this one was placed on a shaking table. 9 reference points that constitute the scan points for the analysis of laser vibrometry have been identified (fig.10). This test associates a “sensitivity index“ and a “disturbance index“ to each scan point. The scan point that shows the maximum difference between the two indexes is the one closest to the damage present in this item. The experimental tests show that the greater delta between the two indices was recorded at the scan point number 6, which is actually the one closest to the damage C. Optical and SEM characterization To obtain the characterization of the internal structure of the flat carbon anisogrid element carbon (ref. fig.8) a set of samples was extracted from it and embedded (fig.11). The figure 12 shows a image at the optical microscope of one of the samples: the bundles of fibers and resin are evident. Figure 13 provide a SEM image which show the chemical bond between the mechanical matrix (resin) and the reinforcement (fiber). These micrographs allow an accurate analysis of the morphology of the samples (i.e. resin – fiber distribution, empty, non-uniformity of local interfaces matrix – reinforcement). C – Scan Further tests were carried out by the technique of ultrasound (C-Scan Method). Figure 14 shows the experimental set – up which has been used. Figure 15 gives some results obtained by the tests. In particular, on the left the picture shows the ability to reconstruct the geometric profile of the structure,while on the right the color representation indicates the amplitude of the energy (ultrasound passed through the sample): • red = maximum signal past • white = minimum signal past. By these results it is possible to make assumptions about the quality of the

All the mentioned figures refer to the Italian version Fig. 1: Cross – section of a cylindrical anisogrid lattice structure Fig. 2: Trend of the injection rate (RAM) during the process Fig. 3: Hypothesis of location of the injection gates for the manufacture of a flat anisogrid element by RTM Fig. 4: The two- gates final solution to: (1) central, (2) lateral side Fig. 5: The two-gates almost balanced flow: (a) central, (b) lateral side Fig. 6: Deposition of the preform in the mold Fig. 7: Balanced flow (red arrows) Fig. 8: Flat anisogrid lattice demonstrator made in carbon Fig. 9: Demonstrator out of the silicone mold Fig. 10: C defect made on the demonstrator, with the selected 9 points scan and set-up of the experimental laser vibrometry Fig. 11: Panel dissected to obtain the embedded specimens successively inspected by optical microscope and SEM Fig. 12: Optical analysis Fig. 13: SEM micrograph Fig. 14: Experimental set up Fig. 15: Experimental tests Fig. 16: Test apparatus for the thermographic analysis Fig. 17: Thermography in reflection (E) of the front and rear of the workpiece in shades of gray, colored and in shades of red

COMPOSITES AND SUSTAINABILITY

Compositi e sostenibilità protagonisti a Bruxelles – di Roberto Frassine – Presidente EuCIA Il 19 gennaio 2016 a Bruxelles EuCIA (European Composites Industrial Association) ha organizzato una conferenza dal titolo “Composites and Sustainability” per esaminare l’importante ruolo che i materiali compositi giocheranno nella creazione di un’Europa più sostenibile. All’evento hanno partecipato come oratori membri della Commissione Europea, esperti e tecnici dei settori aerospaziale, automobilistico, navale, ferroviario e delle costruzioni. Board EuCIA

Natalia Matting (Sustainable industrial policy-DG Growth EU Commission) ha sostenuto che per riuscire in questo intento è necessario passare da un’economia lineare ad una economia circolare. Per quest’ultima si intende un modello che pone al centro la sostenibilità del sistema, in cui non ci sono prodotti di scarto e in cui le materie vengono costantemente riutilizzate. Si tratta di un sistema opposto a quello definito “lineare”, che parte dalla materia e arriva al rifiuto. Il pacchetto di economia circolare adottato dalla Commissione europea è un programma concreto e ambizioso costruito per migliorare la competitività globale dell’Europa, consentire la crescita economica e creare nuovi posti di lavoro. La proposta, che inizialmente si era concentrata solo sulla gestione dei rifiuti e per lo più su obiettivi di riciclaggio, all’inizio del 2015 è stata rivalutata dalla Commissione Europea in una prospettiva più ampia. La nuova versione del pacchetto economia ha incorporato una più ampia gamma di attività quali il riuso, la riparazione, processi come la Simbiosi industriale e nuovi modelli di business, come ad esempio l’economia di condivisione. Il progetto ha l’obiettivo di preservare il valore dei prodotti europei, dei materiali e delle risorse economiche il più a lungo possibile, riducendo al minimo la produzione di rifiuti. La signora Matting ha anche evidenziato i collegamenti con le priorità di Juncker, poiché la tutela dell’ambiente e il mantenimento della competitività vanno di pari passo con un futuro sostenibile per l’Europa. Pertanto calcolare l’impatto sull’ambiente dei prodotti in materiali compositi diventa una questione fondamentale. Il mio contributo in veste di Presidente di EuCIA è stato quello di aggiornare la platea sugli sviluppi dello EcoCalculator, innovativo tool che consente agli utenti di misurare l’impatto ambientale dei compositi, senza la necessità di uno specifico know-how sullo LCA. Il tool creerà i cosiddetti “EcoFactsheet” facilmente condivisibili con i clienti e i fornitori. I report gene-

rati saranno compatibili con i principali programmi di analisi del mercato. La versione trial dell’EcoCalculator è già stata rilasciata ed è accessibile attraverso il sito www.eucia.eu. I materiali compositi hanno una vita utile molto lunga. Ben Drogt (Biinc) ha sottolineato che questa caratteristica genera l’opportunità per soluzioni più sostenibili, dato che tali materiali sopravvivono spesso ai prodotti che hanno contribuito a creare. Drogt ha mostrato per esempio come le pale riciclate delle turbine eoliche nei Paesi Bassi siano state riutilizzate (“upcycled”) per costruire giochi per bambini, aggiungendo così un altro utilizzo a quelli già molteplici dei compositi. I compositi sono materiali comunemente utilizzati nei vari settori dei trasporti per ridurre il peso dei veicoli (aerei, navi, treni, auto, ecc.) al fine di ottenere una maggiore efficienza del carburante. Joachim Starke (BMW) ha illustrato al pubblico le caratteristiche della BMW i3, l’auto di serie con il maggior impiego di compositi esistente sul mercato che oltre ad aumentarne l’efficienza energetica ne ottimizzano anche il design unico. La facilità d’uso dei compositi, la loro capacità di poter dare vita a componenti di qualsiasi forma e il rinforzo che conferiscono alle strutture li rende una grande risorsa anche per il settore dell’edilizia. Non a caso, la domanda di materiali compositi tra i costruttori europei è in continua crescita e il loro uso non è limitato solo a edifici o a parti di abitazioni, ma hanno anche applicazioni industriali su scala maggiore. L’intervento di Fibercore Europe ha infatti dimostrato come l’azienda ha implementato i materiali per creare alcune enormi barriere di dighe a Tilburg, in Olanda. I cancelli misurano 12,9 metri di altezza per 6,2 di larghezza, offrendo una soluzione sostenibile e, grazie al fatto che gli FRP non si deteriorano, le barriere dovrebbero durare più di 100 anni. I benefici a lungo termine dell’utilizzo di materiali compositi hanno dimostrato di poter garantire soluzioni sostenibili per molti dei settori più produttivi in Europa. Una volta conosciuti esclusivamente come “materiali dell’era spaziale”, i compositi stanno lentamente trovando la loro strada nella vita quotidiana dei cittadini rafforzando i prodotti e la competitività dell’UE nel pieno rispetto dell’ambiente. Tutte le presentazioni della conferenza sono disponibili online nel sito www.eucia.eu

Compositi

A&T

COMPOTEC 2016

A&T 2016 spicca il volo I numeri dell’edizione 2016 di A&T (Torino Lingotto Fiere, 20/21 aprile) evidenziano una crescita esponenziale della manifestazione dedicata all’innovazione competitiva nell’industria manifatturiera e confermano le impressioni positive di tutti gli espositori: • 9313 visitatori (+22%) • 330 espositori (+6%) • Grande area espositiva (+14%) • 1283 novità presentate (+10%) • 442 casi applicativi illustrati presso gli stand (+17%) • 38 eventi: convegni, seminari, sessioni specialistiche. Un successo “annunciato”, come emerge dagli interventi dei responsabili delle istituzioni (ICE, Regione Piemonte, Confindustria Piemonte, Camera di Commercio di Torino, Politecnico di Torino) intervenuti al convegno inaugurale del 20 aprile. “Il settore della robotica, in costante crescita, – ha dichiarato Gianfranco Carbonato, presidente di Confindustria Piemonte e di Prima Industrie – è strategico per l’automazione e la sede di Torino rappresenta una scelta naturale, poiché qui è nata la Robotica nel nostro Paese e il Piemonte è la Regione che vanta il maggior numero di robot installati a livello nazionale. Il comparto manifatturiero tipico del Nord Ovest rappresenta un vasto bacino di potenziali utenti di automazione”. A&T ROBOTIC WORLD (la prima Fiera italiana della Robotica Industriale) ha visto riuniti i principali costruttori di robot a livello mondiale: ABB, COMAU, FANUC, KUKA ROBOTER, SALDOBRAZ, TIESSE ROBOT – KAWASAKI, YASKAWA, ROBOTECO, STAUBLI, ALUMOTION. Alcuni hanno presentato i robot collaborativi che lavorano in sicurezza al fianco dell’uomo e avranno ampio utilizzo anche nelle piccole e medie aziende. Tra gli eventi in programma: 9 convegni, 18 seminari e 11 sessioni specialistiche, dedicate a temi di assoluta attualità e mirati sulle applicazioni concrete delle soluzioni innovative in ambito manifatturiero, in ottica di sviluppo competitivo. Spicca il successo ottenuto dal XXX Convegno dei Laboratori di taratura accreditati, organizzato da ACCREDIA giovedì 21 aprile, che ha visto in sala oltre 400 presenti. Filippo Trifiletti, direttore ACCREDIA, ha commentato il record di presenze, che conferma lo sviluppo in atto nei servizi di certificazione accreditati, sempre più “strumenti primari” a disposizione delle aziende impegnate nello sviluppo competitivo. A&T si è consolidata come manifestazione di riferimento, oltre che per il mondo delle “Prove e Misure”, anche per la Robotica industriale, comparto caratterizzato da un cambiamento epocale che lo colloca in sempre più stretta sinergia con le tecnologie innovative di produzione. Una vera e propria rivoluzione industriale, che coinvolge le aziende delle principali filiere: automotive, meccanica, alimentare, farmaceutica, cosmetica, ecc.

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Un concentrato di alta tecnologia all’insegna della ripresa Si è tenuta a CarraraFiere dal 6 all’8 aprile 2016 l’8ª edizione di Compotec, “Excellence in Composite”, manifestazione completamente dedicata all’industria dei materiali compositi e alle loro molteplici applicazioni. Ancora una volta l’obiettivo di Compotec è stato quello di rappresentare un punto di riferimento per l’industria italiana dei materiali compositi, facilitando l’interazione fra i produttori italiani ed europei e stimolando i rapporti con le università e i centri di ricerca. Compotec si rivolge a tutti i settori industriali che impiegano materiali compositi: dal settore aerospaziale e aeronautico all’automotive, dal militare al medicale, dall’edilizia al design, dall’eolico alla nautica che li impiega su larga scala. Compotec con il contributo di Ice/Ita, Italian Trade Agency, ha invitato una folta delegazione di operatori internazionali, provenienti da 11 paesi europei ed extra-europei, Danimarca, Estonia, Finlandia, Germania, Gran Bretagna, Israele, Polonia, Russia, Svezia, Turchia, Ungheria, che hanno incontrato gli espositori nello spazio B2B riservato, in quasi 1.000 incontri diretti programmati con gli espositori di Compotec. Ricca l’agenda dei convegni. In collaborazione con Assocompositi, Compotec ha organizzato un workshop su Compositi e sostenibilità in apposita area dedicata, che ha permesso ai tecnici di vedere la teoria applicata alla pratica. OCTIMA, Organizzazione per la Chimica e per la Tecnologia Innovativa dei Materiali Avanzati, ha tenuto un convegno internazionale per approfondire specificità tecniche sulla stampa in 3D e le tecnologie additive per l’industria dei materiali compositi, progettazione, prototipazione, materiali e processi innovativi. In collaborazione con Cetma, consorzio per ricerca applicata, sviluppo sperimentale e trasferimento tecnologico nei compositi, polimeri, materiali bio-based e da riciclo, si è tenuta una conferenza sull’impiego dei compositi in aeronautica, a cui hanno partecipato il Distretto Aerospaziale Pugliese, il Distretto aerospaziale della Campania, Finmeccanica, Dema e Comec. L’Ordine degli Architetti, Pianificatori, Paesaggisti e Conservatori di Massa Carrara con Mapei ha organizzato un seminario, valido per il riconoscimento dei CFP, crediti formativi professionali, dedicato ai sistemi innovativi e ai certificati di rinforzo per l’abbattimento della vulnerabilità sismica degli edifici esistenti, con un particolare focus sui materiali compositi per il ripristino e il rinforzo di strutture in calcestruzzo armato e muratura.

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