Nuovi modelli per ideare materiali compositi stampati 3D

Titolo del progetto di ricerca

PRE-ECO: a new Paradigm to RE-Engineering printed COmposites

Area scientifica 

Ingegneria aerospaziale, ingegneria dei prodotti e dei processi

Coordinatore

Alfonso Pagani

Abstract 

Il progetto PRE-ECO svilupperà nuovi modelli matematici che renderanno possibile l’uso industriale dei materiali compositi VAT (Variable Angle Tow) stampati 3D, al fine di ottenere componenti più leggeri e robusti per tante applicazioni come l’aeronautica.

Descrizione del progetto di ricerca 

I processi di manifattura additiva rendono possibile la creazione di una nuova classe di materiali compositi laminati (costituiti da strati di materiali differenti): i compositi VAT (Variable Angle Tow), in cui le fibre di materiale (generalmente carbonio) sono disposte secondi direzioni curvilinee. In questo modo si ottiene una variazione continua delle proprietà dei materiali ed è possibile migliorarne la resistenza e la leggerezza. L’applicazione industriale di questa tecnologia però non è ancora possibile perché la loro stampa 3D, che avviene con processi automatici, produce inevitabilmente dei difetti indesiderati come sacche vuote, sovrapposizioni o disallineamento delle fibre.

Il progetto PRE-ECO propone un approccio radicalmente nuovo a questo problema, partendo dalla modellizzazione dei materiali compositi VAT. L’uso di metodi numerici innovativi permetterà di includere con precisione nel modello i difetti che si producono durante la fabbricazione e la loro propagazione dalla scala delle fibre a quella della struttura finale e, di conseguenza, renderà possibile includere la “firma tecnologica” fin dalle prime fasi del design per ottenere le proprietà desiderate.

Il progetto è altamente multidisciplinare e produrrà avanzamenti in aree scientifiche come la meccanica strutturale, il calcolo numerico, gli algoritmi di intelligenza artificiale, la stampa 3D e più in generale l’additive manufacturing. Il progetto aprirà anche la strada a nuove applicazioni, ad esempio nell’ambito dei bio- e dei meta-materiali.

Impatto sulla società 

Studi preliminari hanno dimostrato che l’uso dei materiali VAT permette di ottenere caratteristiche meccaniche superiori in termini di rigidezza e resistenza se confrontati con i classici materiali compositi. Il progetto PRE-ECO renderà possibile l’uso di questi materiali in ambito industriale. Le applicazioni aeronautiche produrranno notevoli vantaggi dal punto di vista della sostenibilità ambientale. Ad esempio, utilizzando compositi VAT potremmo ridurre il consumo di carburante di un ulteriore 3-4% rispetto agli aeroplani di ultima generazione. Questo, considerato il numero degli aeroplani in circolazione, comporterebbe un significativo miglioramento dell’impatto ambientale dell’aeronautica.

Breve CV del Coordinatore

Alfonso Pagani ha un dottorato in ingegneria aeronautica della City University of London  e un dottorato in fluidodinamica del Politecnico di Torino, dove attualmente è ricercatore presso il DIMEAS -Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale. Le sue attività di ricerca riguardano principalmente lo sviluppo di modelli avanzati per le strutture aerospaziali e i materiali compositi, i metodi numerici per la meccanica dei solidi, lo studio di non-linearità geometriche e post-buckling. E’ autore e co-autore di circa 100 lavori scientifici, tra cui 75 articoli su riviste Internazionali.

PRE-ECO project has received funding from the European Research Council (ERC) under the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme  grant agreement No 850437

  • Budget: 1.478.000 euro
  • Data inizio: 01/01/2020
  • Data fine: 31/12/2024
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