di ANTONIOS G. STAMOPULOS*
In generale, i materiali compositi sono conosciuti per il loro buon rapporto forza-peso, il quale contribuisce allo sviluppo di sofisticate strutture leggere. Ad esempio, nel settore aeronautico, il quale fu il principale settore industriale ad adottarli come materia prima, la nuova generazione di aeroplani consta di materiali compositi in più del 50%.
Tuttavia, è ben noto che l’industria automobilistica non ha seguito la stessa logica, soprattutto a causa degli alti costi di produzione dei compositi a base termoindurente e dei differenti scopi che ha, quali: produzione di massa, meno strutture essenziali, difficoltà nel gestire materiali preimpregnati. I compositi, inoltre, costano di più in confronto a materiali tradizionali, principalmente a causa del costoso processo di fabbricazione utilizzato su di loro.
Eppure, negli ultimi anni è stato osservato un maggiore interesse ed un incremento della ricerca nei confronti dell’implementazione di soluzioni a base termoplastica. Le origini di questa decisione si basano sul fatto che i termoplastici sono sempre stati utilizzati in questo settore. Inoltre, essi sono altamente riciclabili e richiedono minori condizioni di conservazione, ma soprattutto possono essere prodotti nella forma di prodotti semi-finiti e rielaborati.
Questo fattore è cruciale in quanto negli ultimi anni nuovi parametri sono entrati a far parte dell’equazione: elettrificazione (domanda di cestelli batteria come mostra la FIGURA 1, che raffigura il cestello batteria sviluppato da IDI Composites International, USA, utilizzando materiali compositi resistenti al fuoco. Photo credits: IDI), crescita dell’efficienza energetica del veicolo, e sostenibilità della struttura attraverso cicli di vita a circuito chiuso.
Secondo la Stratview Research, fino al 2019 nel settore ci furono 3 principali applicazioni dei compositi: meccaniche, parti interiori e parti esteriori, dove ognuna di loro necessitava di proprietà e caratteristiche diverse. Pertanto, il mondo ha bisogno di compositi, ma più sostenibili, multifunzionali e maggiormente ecosostenibili nelle catene di produzione a basso costo. Potenzialmente, i compositi termoplastici, in varie forme potrebbero rispondere bene alla domanda.
Tra i processi più promettenti, la termoformatura sta recuperando o sotto forma di stampaggio a caldo o di draping. Comprende 3 fasi principali, ossia il riscaldamento di una lastra di composito fino a una determinata temperatura, lo stampaggio e il processo di raffreddamento. Per far fronte alla necessità di strumenti di stampaggio ed ai crescenti costi per la progettazione e produzione, sono stati sviluppati nuovi programmi e tecniche di simulazione che permettono la virtualizzazione dello sviluppo di stampi e l’identificazione di zone critiche e di difetti.
Un esempio è dato nella FIGURA 2 dove una geometria di una scatola chiusa per uso automotive con pareti laterali quasi perpendicolari viene accuratamente simulata da un gruppo di ricerca dell’Università degli studi dell’Aquila.
Dalla simulazione del processo si possono ottenere alcune informazioni fondamentali che consentono l’implementazione di strutture composite fabbricate a costi bassi. Inutile dire anche che la costosa e dispendiosa, in termini di tempo, procedura può essere esclusa.
È quindi evidente che più la comunità scientifica e industriale comprende la lavorazione e la natura dei materiali compositi termoplastici, più passi avanti saranno conseguiti verso la loro implementazione, soprattutto nel settore automotive.
Digitalizzando il procedimento, creando prove meccaniche semplificate per analizzare questi materiali più velocemente ed a costi bassi, ma anche svolgendo ricerca sincera, i materiali compositi possono diventare la soluzione di molti problemi sorti negli ultimi anni.
* Dr. Mechanical and Aeronautical Engineer/RTD/Lecturer
Department of Industrial and Information Engineering and Economy (DIIIE)
University of L’Aquila
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10 giugno 2022
