Materiali Compositi a matrice polimerica

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1 Materiali Compositi a matrice polimerica Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale Luca Sorrentino, sorrentino@unicas.it Principali linee di ricerca Termoindurenti Fibrorinforzati Tecnologie Automatizzate di Produzione Ottimizzazione Processi di Formatura (laminati a geometria critica) Sviluppo di strutture ibride Termoplastici Fibrorinforzati Ottimizzazione del processo di formatura di SMC Analisi Degradazione del materiale (a seguito di ripetuti cicli di formatura) Composite Machining

2 Tecnologie Automatizzate di Produzione Obiettivi della ricerca: Sviluppo di modelli numerici per l ottimizzazione del processo di preformatura Hot Drape Forming per la produzione di laminati strutturali a geometria complessa, al fine di: Ridurre i tempi di produzione Incrementare la qualità del prodotto (compattazione/uniformità del laminato) Incrementare la ripetibilità del processo

3 Tecnologie Automatizzate di Produzione PAM-FORM Ply superiore Ply mediana Ply inferiore GRINZA 24,11

4 Tecnologie Automatizzate di Produzione Obiettivi della ricerca: Sviluppo di soluzioni tecnologiche avanzate per la produzione di parti a struttura Multigrid mediante Filament Winding Robotizzato Struttura in C/E

5 Tecnologie Automatizzate di Produzione

6 Tecnologie Automatizzate di Produzione Obiettivi della ricerca: Sviluppo di soluzioni tecnologiche avanzate per la produzione di parti a geometria complessa: Filament Winding Robotizzato

7 Tecnologie Automatizzate di Produzione Obiettivi della ricerca: Sviluppo di soluzioni tecnologiche avanzate per la produzione di parti a spessore variabile: Tape Placement Robotizzato

8 Ottimizzazione Processi di Formatura Obiettivi della ricerca: Sviluppo metodologie per la riduzione delle difformità strutturali per laminati a spessore elevato Laminati Carbon/Epoxy Attività in corso: Analisi dell influenza dei picchi esotermici sulle caratteristiche meccaniche dei laminati a spessore elevato

9 Ottimizzazione Processi di Formatura Obiettivi della ricerca: Sviluppo metodologie per la riduzione delle difformità strutturali per laminati a spessore elevato Attività in corso: Analisi influenza della disuniformità di sulle tensioni residue Stampo A C Composito

10 Ottimizzazione Processi di Formatura Obiettivi della ricerca: Sviluppo metodologie per la riduzione delle difformità strutturali per laminati a spessore sottile non piano Analisi dello Spring-in & variazione dello spessore = f(raggi di raccordo, percentuale fibre/matrice, pressione di compattazione) SVILUPPO DI MODELLI NUMERICI per la previsione e compensazione delle difformità geometrico/dimensionali

11 Ottimizzazione Processi di Formatura Obiettivi della ricerca: monitoraggio in process del grado di cura mediante Analisi Dielettrica (DEA) Capacità (pf) Capacità provino 2 (pp) Resistenza provino 2 (pp) Tempo (min) Resistenza (Mohm) IR 1 D I m R C m C m m

12 Ottimizzazione Processi di Formatura Obiettivi della ricerca: monitoraggio in process del grado di cura mediante Analisi Dielettrica (DEA) Piastre parallele Piastre complanari IDC

13 Sviluppo Strutture Ibride Obiettivi della ricerca: Sviluppo innovativi prodotti/processi Schiuma Metallica e Materiale Composito Caratterizzazione meccanica strutture ibride Analisi FEM strutture ibride Eq. Von Misesstress Eq. strain Load [N] Epoxy/S2-Glass tube Hybrid component Metal Foam cylinder Displacement [mm]

14 Sviluppo Strutture Ibride Obiettivi della ricerca: Sviluppo innovativi prodotti/processi Struttura Marmo/Composito Caratterizzazione meccanica strutture ibride Analisi FEM strutture ibride Struttura Ibrida vs marmo Riduzione peso: 75% (a parità di spessore) Incremento Res. a flessione: 85% Incremento Res. a taglio: 80%

15 Termoplastici Fibrorinforzati Obiettivi della ricerca: Ottimizzazione del processo di formatura di SMC Miglioramento compattazione laminato Analisi disposizione delle fibre/shear angle Analisi distribuzione T stampo/componente Riduzione tempi di formatura Termoplastico single/multi-layer Consolidamento & Formatura laminati (anche a geometria complessa)

16 Termoplastici Fibrorinforzati Obiettivi della ricerca: valutazione della degradazione del materiale a seguito ripetuti cicli di formatura Analisi della degradazione meccanica in funzione di n, T

17 Composite Machining Obiettivi della ricerca: Monitoraggio sensoriale di processi di lavorazione meccanica «Analisi in process di Forze/Potenza /Vibrazioni/Temperatura Valutazione Finitura Superficiale, Usura Utensile, Difettologia Laminato»

18 Attrezzature presso laboratorio Unicas Cella Robotica (Robot Kuka KR45/2 con sistema integrato di alimentazione e sistemi/stampi di preformatura) per FW e TP Forno Nabertherm N 120/45HA (comprensivo di Controller P300 e Software Controltherm MV5x) e Sistema per il vuoto Edward rv5 Multimetro Keithley 2700/7700 e termocoppie Sistema di formatura a piastre termiche Pressa verticale per formatura materiali termoplastici, 6ton Centro di Lavoro a 3 assi della CMS dotato di sistema multisensoriale per il monitoraggio di processo: dinamometro triassiale della Kistler, 3 accelerometri, 1 Wattmetro Laser modello Giotto prodotto dalla SEI Macchina di misura a coordinate Zeiss PRISMO 5 MPS Rugosimetro Form Talysurf Plus della Rank Taylor Hobson Olografia conoscopica Optimet

19 Attrezzature presso laboratori in convenzione Impianto Hot Drape Forming Autoclave per termoplastici (d=2500 mm L= 9000 mm) T max = 450 e p max 16 bar n 30 attacchi termocoppie e n 15 attacchi vuoto Pressa per termoplastici (dimensioni utili: 2700*1500 mm) Piani pressa riscaldati: T max = 300, p max 600ton Forno a tunnel con lampade all'infrarosso super/inferiormente (T max = 450 ) Telaio per tensionamento lamina DSC T max = 700 C T min (raff) = -90 C DMA Max forza: 18N T = -150 C a 600 C TGA Temperatura fino a 1000 C Accuratezza +/- 0.01%

20 Software Processi di polimerizzazione Analisi Compattazione RTM/infusione Processi di polimerizzazione Analisi Termomeccanica (tensioni residue) Processi di polimerizzazione RTM/infusione SMC termoplastico Hot Drape Forming Draping