Attività di Ricerca e di Trasferimento Tecnologico sui Materiali Polimerici

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1 Attività di Ricerca e di Trasferimento Tecnologico sui Materiali Polimerici Roberto Spina, Prof. Ing. Dipartimento di Meccanica, Matematica e Management - Politecnico di Bari Viale Japigia Bari Laboratorio per la caratterizzazione termo-fisica di polimeri post-formati

2 - Small CV Professore Associato di Tecnologie e Sitemi di Produzione - SSD ING-IND/16 presso il Politecnico di Bari dal E autore di più di 70 articoli, pubblicati su riviste, libri ed atti di conferenze internazionali. Titolare degli insegnamenti: - Lavorazione dei Materiali Aeronautici - CdL Magistrale in Ingegneria Meccanica. - Modellazione dei Sistemi Produttivi - CdL Magistrale in Ingegneria Gestionale. - Progettazione dei Processi Produttivi - CdL in Ingegneria Gestionale Dal punto di vista istituzionale, è: - Rappresentatane dei Professori Associati in Senato Accademico per il triennio 2015/ Coordinatore del Corso di Laurea in Ingegneria Gestionale per il triennio 2012/2015 2

3 Organizzazione degli SMATI-LABS Prof. Ing. Luigi TRICARICO Centro di Eccellenza in Meccanica Computazionale del Politecnico di Bari SMATI - LABS Caratterizzazione termo-fisica di polimeri post-formati Prof. Ing. Metallografia e Microscopia Prof. Ing. Luigi TRICARICO Rete di Laboratori TRASFORMA Prof. Ing. Donato SORGENTE Modellazione e simulazione numerica di processi tecnologici Prof. Ing. Gianfranco PALUMBO Prof. Ing. Gianfranco PALUMBO Simulazione Fisica di Processi Tecnologici Advanced Forming & Manufacturing Simulazione termo-meccanica di lavorazioni per deformazione plastica TRICARICO Luigi, Prof. Ordinario, ING-IND/16, Responsabile Scientifico SPINA Roberto, Prof. Associato ING-IND/16 PALUMBO Gianfranco Prof. Associato ING-IND/16 SORGENTE Donato Ricercatore ING-IND/16 1 Dottorando di Ricerca + 4 Assegnisti Laboratori del DMMM e del Politecnico di Bari 3

4 Attività del laboratorio RICERCA E SVILUPPO Gli obiettivi a breve termine sono quelli di migliorare la conoscenza tecnologica del processo di stampaggio attraverso la sperimentazione diretta su stampi di prodotti con semplici geometrie. I risultati previsti saranno la creazione di una base di conoscenza dettagliata sui materiali per la progettazione del prodotto e del processo. Le ricadute sul territorio saranno la creazione di un laboratorio certificato per la prova sui materiali polimerici per il trasferimento tecnologico alle PMI. CONSULENZA TECNICA Il laboratorio offre la propria collaborazione per la selezione dei materiali appropriati per le applicazioni, la progettazione di stampi di componenti con geometrie complesse, la risoluzione delle difettosità e dei problemi di fabbricazione, l'ottimizzazione dei processi in base alle potenzialità e agli obiettivi applicativi. I benefici per le PMI saranno la possibilità di verificare le potenzialità dei componenti che intendono realizzare in fase di progettazione ed identificare i possibili difetti sui prodotti stampati prima di realizzare gli stampi. Inoltre le collaborazioni con le PMI possono estendersi alle fasi start-up su stampi già realizzati al fine di ottimizzare i parametri pressa direttamente sul sito produttivo, con il supporto dei risultati ottenenti dalle simulazione numeriche. 4

5 Strumentazioni ed apparecchiature presenti Calorimetro differenziale a scansione DSC 404 F3 Doppia fornace pivottante. Sistema di vuoto automatico (AUTOVAC). Intervallo di misura -120 C / +675 C in azoto liquido. Intervallo di misura +20 C / C in azoto o elio. Velocità di riscaldamento/raffreddamento da 10-3 a 50 C/min. Misura in DSC standard e modulato. Atmosfere: inerte, ossidante, riducente, statica e dinamica. Bilancia analitica CPA 225D Campo di pesata sino a 220 g con precisione di lettura 0,01 mg. Kit per la misura della densità. 5

6 Strumentazioni ed apparecchiature presenti Dilatometro DIL 402 C Singola fornace. Sistema AUTOVAC di vuoto automatico. Intervallo di misura +20 C / C in azoto o elio. Velocità di riscaldamento/raffreddamento da 0.01 a 50 C/min. Accessori per la misura di solidi, liquidi, polveri e paste. Atmosfere: inerte, ossidante, riducente, statica e dinamica. 6

7 Strumentazioni ed apparecchiature presenti HAAKE MARS III Reometro rotazionale in configurazione piatto-piatto e piatto-cono Installazione del Rheoscope per le misure in linea inline delle sospensioni e delle cristallizazione mediante microscopio polarizzato. 7

8 Attrezzature in allestimento Sistema MICROSLICE di taglio e trattamento laser dei polimeri Sistema M3D di prototipazione rapida di piccoli dimensioni per componenti in ABS, PLA, Nylon con risoluzione di μm. 8

9 Ulteriori strumentazioni disponibili nella rete di laboratori Analisi dei Campioni Troncatrice da tavolo Secotom -15/-50 ad elevate prestazioni. Pressa inglobatrice automatica CitoPress-1. Macchina LaboPol per prelevigatura, lappatura e lucidatura con testa LaboForce per la preparazione automatica di campioni materialografici. Microscopio AZ100 Multizoom. Stampaggio pre-serie e prove Pressa di stampaggio ad iniezione DEMAG Ergotech modello Concept 80/ Centralina di termoregolazione stampi con intervalli di temperatura tra -5 e 90 C. Unita di condizionamento del materiale. Macchina INSTRON per prove di caratterizzazione meccanica (trazione, compressione). 9

10 Ricerca sulla cristallizzazione Metodi agli elementi finiti La ricerca è finalizzata alla simulazione del fenomeno della cristallizzazione ed ai suoi effetti indotti dal e sul prodotto e processo. Simulato Mesh suddivisa per la simulazione micro-strutturale Fibril Non simulato Lamella Molecules Simulazione di processo > 1 mm Simulazione micro-strutturale ~500 µm Microscala Ricerca in collaborazione con ~50 µm Simulazione molecolare ~1 µm ~50 nm <1 nm Scala molecolare Finanziata da Deutscher Akademischer Austauschdienst 10

11 Framework sviluppato Start CFD module Simulation at macro level Transfer Level Simulation at micro level Heat transfer module SphäroSim Injection moulding Interpolation Microstructure Data Extraction HOMAT Conversion to VTK Global Properties Homogenization Matching Young's modulus Cross-section SphäroSim Finish 11

12 Risultati Analisi strutturale con Simulazione del processo di stampaggio con Calcolo della micro-struttura con SphäroSim Modello di omogeneizzazione con HOMAT 12

13 Trasferimento tecnologico su foam injection moulding Analisi dei materiali base con DSC e reometro 10,000 EVA LDPE 654 LDPE 600 BA HDPE Viscosity (Pa s) 1,000 Analisi di riempimento e impostazione parametri pressa Strain rate (1/s) Analisi della qualità di processo Verifica caratteristiche post-formatura 13

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