LA PROGETTAZIONE E I MATERIALI INGEGNERIA INDUSTRIALE
La progettazione di un prodotto il punto di partenza sono le richieste del mercato o l innovazione tecnologica il punto finale è la definizione delle specifiche, ovvero il progetto un prodotto è un insieme complesso di elementi e funzioni, un vero e proprio SISTEMA TECNICO
Prodotto = Sistema Sottoelemento 1 Componente 1.1 Componente 1.2 Sistema tecnico Sottoelemento 2 Componente 2.1 Componente 2.2 Sottoelemento 3 Componente 3.1 Componente 3.2
Sistema Tecnico - Analisi Sistema tecnico Input Funzione 2 Funzione 4 Output energia energia Funzione 1 Funzione 6 materiali materiali Funzione 3 Funzione 5
STADI DEL PROGETTO Progettazione di massima: definire le specifiche, valutare le diverse possibili soluzioni Sviluppo del progetto: lavorare sui principi, sulle dimensioni, sul layout in considerazione dei costi e dei vincoli noti Realizzazione del progetto: modellazione di tutti i componenti, studio del metodo di produzione, modellazione dei costi La progettazione è un processo iterativo
Relazione tra materiali e progettazione Il materiale è imposto dal progetto: c è bisogno di specifiche proprietà fisiche/meccaniche/economiche (soluzione più comune) Il progetto è imposto dal materiale: bisogna progettare intorno al materiale
quando i materiali limitano la progettazione
Esempio: Dati di Progetto Dispositivo per togliere un tappo di sughero da una bottiglia di vino Richiesta del mercato: accedere al vino Vincoli: il dispositivo deve consentire l accesso al vino in modo semplice, economico e senza contaminare il vino.
Progettazione di massima: cinque possibili idee a) Trazione assiale - b) Azione di taglio - c) Spinta - d) Polverizzazione - e) By-pass
Sviluppo del progetto tre le soluzioni selezionate che usano tre diversi principi
Stadio del progetto dettagliato Realizzazione nel dettaglio delle tre soluzioni Scelta dei materiali più opportuni a seconda dell applicazione
Soluzione A: trazione
Soluzioni commerciali
Di quale materiale deve essere fatto e.. come farlo?
METALLI
Legame metallico: nube di elettroni delocalizzata Vantaggi Svantaggi Moduli elastici elevati Rotture per fatica Possono essere rinforzati formando leghe o per lavorazione Duttili Suscettibili di attacco dall ambiente (corrosione e ossidazione) Tenaci Buoni conduttori
Metalli
CERAMICI
Legame ionico e/o covalente: direzionale e forte Vantaggi Moduli elastici elevati Elevata durezza Resistenti all abrasione Resistenti alla corrosione Buoni isolanti Proprietà ottiche Fragili Svantaggi Distribuzione statistica della resistenza meccanica Sensibili ai difetti Più difficili da lavorare
Ceramici
POLIMERI ED ELASTOMERI
Legami covalenti e secondari: anisotropi Vantaggi Svantaggi Possono avere elevata resistenza meccanica Creep a bassa temperatura Elevata deformabilità Facili da formare Poco costosi Variazione delle proprietà meccaniche con la temperatura e con il tempo Basso modulo elastico Difficili da riciclare
Polimeri ed elastomeri
COMPOSITI
Compositi Vantaggi Svantaggi Combinano le proprietà di materiali diversi Le proprietà meccaniche possono essere progettate Spesso costosi Difficili da unire Spesso difficili da produrre Leggeri Resistenti Tenaci
Compositi
MATERIALI NATURALI
Materiali Naturali Vantaggi Svantaggi Altamente riciclabili Spesso molto resistenti Grande varietà di proprietà fisiche e meccaniche Grande variabilità delle proprietà meccaniche Difficili da controllare Rinnovabili??