AEUK 2015: Prima costruisci, poi affina i tuoi prototipi

Rubrica: Eventi

Titolo o argomento: Advanced Engineering UK 2015

Spesso negli ambienti del Design, delle Tecnologie e dell’Ingegneria a livello, per così dire, semipro (piccole e medie imprese artigiane con non trascurabili potenzialità di affermazione) chi ha un’idea su cui puntare spende molto tempo e risorse economiche anche solo per buttar giù un primo bozzetto e realizzare un primo prototipo. Poi puntualmente si rende conto che questo primo lavoro richiede numerose modifiche che non sono state previste e che sono necessariamente subentrate in un secondo momento per questioni legate alla fattibilità, al contenimento dei costi ed alla rispondenza del prodotto alle esigenze dell’utente finale. Può sembrar banale e invece sono ancora moltissime le realtà in cui si realizza un’idea che si ritiene definitiva e sulla quale poi si spendono ulteriori consistenti budget (non previsti) per riadattarla alla conformazione che la rende realmente vendibile.

Nel paese della moda, del design, dell’arte, della creatività e della tecnologia d’eccellenza, quale è l’Italia, è piuttosto difficile resistere alla tentazione di usufruire fin da subito del massimo. Rinunciare “all’immagine”, anche solo per presentare un concept, piuttosto che un vero prototipo, può (all’apparenza) risultare impossibile e comportare cupi e asfissianti indebitamenti. Il problema però è che con questo metodo molte idee finiscono con lo scomparire prima ancora di aver preso forma, esattamente come quei microscopici buchi neri che si formano nell’acceleratore di particelle del CERN di Ginevra che scompaiono in un centomilionesimo di miliardesimo di miliardesimo di secondo perchè (in questo caso per fortuna) non vi è sufficiente energia per renderli realmente attivi e quindi pericolosi.

In altri paesi, come ad esempio in Inghilterra, aziende anche di un certo spessore, non hanno alcun imbarazzo nel realizzare prototipi iniziali con scarti di laboratorio o di officina, talvolta persino intaccati da un po’ di ruggine. Il bello poi è che questi prototipi sono quasi sempre funzionanti ed utilizzabili fin dal primo modello e, sebbene non brillino esteticamente, mostrano il fascino senza rivali di aver concretizzato un’idea con una spesa contenuta e, soprattutto, permettono di poterla utilizzare subito per vedere “che effetto fa”.

Presso l’Advanced Engineering UK 2015 che si è tenuto pochi giorni fa al NEC (National Exhibition Centre) di Birmingham in Inghilterra, ho potuto apprezzare numerosi prototipi tutti allo stato primordiale (stato grezzo) ma tutti funzionanti e già utilizzabili. Si potevano persino apprezzare veicoli (tra cui automobili e motocilci) elettrici, ibridi o ad idrogeno, costruiti su telai improvvisati ma densi di contenuto tecnico e tecnologico. Telai e scocche miste in composito e tralicci in tubi di acciaio costruiti a mano in officina anche senza ricorrere a materiali particolarmente rifiniti o a lavorazioni estremamente precise, hanno però permesso di realizzare numerose idee offrendo così, a diversificati potenziali clienti, la fondamentale possibilità di… “scegliere”. Per affinare infatti, una volta intrapresa la strada giusta, c’è sempre tempo.

Se però ora pensate che sia tutto facile, una volta deciso di realizzare più prototipi grezzi con budget contenuti (che non vi facciano sforare i limiti), sappiate che c’è sempre da fare i conti con chi osserverà il vostro prototipo. Se il vostro potenziale cliente ha una mentalità aperta e pratica potrà senza dubbio apprezzare ciò che si nasconde nella vostra idea, ma se il vostro mercato di riferimento sarà ad esempio quello italiano, viziato e straviziato dal surplus, sarà dura essere creduti ed apprezzati. Arrivati a questo punto si rimanda la miglior scelta ultima sul da farsi esclusivamente alla vostra destrezza strategica…

Link correlati

MECSPE 2014: Puoi costruire… tutto
Technology for Creators – Parte prima| Video

BIMU 2014: Costruire le macchine che costruiscono le tue idee…
Technology for Creators – Parte seconda| Video

AEUK 2015: Prima costruisci, poi affina i tuoi prototipi
Technology for Creators – Parte terza | Video

Autoclave Auto a idrogeno Auto a idrogeno Auto a idrogeno Moto elettrica Moto elettrica Motore ibrido Carrello aereo Carrello aereo Carrello aereo Carrello aereo Carrello aereoCarrello aereo Prototipo motore aereo Vasca da bagno in carbonio Vasca da bagno in carbonio Carenatura F1 Carenatura moto in carbonio Carenatura moto in carbonio Carenatura moto in carbonio Carenatura moto in carbonio Aereo elicottero ibrido Aereo elicottero ibrido Aereo elicottero ibrido Catamarano Airbus Aerotrope Aerotrope Cofano in carbonio Sportello in carbonio  Sportello in carbonio Allestimento abitacolo in carbonio Carrozzeria in composito Carrozzeria in composito Girante turbina aereo Girante turbina aereo Input Output Analogico Digitale Laser scanning Laser scanning Laser scanning Laser scanning Laser scanning Laser scanning Laser scanning Laser scanning Microscopio elettronico Motore Moto3 Motore V12 Heavy DutyMotore V12 Heavy Duty Cambio sequenziale - Componentistica ottenuta mediante macchine utensili a controllo numerico Cambio sequenziale - Componentistica ottenuta mediante macchine utensili a controllo numerico Cambio sequenziale - Componentistica ottenuta mediante macchine utensili a controllo numerico Modello musetto F1 - Componentistica ottenuta mediante macchine utensili a controllo numerico Modello musetto F1 - Componentistica ottenute mediante macchine utensili a controllo numerico Componentistica meccanica - CNC Componentistica meccanica - CNC Componentistica meccanica - CNC Componentistica meccanica - CNC Componentistica meccanica - CNC Tunnel centrale abitacolo autoveicolo Costruzione in legno - Taglio laser Prototipo bici da record - Airon1 Prototipo bici da record - Airon1 Prototipo bici da record - Airon1 Prototipo bici da record - Airon1 Prototipo bici in composito misto legno Prototipo bici in composito misto legno Prototipo bici in composito misto legno Robot posa schiuma poliuretano Robot posa schiuma poliuretano Schiume e Honeycomb Schiume e Honeycomb Schiume e Honeycomb Schiume e Honeycomb Flow sensors Liquid and Flow sensors Microflowsens sensors Platinum thin film sensors Sensori di umidità e conduttività Sensori umidità Sistemi di misura Stampa 3D Stampa 3D metalli

La cottura dei primi telai in carbonio della Ferrari

Rubrica: Che cos’è un’autoclave?

Titolo o argomento: La cottura dei primi telai in carbonio della Ferrari

Le scocche delle Ferrari 126 C3 e 126 C4 utilizzavano pannelli composti da due strati di fibre (carbonio e kevlar) con all’interno una struttura a nido d’api. All’interno dell’autoclave veniva posto lo stampo del pezzo da cuocere; al suo interno veniva stesa la prima pelle di fibra, il materiale a nido d’api ed infine la seconda pelle. Lo stampo veniva sigillato con una sorta di sacco di plastica a tenuta stagna. Tramite una presa d’aria veniva ottenuto il vuoto all’interno del sacco. Il ciclo termico durava dalle due ore e mezzo alle sei ore a seconda della sua complessità. Opportune sonde venivano posizionate lungo l’intero pezzo da cuocere per poter verificare la temperatura nei vari punti. Il buon bilanciamento delle variabili vuoto pressione temperatura permetteva (e permette tutt’ora) di ottenere precisioni dimensionali notevoli. In breve ecco le tre fasi del processo di cottura adottato per le Ferrari 126 C3 e 126 C4:

1. Si parte con una pressione di meno un’atmosfera (-1 kg/cm2) che agisce sul pezzo mentre la temperatura è quella ambientale. Per alcuni minuti viene aumentata la pressione e si controlla se ci sono perdite. Successivamente si inizia a scaldare l’autoclave. La temperatura sale, la resina si scioglie e bagna il pezzo in tutti i punti. Si stabilizza la temperatura intorno ai 120/180°C che rappresentano il punto di polimerizzazione.

2. Si lasciano costanti i valori di pressione e temperatura in modo tale da spingere la resina in modo uniforme. Questo evita che ci siano dei punti vuoti e dei punti con sovrabbondanza di resina. Anche la pressione elevata aiuta la polimerizzazione.

3. Il pezzo è pronto , la resina è cotta, tuttavia è ancora debole. Si procede quindi ad un leggero raffreddamento totale e ad estrarre il pezzo dall’autoclave. La durata del ciclo, oltre che dalla complessità del pezzo, dipende dal materiale adottato per realizzare lo stampo.

La tecnica descritta risale ad oltre 20 anni fa. Sebbene la fisica e la chimica non siano cambiate in questo intervallo di tempo, molti dettagli di questo processo si sono affinati ed evoluti. Alcune aziende descrivono tranquillamente i loro procedimenti attuali, altre preferiscono tenere per sé un metodo corretto in base alle loro conoscenze.

Link correlati

Intro
Riscaldamento
Mantenimento
Raffreddamento
Vuoto
Proprietà di alcune fibre e matrici polimeriche
Curiosità: La prima Autoclave della Ferrari
Autoclave e tecnica
Processo di “cottura” delle prime Ferrari con telaio in carbonio

autoclave-ferrari_articolo-ralph-dte.jpg

Autoclave e tecnica

Rubrica: Che cos’è un’autoclave?

Titolo o argomento: Autoclave e tecnica

Detto in parole povere, un’autoclave non è altro che un contenitore in pressione scaldato. Un grosso forno sottovuoto dove vengono cotti pannelli compositi, fibre e resine. Lo scopo dell’autoclave è la polimerizzazione e cottura di fibre e resine mediante processi termici. Non vengono cotte solo le scocche, bensì anche alettoni, carrozzerie, deflettori, elementi aerodinamici aggiuntivi, pannelli vari…

Gli ingegneri della Formula1 (anche se oggi questa tecnica è estesa a molte più categorie: DTM, rally, superturismo, campionati GT, campionati prototipi…) progettano e forniscono alle ditte specializzate tutti i disegni ed i calcoli inerenti la disposizone e gli intrecci delle fibre di carbonio e kevlar. Questo, oltre ad accrescere la specializzazione dei fornitori del servizio, permette ai team di ottenere telai e componentistica realizzata ad hoc per le proprie esigenze progettuali.

Alcune squadre non affidano a terzi questo compito e decidono di produrre in casa tali componenti e testando metodi che poi resteranno segreti. Un’autoclave che riesce ad adempire a tali compiti, oggi, può costare cifre che si aggirano intorno ad alcune centinaia di migliaia d’euro. Una spesa tuttosommato sostenibile da grandi costruttori. Per chi, come me, non può acquistare una propria autoclave per la realizzazione di una determinata componentistica (di cui parlerò meglio in seguito) esistono particolari ditte che offrono esclusivamente il servizio di “cottura”. Su grandi volumi di produzione risulta senz’altro un metodo poco conveniente, ma per chi “sperimenta” o produce una “serie limitata” può essere una soluzione interessante.

Un’autoclave è composta da un recipiente in acciaio che può avere un diametro utile fino a 3 metri (nel caso di realizzazioni di tipo automobilistico) ed una lunghezza utile fino a 4,5 metri. Si possono raggiungere valori di temperatura e pressione simili a quelli di un pianeta inospitale come Marte. La pressione può raggiungere gli 8 bar e la temperatura può superare i 200°C. Esistono inoltre aziende in grado di produrre particolari autoclavi sulle specifiche richieste del cliente ma si tratta di un’opzione assai rara.

Stranamente la temperatura non viene innalzata sfruttando la corrente elettrica (e ne ignoro il motivo) bensì con l’ausilio di una particolare batteria posta all’interno dell’autoclave ed alimentata da olio diametrico. Una ventola di dimensioni assai generose provvede a distribuire il calore in maniera omogenea. Nella fase che prevede il raffreddamento del contenuto un’altra particolare batteria provvede ad alimentare questo processo.

Link correlati

Intro
Riscaldamento
Mantenimento
Raffreddamento
Vuoto
Proprietà di alcune fibre e matrici polimeriche
Curiosità: La prima Autoclave della Ferrari
Autoclave e tecnica
Processo di “cottura” delle prime Ferrari con telaio in carbonio

Schema autoclave

Proprietà di alcune fibre e matrici polimeriche

Rubrica: Che cos’è un’autoclave?

Titolo o argomento: Proprietà di fibre e matrici polimeriche per l’autoclave

Nella tabella di seguito troviamo interessanti dati circa le “Fibre” e le “Matrici” attualmente impiegate dall’industria per la realizzazione di materiali compositi. Tali materiali, una volta dosati, vengono per così dire “cotti” all’interno di un’autoclave secondo i metodi esplicati nei precedenti articoli di questa rubrica. (Digita Autoclave all’interno della casella di ricerca in alto a destra) .

L’impiego di tali materiali spazia nei più disparati settori. Si va dall’Aeronautico-Aerospaziale per il quale si realizzano: parti di ali e code, fusoliere, antenne, pale di elicottero, carrelli di atterraggio, sedili, pavimenti, pannelli interni, serbatoi, involucri esterni… Passando per il settore automobilistico: parti di carrozzeria, cabine per camion, spoilers, quadri comandi, paraurti, organi di trasmissione, ingranaggi, cuscinetti… Spaziando poi nel mondo Navale-Marino con: scafi, ponti, alberi, vele, profili strutturali, sagole di salvataggio, boe, protezioni per motori, pannelli interni… Non è da meno il settore edile nel quale trovano largo impiego di materiali composii: passerelle e ponti per traffico leggero, condotte sotterranee, recinzioni, profili strutturali, corrimano, ringhiere, grondaie, profili per finestre, elementi di rinforzo e recupero edilizio… Ottimo l’abbinamento anche tra lo sport ed i materiali compositi nel quale se ne fa un grande uso per la realizzazione di: mazze da golf, racchette da tennis, elmetti protettivi, sci, tavole da surf, snow board, archi e frecce, biciclette, canne da pesca, canoe, piscine, componenti per caravan roulottes…

Link correlati

Intro
Riscaldamento
Mantenimento
Raffreddamento
Vuoto
Proprietà di alcune fibre e matrici polimeriche
Curiosità: La prima Autoclave della Ferrari
Autoclave e tecnica
Processo di “cottura” delle prime Ferrari con telaio in carbonio

Proprietà di alcune fibre e matrici polimeriche

Il vuoto nell’Autoclave

Rubrica: Che cos’è un’autoclave?

Titolo o argomento: Il vuoto

L’impianto del vuoto è necessario in un Autoclave perchè permette l’estrazione dei residui d’aria che rimangono imprigionati nella fase di assemblaggio del manufatto. Inutile stare a sottolineare cosa accadrebbe ad un telaio in carbonio se avesse delle imperfezioni strutturali nelle quali vi sono bolle d’aria…

Tale impianto è costituito da una stazione di vuoto, da un serbatoio dove si controlla il ciclo, dai collettori di collegamento con le relative valvole e dalle prese del vuoto all’interno dell’autoclave. Ed è proprio a tali prese che vengono collegate le sacche contenenti i manufatti. Nel remoto caso che una di queste sacche si rompa, il sistema riesce a porre rimedio creando il vuoto comunque. Ovviamente i gas che vengono estratti in fase di vuoto, non vengono rilasciati nell’aria ma intrappolati in un apposito impianto.

Nell’immagine in basso lo schema tecnico di un’autoclave per legnami. Forse siamo troppo abituati a pensare che l’autoclave occorra solo per realizzare i telai in carbonio delle formula 1. In un’autoclave per legnami, quando entra in funzione l’impianto del vuoto, si riesce a far entrare nel legno sostanze protettive (per effetto della depressione che si viene a creare).

Link correlati

Intro
Riscaldamento
Mantenimento
Raffreddamento
Vuoto
Proprietà di alcune fibre e matrici polimeriche
Curiosità: La prima Autoclave della Ferrari
Autoclave e tecnica
Processo di “cottura” delle prime Ferrari con telaio in carbonio

schema-tecnico-autoclave.jpg

A. Un’autoclave è in grado di resistere ad un vuoto di 700 mmHg e ad una pressione di 12 atmosfere.  B. Vasca di contenimento soluzione impregnante. C. Vasca più piccola per la preparazione della soluzione impregnante. D. Pompa del vuoto. E. Pompa alta pressione. F. Quadro elettrico interfacciato al computer. G. Seconda autoclave posta superiormente negli impianti che lo permettono.

Autoclave: fase di raffreddamento

Rubrica: Che cos’è un’autoclave?

Titolo o argomento: Raffreddamento

Prosegue dall’articolo: Vedi i link correlati in basso

Arrivati a questo punto il composito contenuto all’interno dell’autoclave viene raffreddato mediante un sistema particolare suddiviso in due fasi. Cò permette di rispettare i gradienti impostati ed evitare brusche diminuzioni di temperatura.

1° FASE

Si apre la valvola modulante che controlla la circolazione dell’acqua di raffreddamento all’interno dello scambiatore. L’aria a bassa temperatura che si ottiene viene utilizzata per raffreddare il manufatto. In questo frangente la pressione è mantenuta costante.

2° FASE

Raggiunta la temperatura finale di raffreddamento viene scaricato il fluido in precedenza adottato per “pressurizzare” l’autoclave (aria e azoto). Questa operazione viene condotta in tempi sufficientemente lunghi da non stressare il composito appena polimerizzato.

Link correlati

Intro
Riscaldamento
Mantenimento
Raffreddamento
Vuoto
Proprietà di alcune fibre e matrici polimeriche
Curiosità: La prima Autoclave della Ferrari
Autoclave e tecnica
Processo di “cottura” delle prime Ferrari con telaio in carbonio

 telaio_carbonio_autoclave.jpg

Autoclave: fase di mantenimento

Rubrica: Che cos’è un’autoclave?

Titolo o argomento: Fase di mantenimento

Prosegue dall’articolo: Vedi i link correlati in basso

Per mantenimento si intende l’arco di tempo durante il quale temperatura e pressione all’interno dell’autoclave ed il vuoto all’interno delle sacche contenenti il manufatto, vengono mantenuti costanti.

La temperatura raggiunta e mantenuta costante all’interno dell’Autoclave, viene regolata in base ai parametri indicati nelle specifiche tecniche di ogni tipo di resina utilizzata.

Un sofisticato sistema di raffreddamento provvede a correggere la tendenza della temperatura a salire durante la reazione chimica esotermica della resina.

Link correlati

Intro
Riscaldamento
Mantenimento
Raffreddamento
Vuoto
Proprietà di alcune fibre e matrici polimeriche
Curiosità: La prima Autoclave della Ferrari
Autoclave e tecnica
Processo di “cottura” delle prime Ferrari con telaio in carbonio

autoclave_500px.jpg

Autoclave: fase di riscaldamento

Rubrica: Che cos’è un’autoclave?

Titolo o argomento: Riscaldamento

Prosegue dall’articolo: Vedi i link correlati in basso

Quando il componente che abbiamo realizzato con la fibra di carbonio è stato modellato ed opportunamente impregnato di resina*, procederemo ad inserirlo nell’autoclave per la fase di riscaldamento. Prima di essere inserito verrà imballato in apposite sacche sigillate.

La temperatura verrà alzata con un gradiente proporzionale allo spessore del pezzo ed al numero di pezzi che abbiamo inserito nell’autoclave.

Si prosegue con la pressurizzazione. Il pezzo da realizzare viene protetto e sigillato in apposite sacche, dopodiché verrà mantenuto sotto vuoto spinto per favorire l’uscita dell’aria rimasta imprigionata tra gli strati di tessuto e resina in fase di assemblaggio.

La trasmissione di calore non avviene in modo diretto, bensì tramite lo scambio dell’aria fatta circolare all’interno dell’autoclave.

Il tempo che occorre per raggiungere la massima temperatura del ciclo è stabilito dallo spessore e dalla quantità di resine adottate. Per controllare l’efficacia di questo ciclo produttivo si è soliti utilizzare dei “pezzi campione” che hanno le stesse caratteristiche del pezzo che andiamo a realizzare ma sono muniti di sonde per il rilevamento dati.

Qualora lo spessore del pezzo superi i 10mm è consigliabile effettuare delle soste durante il riscaldamento per uniformare la temperatura su tutto il corpo del pezzo da realizzare.

*I fornitori di materiale professionale vendono la fibra già imbevuta che va solo modellata sullo stampo.

Link correlati

Intro
Riscaldamento
Mantenimento
Raffreddamento
Vuoto
Proprietà di alcune fibre e matrici polimeriche
Curiosità: La prima Autoclave della Ferrari
Autoclave e tecnica
Processo di “cottura” delle prime Ferrari con telaio in carbonio

telaio_supercar_inautoclave_web.jpg

Introduzione all’uso dell’Autoclave

Rubrica: Che cos’è un’autoclave?

Titolo o argomento: Conoscere l’autoclave

Possiamo definire le autoclavi come delle vere e proprie camere iperbariche. Nell’ingegneria che si interessa di materiali, meccanica e del settore motoristico sono fondamentali per produrre organi, componenti o intere parti strutturali di vetture da corsa e non solo…

Sebbene la fibra di carbonio venga modellata al di fuori delle Autoclavi, il passaggio all’interno di queste camere iperbariche è d’obbligo per far polimerizzare la resina che il tecnico provvederà ad applicare manualmente, in fase di modellazione, o della quale la fibra stessa sarà già provvista. La resina polimerizza nel momento in cui l’autoclave inizia a fornirgli il calore necessario per la trasformazione chimica.

L’uso dell’Autoclave conferisce una resistenza del 30% maggiore rispetto a tutti gli altri processi di polimerizzazione. In essa vengono controllate la temperatura, la pressione e il vuoto. Tramite uno speciale sistema di riciclo dell’aria, composto da ventilatore e apposite canalizzazioni, si ottiene l’omogeneità della temperatura.

È possibile riscaldare l’autoclave anche  per mezzo di una batteria elettrica opportunamente dimensionata. La temperatura è controllata in fase di riscaldamento, mantenimento e raffreddamento. I gradienti di riscaldamento/raffreddamento sono stabiliti a seconda delle specifiche richieste dal cliente. La pressione viene regolata in fase di pressurizzazione, mantenimento e scarico per mezzo di valvole pneumatiche modulanti che, gestite dal sistema di controllo, lasciano entrare o uscire l’aria/azoto necessari al ciclo.

Link correlati

Intro
Riscaldamento
Mantenimento
Raffreddamento
Vuoto
Proprietà di alcune fibre e matrici polimeriche
Curiosità: La prima Autoclave della Ferrari
Autoclave e tecnica
Processo di “cottura” delle prime Ferrari con telaio in carbonio

atrcars_autoclave_web.jpg

Autoclavi dell’azienda ATR Group che attualmente sta passando un momento difficile. Speriamo si risollevi presto dalla crisi.