DOMANDE 1-3 Vantaggi e svantaggi di disporre di un materiale isotropo in tutti i sensi (meccanico, termico, ecc.)(pensando ad applicazioni di design)‏

Presentazione sul tema: "DOMANDE 1-3 Vantaggi e svantaggi di disporre di un materiale isotropo in tutti i sensi (meccanico, termico, ecc.)(pensando ad applicazioni di design)‏"— Transcript della presentazione:

1 DOMANDE 1-3 Vantaggi e svantaggi di disporre di un materiale isotropo in tutti i sensi (meccanico, termico, ecc.)(pensando ad applicazioni di design)‏ La natura, nella sua evoluzione, ha mostrato di prediligere la formazione di polimeri, in particolare disposti come fibre. Secondo voi, perché? Ci si può fidare dei valori indicati in una specifica su un materiale soggetto alla teoria di Weibull (per esempio, un materiale ceramico innovativo)? Come bisogna procedere?

2 DOMANDE 4-6 4. Guardando il diagramma dei materiali naturali, tra quello di sinistra (forza, cioè resistenza a rottura-densità) e quello di destra (modulo elastico-densità) quali classi di materiali cambiano posizione? E che cosa indica questo? 5. Si dice che solo i metalli conducono bene sia il calore sia l'elettricità: come si può vedere dalla loro posizione nel grafico? Quali sono i migliori metalli, come conduzione dell'elettricità, secondo il grafico? 6. Il primo diagramma che Ashby sviluppò, circa nel 1980, è quello dei materiali ingegnerizzati (prodotti dall'uomo) con sugli assi il modulo elastico e la densità. Perché secondo voi scelse proprio queste due variabili come più “importanti”?

3 DOMANDE 7-10 7. Devo scegliere se utilizzare per un prodotto un materiale “puro” (costituito, a meno di difetti, da una sola fase) ed un materiale ibrido (costituito da due o più fasi). Quali possono essere i vantaggi e svantaggi dell'uno e dell'altro. 8. Quali sono le differenze principali nell'impiegare come rinforzo di un composito una fibra “tradizionale” (vetro, carbonio, kevlar) od una fibra vegetale? 9. Quali possono essere i principali motivi per cui, producendo un laminato plastico, lo stampo non si riempie completamente? 10. Il fatto di voler produrre una serie limitata oppure invece un gran numero di pezzi dello stesso oggetto di design influenza la scelta del materiale e del processo di fabbricazione. Riflettere su questo concetto, pensando p.es. alla fabbricazione di un tavolo.

4 DOMANDE 11-13 11. Quali sono le difficoltà concrete che impongono alle industrie produttrici di polimeri biodegradabili di aggiungere una “carica” non polimerica al loro prodotto? Perché la natura non ha bisogno di introdurre nessuna “carica” di questo genere? 12. La giunzione è un punto di debolezza di ogni oggetto progettato: quali sono le strategie che si possono mettere in opera per ridurre o magari eliminare questa debolezza? 13. In che senso il costo per unità di peso di una categoria di oggetti è un limite per il design? Quali sono gli strumenti con cui è possibile ovviare a questo limite?

5 1: MATERIALE ISOTROPO Sollecitazioni Modellizzazione
Capita molto raramente che il materiale venga sollecitato in modo totalmente uniforme da tutte le direzioni (in pratica soltanto nel caso che debba reggere il suo proprio peso) Tuttavia può essere utile immaginare il materiale come isotropo ed omogeneo e da lì partire per modellizzare il comportamento del materiale così da valutare lo scostamento del materiale dall'”ideale” Modellizzazione Un materiale quasi-isotropo ha anche modeste variazioni nei valori di specifica e presenta quindi spesso una minore criticità, anche nel caso di applicazioni “inconsuete” (p.es. seduta in acciaio) Meno punti di criticità

6 2. STRUTTURE FIBRE NATURALI
Alternanza e/o sovrapposizione strutture lineari e ramificate Passaggio da microstrutture elicoidali a macrostrutture lineari Flessibilità dei polimeri Piante: cellulosa, amido (quindi polisaccaridi, originati dagli zuccheri)‏ Animali: proteine (quindi catene di amminoacidi)‏ Poche tipologie di polimeri Ogni specie, animale o vegerale, all'interno di un certo ambiente, produce polimeri leggermente diversi che consentono un perfetto adattamento, oltre che alle condizioni reali, anche all'adesivo naturale corrispondente. Nell'industria dei polimeri sintetici si cerca di seguire la strada completamente diversa, quella di avere un materiale chimicamente ripetibile (es. polipropilene isotattico) in modo da ottimizzare fusione e stampaggio Specificità/ adattabilità

7 3. MATERIALI PROBABILISTICI (WEIBULL)‏
Tenere presente le deviazioni nel comportamento del materiale, quindi non soltanto i valori assoluti, ma le loro variazioni (es. da produttore a produttore o a seconda della mescola) Specifiche Specifiche Coefficienti di sicurezza Compromesso tra costi e necessità dovute all'utilizzo specifico E' essenziale conoscere se il materiale serve per il riporto su un pezzo oppure per costruire l'intero componente, per parti critiche, ecc. Utilizzo La garanzia su un pezzo od un componente deve rispondere il più possibile alla probabilità (accettabile ovvero “ripagabile”) del pezzo di arrivare a rottura durante quel periodo

8 4. MATERIALI NATURALI I materiali ceramici naturali sono tra i migliori come modulo elastico, mentre vengono fortemente superati dalle fibre cellulosiche come resistenza a rottura. Questo suggerisce l'applicazione dei ceramici dove non sono prevedibili alte deformazioni, ma è richiesta elevata durezza.

9 5. CONDUZIONE METALLI Si vede chiaramente dal diagramma
come i ceramici conducono bene il calore, ma non l'elettricità, mentre le gomme ed i polimeri non conducono bene né l'uno né l'altra Le proprietà elettriche nei metalli non variano molto, mentre variano molto quelle termiche. Questo suggerisce che il rame adottato di solito per usi elettrici può essere in particolari casi sostituito per esempio dall'acciaio, ove si richiedano migliori proprietà di trafilatura.

10 6. MODULO ELASTICO – DENSITA'
I diagrammi modulo elastico-densità danno un'idea della resistenza meccanica specifica di un materiale, cioè di quanto si deformerà un oggetto di un dato peso, a seconda del materiale con cui è costruito. Questo è essenziale per capire se un oggetto per un certo utilizzo può essere realizzato con un certo materiale.

11 Proprietà “a richiesta”
7. IBRIDI Gli ibridi consentono di ottenere dei materiali con dei valori delle proprietà non ottenibili da singoli materiali (coprono i “vuoti” nei diagrammi di Ashby) Proprietà “a richiesta” (tailored)‏ Bisogna considerare che la tecnologia produttiva che funziona per un singolo materiale potrebbe non funzionare per degli ibridi (per esempio la resina con l'introduzione di fibre cambia profilo di viscosità) Maggiore complessità costruttiva L'interfaccia è sempre un punto di criticità per un materiale, in particoltare è essenziale avere un'interfaccia sufficientemente forte, mentre in natura è un problema che non si pone, perché, attraverso la struttura gerarchica, il funzionamento viene garantito con un'alternanza di zone resistenti e zone più deboli Presenza di interfacce (fisicamente disgiunte)‏ Compatibilità/rigetto

12 8. FIBRE SINTETICHE O FIBRE VEGETALI
Può essere reso costante nelle fibre sintetiche (sizing), mentre è variabile nelle fibre vegetali a seconda della modalità di estrazione e del trattamento adottato. Diametro Mentre nelle fibre sintetiche la lunghezza ottenibile è (almeno teoricamente) infinita, consentendo la creazione di bobine e nastri, nelle fibre vegetali la lunghezza è determinata da quella della pianta da cui la fibra è estratta. In tal modo funi sono ottenibili p.es., solo per intreccio di fibre relativamente corte, ed i processi basati sull'avvolgimento di bobine sono per ora esclusi. Lunghezza ottenibile Al di là dei vantaggi ambientali, i problemi elencati qui sopra si possono superare predisponendo delle geometrie di rinforzo alternative più “rispettose” della funzione strutturale delle fibre nella pianta. Geometrie “alternative”

13 9. RIEMPIMENTO STAMPO Viscosità Reologia Corretta progettazione
Dipende dal tipo di comportamento a quella certa temperatura del polimero utilizzato (o meglio della mescola di polimeri utilizzati) (modellizzabile come plastico, pseudoplastico, dilatante, ecc.) Viscosità Effetto del profilo di viscosità sullo scorrimento meccanico del fluido (eventualmente sulla pressione e portata necessarie per attuare il flusso) Reologia Sia dello stampo (linearità, corretto flusso) che del pezzo, in modo da evitare il più possibile zone di difficile riempimento, profili anomali che elevano la quantità di scarti ed il costo del prodotto. Corretta progettazione

14 10. SERIE LIMITATA O GRANDE SERIE (TAVOLO)
Possibilità anche di utilizzare materiali per getto o fusione e possibilità eventuale di rifinitura (p.es. superficiale) in caso di spessori non uniformi o difetti. Sovradimensionamento rispetto alle necessità meccaniche. Serie limitata Uso intensivo di processi di stampaggio con stampi spesso non “specifici”, ma tipicamente usati nella filiera. Impiego di incollaggi industriali per grandi superfici con applicazioni a spruzzo o simili. Coefficienti di sicurezza meccanica quanto bastano (es. gambe che reggono il tavolo solo nella posizione prevista, in caso di ribaltamento per estensione) Grande serie

15 11. POLIMERI BIODEGRADABILI INDUSTRIALI
I polmeri prodotti dall'amido (es. mais) o dai trigliceridi (es. soia) soffrono di una stagionalità nell'approvvigionamento. Una limitata e controllata stagionalità è utile a livello industriale, ma quando è eccessiva ha degli effetti nocivi sulla produzione. Stagionalità Differenti specie Differenti specie producono diversi tipi, p.es., di amido, per esempio con diversa dimensione dei granuli, questo richiede una “correzione” empirica delle mescole. Tra l'altro è proprio la differenza fra le specie che consiglia l'utilizzo di polimeri alternativi, come l'acido polilattico, di composizione nota, oppure di nanofibre batteriche, p.es. di cellulosa o poliesteri (PHA). “Intervento” chimico (empirico) La natura non ha bisogno di “cariche” per ottenere i polimeri, perché, attraverso la gerarchizzazione, “corregge” la composizione ”in corso d'opera”

16 12. GIUNZIONI Eliminarle? Selezione accurata Reversibilità
L'eliminazione delle giunzioni si può tradurre anche in un'eccessiva “rigidezza” del pezzo, anche in vista di un impiego multifunzionale. Si può tuttavia cercare di capire se le singole giunzionii, da analizzare una ad una, siano tutte necessarie per finalità non soltanto estetiche ed espressive. Eliminarle? Il metodo di giunzione deve essere collegato col materiale utilizzato (la natura utilizza giunzioni “progettate” sul materiale, nel nostro caso è necessario avere almeno giunzioni che possano funzionare sul materiale utilizzato (es., verificare che la lega si possa saldare, che l'adesivo sia efficace sui materiali scelti, l'effetto della contaminazione sulla giunzione, ecc.) Selezione accurata Qualunque sia la scelta della giunzione dev'essere possibile effettuare il disassemblaggio in tempi e modi ragionevoli (se necessario, anche fornendo istruzioni dettagliate, nel concetto che la fine vita appartiene integralmente alla progettazione dell'oggetto di design) Reversibilità

17 13. COSTO PER UNITA' DI PESO Di solito si è vincolati dal costo per unità di peso di quella classe di prodotti. Questo limite è aggirabile se si introducono p.es., nuove funzioni accessorie. In questo caso tuttavia bisogna verificare che il mercato, inteso sia nello spazio globale che nel tempo di vita del prodotto, sia in grado di recepire l'importanza della nuova funzione e che alla base ci sia la possibilità di rispondere ad una necessità reale, da comunicare efficacemente.

18 INDICAZIONI PER IL RIPASSO
Pensando al proprio progetto di design, esercitare una critica su alcuni aspetti cruciali, in particolare: Che materiali sono appropriati per produrre questo specifico oggetto di design, e perché? Collegare le proprie considerazioni con le proprietà richieste. Pensare all'oggetto durante il servizio e a fine vita: come rendere facile la sostituzione di pezzi o il disassemblaggio con opportune scelte di materiali, giunzioni, processi produttivi. Giustificare una presumibile collocazione in una certa “classe di prezzo” o di mercato, e riflettere su come offrire un particolare “valore aggiunto” all'oggetto.