Filament Winding Tradizionale Fattori caratterizzanti la tecnica di avvolgimento: Il tipo di avvolgimento Il tipo di impregnazione Il mandrino Il sistema di tensionamento La macchina Il processo di polimerizzazione

Filament Winding: tipologia di avvolgimento Angolo di avvolgimento: angolo compreso tra la direzione dei filamenti e la tangente al meridiano del mandrino Avvolgimenti circonferenziale: angoli di circa 90º Avvolgimenti elicoidale: angoli compresi tra 20º e 85º Avvolgimenti polari: angoli compresi tra 0º e 20º

Filament Winding: tipologia di avvolgimento Progettazione degli avvolgimenti: allineare le fibre lungo la direzione in cui la struttura e’ maggiormente sollecitata  Gestione parametri di avvolgimento: (t); v(t)  /v N.B. La velocita’ di avvolgimento influenza la precisione di posizionamento (accuratezza con la quale vengono eseguite le traiettorie calcolate).

Filament Winding: tipologia di impregnazione Impregnazione tra fibre e matrice: Wet Winding & Dry Winding Wet Winding

Filament Winding: tipologia di impregnazione Wet Winding Tempi di preparazione minori Economico Difficoltà dosaggio resina Scarsa qualita’ dei prodotti Limitata vel. di produzione Dry Winding Elevata qualita’ dei prodotti Elevata velocita’ di produzione Automazione del processo Ampia tipologia di avvolgimenti realizzabili Elevati costi di produzione Elevati costi di immagazzinamento

Filament Winding: tipologia di mandrino Mandrino (Tamb o Riscaldato): elemento sul quale vengono deposte le fibre con un determinato grado di tensionamento. M. Rimovibile: cioè viene estratto o sciolto dal composito, M. Fisso: nel caso in cui rimanga parte integrante del pezzo. Materiali: Sabbia Sali solubili in acqua Leghe metalliche basso-fondenti Materiali termoplastici Gonfiabili in gomma Metallici scomponibili Composito N.B.: Nel caso di mandrini rimovibili bisogna prevedere l’insorgere di tensioni residue.

Filament Winding: tipologia di mandrino Mandrino (rimovibile o fisso): elemento sul quale vengono deposte le fibre con un determinato grado di tensionamento. Caratteristiche: Elevata rigidezza strutturale Indeformabilita’: geometria componente Elevata resistenza al calore Peso limitato Bilanciamento dinamico del mandrino Coefficiente di espansione termica Ecologico, smaltimento Costo

Filament Winding: tensionamento delle fibre Tensione: parametro di processo che determina l’allineamento, ed in parte la compattazione  quindi la qualita’ e le proprieta’ meccaniche del componente. Frizione a dischi multipli a secco Sistema a cantra

Filament Winding: tensionamento delle fibre Grado di allineamento delle fibre. Le fibre vengono deposte secondo le direzioni pianificate in fase di progettazione, al fine di max il comportamento del componente in fase di esercizio. Lungo questa direzione possono essere più o meno “distese”, nel senso che possono presentare corrugamenti, ondulazioni, ecc., che possono essere dei difetti per il pezzo. L’aumento della tensione di deposizione della fibra, fa si che essa sia meglio distesa e quindi non dia questo tipo di conformazione al filamento. Grado di compattazione del materiale. Maggiore è il tensionamento, maggiore sarà la componente (a parita’ di raggio di curvatura dello stampo) che tende a schiacciare la fibra sul supporto, o sugli strati di fibre sottostanti durante l’avvolgimento: il risultato è quello di ridurre gli spazi vuoti che possono rimanere tra le fibre e di incrementare la densita’ del composito.

Tipologia di macchine Macchina ad asse orizzontale Macchina ad asse verticale

Polimerizzazione Modello meccanico: a causa della forza di compattazione radiale si genera un movimento non voluto delle fibre relative agli strati precedentemente deposti. L’obiettivo del M.M. e’ quello di determinare l’equazione del moto delle fibre nel composito e quindi conoscere: 1) la tensione locale del componente 2) la percentuale volumetrica fibre/matrice; 3) lo spessore locale del componente Modello termico e chimico: determinare la distribuzione di temperatura all’interno del composito in funzione della quale si caratterizzera’ il grado di polimerizzazione e la viscosita’ della resina fondamentali per il M.C.

Vantaggi Svantaggi - Stratificazione della fibra secondo traiettorie stabilite - Prodotti ad elevate caratteristiche meccaniche - Elevata velocità di stratificazione - Elevata ripetibilità produttiva - Elevata grado d’automazione - Elevato rapporto resistenza/peso Svantaggi - Realizzazione d’oggetti cavi assialsimmetrici - Limitato mix produttivo

Vantaggi - Stratificazione della fibra secondo traiettorie stabilite - Elevata velocità di stratificazione - Elevata grado d’automazione - Prodotti ad elevate caratteristiche meccaniche - Elevata ripetibilità produttiva - Elevata percentuale vol. fibre - Maggiori gradi di libertà - Realizzazione di geometrie complesse

Filament Winding: studio delle traiettorie di avvolgimento Traiettorie di tipo GEODETICHE: traiettorie, su superficie curve, che garantiscono la massima stabilita’ di avvolgimento. N.B.: Linee Geodetiche = linee lungo le quali risulta minima la distanza tra due punti sufficientemente vicini.  Una fibra tensionata e giacente su una linea geodetica si trova in una configurazione stabile (di minima energia) in quanto se viene spostata da questa posizione, essa deve necessariamente incrementare la sua lunghezza, e quindi si deve compiere lavoro contro la tensione applicata.

Filament Winding: avvolgimenti strutture assialsimmetriche Avvolgimento elicoidale: tratto cilindrico e calotte Avvolgimento circonferenziale: tratto cilindrico