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Tecnologie out of autoclave per lo sviluppo di strutture innovative in composito per diversi settori industriali

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L’industria dei compositi si sta rivolgendo sempre più alle tecnologie “Out-of-Autoclave, OoA” al fine di dare una risposta all’incremento dell’utilizzo dei compositi previsto per i prossimi anni. Questo trend, che riguarda diversi settori industriali, richiede lo sviluppo di nuove metodologie per la produzione “cost effective” di componenti in composito ad elevate prestazioni.
Il processo di cura in autoclave è il più utilizzato per la produzione di componenti strutturali in materiale composito. Questa tecnologia ha dei limiti, quali gli elevati tempi ciclo e costi iniziali e ricorrenti di processo, che hanno portato molti ricercatori e industrie a considerare differenti tecnologie Out-of-Autoclave (OoA). Per questo motivo negli ultimi anni sono state sviluppate diverse tecnologie in sostituzione a quelle dell’autoclave da parte di ricercatori e personale tecnico delle aziende. Anche se vi sono numerosi esempi dell’utilizzo di queste tecnologie sia a livello industriale che su scala di laboratorio, ciò che manca sono delle metodologie consolidate per l’ottimizzazione del rapporto prestazioni/costi dei componenti in composito strutturale. Infatti mentre la tecnologia dell’autoclave è molto versatile e può essere applicata per un vasto campo di materiali, forme, applicazioni, a patto di definire in modo appropriato i cicli di cura, la geometria degli stampi e le fasi di laminazione, le tecnologie OoA spesso rivestono una possibilità di successo ciascuna per un campo più ristretto di applicazioni.
Nella figura seguente si riportano le tecnologie OoA sulle quali il Cetma ha condotto negli ultimi anni importanti attività di ricerca e sviluppo. Le attività di R&D di Cetma hanno avuto l’obiettivo di sviluppare tali tecnologie per diversi settori industriali, in modo da realizzare strutture in composito ottimizzate in relazione al contesto applicativo finale.

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Tecnologie out of autoclave per lo sviluppo di strutture innovative in composito per diversi settori industriali

  1. 1. Tecnologie Out of Autoclave per lo sviluppo di strutture innovative in composito per diversi settori industriali 09/05/2017 © CETMA. Confidential. All rights reserved. 1 CETMA Engineering, Design & Materials Technologies Centre Silvio Pappadà, Ph.D. Technologies and Processes Area Manager Materials and Structures Technology Department s.s. 7 Appia Km 706+030 - 72100 Brindisi – ITALY c/o Cittadella della Ricerca phone: +39 (0)831 449.413 , mobile: +39 3289584396
  2. 2. 09/05/2017 © CETMA. Confidential. All rights reserved. 2 09/05/2017 2 CETMA è un’organizzazione di Ricerca e Tecnologia (RTO). E’ un consorzio senza scopo di lucro, fondato nel 1994 da ENEA con lo scopo di rafforzare il sistema di innovazione. 90 risorse: Ricercatori, tecnologi, designers & innovation managers COMPETENZE • Ingegneria dei materiali • Ingegneria Informatica • Industrial design Uno tra i più grandi centri di ricerca italiani non collegato direttamente ad una grande impresa
  3. 3. 09/05/2017 © CETMA. Confidential. All rights reserved. 3 Fatti e numeri 09/05/2017 3 S.S. 7 Appia – Km 706+030 – 72100 Brindisi c/o - Cittadella della Ricerca Addetti: Ricercatori, ingegneri, designer & innovation manager Uffici e laboratori estesi per oltre 5.000m2 - Laboratorio di Tecnologie dei Materiali - CETMA Virtual Reality Center - Laboratorio di Prototipazione Rapida ed Ergonomia 93
  4. 4. Divisione MAST 09/05/2017 © CETMA. Confidential. All rights reserved. 4 ATTREZZATURE PROCESSI MATERIALI ▪ Materiali polimerici e compositi ▪ Riciclo dei materiali ▪ Processi di trasformazione ▪ Progettazione di materiali e componenti ▪ Metodi di caratterizzazione ▪ Modellistica e simulazione di materiali/componenti/processi ▪ Servizi REACH e CLP per le imprese ▪ Caratterizzazione meccanica, termica e chimico-fisica ▪ Prove e controlli non distruttivi ▪ Test su componenti small/full scale ▪ Esposizione a cicli termici con controllo dell’umidità
  5. 5. 09/05/2017 © CETMA. Confidential. All rights reserved. 5 Know-how e competenze Progetti di ricerca indipendente Attività di consulenza per i nostri clienti
  6. 6. 09/05/2017 © CETMA. Confidential. All rights reserved. 6 La pressante richiesta di nuovi componenti strutturali per diversi settori industriali, tra cui il settore dei trasporti in primis, comporta necessariamente lo sviluppo di nuove tecnologie in grado di garantire elevati volumi di produzione fermo restando i requisiti strutturali e di rigidezza. Elevati volumi di produzione Ottimizzazione performances IntegrabilitàRiduzione dei costi Ottimizzazione del processo Inoltre è di fondamentale importanza lo sviluppo di nuovi processi produttivi che permettano l’introduzione di materiali biocompatibili (materiali con resine bio e rinforzati con resine provenienti da materie prime rinnovabili)
  7. 7. 09/05/2017 © CETMA. Confidential. All rights reserved. 7 Attualmente la quasi totalità dei componenti strutturali per l’aereonautica è realizzata in autoclave Il processo di cura dei compositi in autoclave comporta poche fasi fondamentali: • Laminazione del pre-impregnato (resina più fibra) e preparazione del sacco; • Cura del pre-impregnato (applicazione di pressione e temperatura); • Raffreddamento e de-moulding del pezzo. Il tempo di realizzazione di un componente in composito con tecnologia autoclave è legato al tempo di cura del pre-impregnato
  8. 8. 09/05/2017 © CETMA. Confidential. All rights reserved. 8 Caratteristiche fondamentali processo autoclave Possibilità di ottenere forme complesse Performances Controllo di processo Costi Volumi di produzione Uno dei principali obiettivi della ricerca nel settore aereonautico e dei trasporti è quello di sviluppare nuove tecnologie «out of autoclave» in grado di superare gli svantaggi della tecnologia autoclave Le nuove tecnologie sviluppate devono garantire gli stessi requisiti strutturali e di sicurezza dell’autoclave, con tempi e costi di produzione ridotti. Ciò è possibile solo se lo sviluppo dei nuovi processi è ottenuto con metodologie di progettazione solide e all’avanguardia.
  9. 9. 09/05/2017 © CETMA. Confidential. All rights reserved. 9 Out of autoclave technologies Advanced liquid moulding technologies (hybrid RTM and SQRTM) Induction welding of thermoplastic and thermoset composites Compression moulding of thermoplastic composites and thermoset composites (PCM) Vacuum bag of out of autoclave prepregs Sheet moulding compound Bladder Moulding Fiber placement and tape winding Autoclave Processing of recycled fibers
  10. 10. 09/05/2017 © CETMA. Confidential. All rights reserved. 10 Material models Controls Automation FEM tool Testing & Validation Prototypes …CETMA holistic approach… Advanced Methodologies Business models Equipment
  11. 11. 09/05/2017 © CETMA. Confidential. All rights reserved. 11 Material models Controls FEM tool
  12. 12. AUGUSTA WESTLAND 2012 09/05/2017 © CETMA. Confidential. All rights reserved. 12 Componente Aeronautico Processo: Resin Transfer Molding Materiale: Tessuto in carbonio e resina termoindurente RIB PER ELICOTTERI Foto©LucaRizzi Struttura a 0 difetti
  13. 13. SPIA PROJECT 2016 09/05/2017 © 2014-2016 CETMA. Confidential. All rights reserved. 13 Semilavorati Aeronautici Processo: Resin Transfer Molding Materiale: Pelli in composito C/epossidica – Core in schiuma di PET PANNELLI SANDWICH Foto©LucaRizzi Possibilità di realizzare strutture integrate
  14. 14. MECCANO PROJECT 2016 09/05/2017 © 2014-2016 CETMA. Confidential. All rights reserved. 14 Semilavorati Automotive Processo: Resin Transfer Moulding Materiale: Composito con fibra di carbonio da riciclo PANNELLI PER AUTO Foto©CETMA Possibilità di utilizzare materiali da riciclo
  15. 15. 09/05/2017 © CETMA. Confidential. All rights reserved. 15 MAC PROJECT 2016 Processo: Semi qualified Resin Transfer Molding Materiale: Pre-impregnati in composito STRUTTURE TUBOLARI IN COMPOSITO Semilavorati Settore Trasporti Possibilità di realizzare strutture a elevatissime prestazioni
  16. 16. 09/05/2017 © CETMA. Confidential. All rights reserved. 16 Material models
  17. 17. BASE PROTECTION 2016 09/05/2017 © CETMA. Confidential. All rights reserved. 17 Dispositivi di protezione individuale Processo: Stampaggio a compressione Materiale: Fibra di carbonio / resina termoindurente SMC PUNTALE IN FIBRA DI CARBONIO Foto©LucaRizzi Processi veloci e low-cost
  18. 18. INFN 2016 09/05/2017 © 2014-2016 CETMA. Confidential. All rights reserved. 18 Applicazioni Industriali Processo: Stampaggio a compressione Materiale: Prepreg Carbonio COMPONENTE PER RILEVATORE DI PARTICELLE MU2E Foto©LucaRizzi Strutture multifunzionali- ibride
  19. 19. CETMA COMPOSITES 2014 09/05/2017 © 2014-2016 CETMA. Confidential. All rights reserved. 19 Componenti Aeronautici Materiale: Composito in fibra di carbonio ELICHE PER DRONI Foto©CETMA
  20. 20. 09/05/2017 © CETMA. Confidential. All rights reserved. 20 Material models
  21. 21. The new induction welding machine is different from other induction welding machine since it is equipped with a controlled cooling system (PATENT) Optimal temperature distribution within the material! No edge effect! …a new way to join composites… Traditional Induction welding technology: Temperature distribution in a single lap joint CETMA continuous IW technology
  22. 22. ECO-FAIRS PROJECT 2014 09/05/2017 © 2014-2016 CETMA. Confidential. All rights reserved. 22 Componenti Aeronautici Processo: Stampaggio a compressione e saldatura ad induzione Materiale: Compositi a matrice termoplastica COMPONENTI AERONAUTCI Foto©LucaRizzi Strutture in termoplastico per il settore aeronautico
  23. 23. DEMA 2016 09/05/2017 © CETMA. Confidential. All rights reserved. 23 Componenti Aeronautici Processo: Stampaggio a compressione e saldatura ad induzione Materiale: Compositi a matrice termoplastica COMPONENTI AERONAUTCI Foto©LucaRizzi Strutture in termoplastico per il settore aeronautico
  24. 24. CETMA COMPOSITES 2014 09/05/2017 © CETMA. Confidential. All rights reserved. 24 Sport professionali Materiale: Composito in fibra di carbonio COMPONENTI PER LO SPORT Foto©CetmaComposites
  25. 25. 09/05/2017 © Confidential. All rights reserved. 25 TESSILE ABBIGLIAMENTO CALZATURIERO MEDICALEAGROALIMENTARE Settori ILLUMINAZIONE ARREDAMENTO NAUTICA PACKAGING EOLICO SAFETY BENI CULTURALI BENI STRUMENTALI AUTOMOTIVE AERONAUTICA SPORT EDILIZIA/INFRAS TRUTTURE
  26. 26. 09/05/2017 © CETMA. Confidential. All rights reserved. 26 Centro di Progettazione, Design & Tecnologie dei Materiali _____________________________________________________ Silvio Pappadà Head of Technologies and Processes Area s.s. 7 Appia Km 706+030 - 72100 Brindisi – ITALY c/o Cittadella della Ricerca tel: +39 0831 449.413 fax: +39 0831 449.120 Cell. +39 3289584396 silvio.pappada@cetma.it www.cetma.it

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