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PORTALE DELLA DIDATTICA

Materiali per la fabbricazione additiva

01RKHNE

A.A. 2020/21

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
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Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/22 8 F - Altre (art. 10, comma 1, lettera f) Altre conoscenze utili per l'inserimento nel mondo del lavoro
2019/20
L’insegnamento si propone di fornire le conoscenze inerenti alle famiglie di materiali utilizzabili e sviluppabili con le tecnologie additive. A partire dalle conoscenze di base sui materiali, acquisite dagli studenti nei corsi di base, l’insegnamento fornirà le nozioni necessarie ad ottimizzarne l’utilizzo mediante le tecnologie additive, con specifico riferimento ai criteri di Design nelle diverse applicazioni. Nello specifico vengono analizzati: 1) i materiali polimerici, termoplastici e termoindurenti, ed i relativi compositi; 2) i materiali metallici ad elevato valore aggiunto ed i relativi compositi; 3) i materiali ceramici ed i relativi compositi; 4) i materiali funzionali. Per ogni classe di materiali si analizzano: 1) la produzione delle materie prime; 2) l’effetto del processo sul materiale; 3) la microstruttura e le proprietà dei materiali prodotti; 4) i criteri per l’ottimizzazione dei parametri di design; 5) la propensione al riciclo ed al riutilizzo delle materie prime nell’ottica di un’analisi LCA del processo.
The subject aims to provide the student with knowledge concerning materials suitable and developable through additive manufacturing technologies. Starting from the engineering background about materials acquired in the previous modules, this subject provides the basic understanding of materials for additive manufacturing to optimize their exploitation by using these innovative technologies, also considering the design requirements of different applications. In particular, the subject concern: 1) thermoset and thermoplastic polymeric materials, and their composites; 2) advanced metallic materials and their composites; 3) ceramic materials and their composites; 4) functional materials. For each of the above-mentioned material kinds we will analyze: 1) Starting materials production; 2) Process effect on material characteristics; 3) Microstructures and properties of the produced parts; 4) Criteria for optimization of design parameters; 5) Capability of starting materials recycle and reuse in view of a LCA analysis of the process.
Conoscenza delle peculiarità delle proprietà dei materiali prodotti attraverso le tecnologie additive. Comprensione dei principi che permettono di ottimizzare il design del materiale all’interno delle macchine di Additive Manufacturing. Ottimizzazione delle proprietà meccaniche e selezione della migliore accoppiata materiale/tecnologia in funzione dei componenti da formare. Comprensione dei meccanismi che regolano i processi di post processing per l’ottimizzazione dei materiali.
Knowledge of specific properties of materials produced by additive manufacturing technologies. Understanding of basic principles to optimize material design in additive manufacturing processes. Strategies for optimization of mechanical properties and selection of the best material/technology choice on the basis of the final component. Knowledge of mechanisms able to control post-processing treatments for material optimization.
Conoscenze di base di fisica, chimica, scienza e tecnologia dei materiali/tecnologia dei materiali metallici.
The student is required to have a robust, basic knowledge on Chemistry, Physics, Material Science and Technology, Technology of Metallic Materials.
Ripasso delle principali nozioni di polimerizzazione: termoplastici e termoindurenti. (2h) Le tecnologie SLS e FDM ed i materiali termoplastici: materie prime, modifiche lungo il processo, proprietà materiale. Riutilizzo del materiale non formato. Trattamenti di finitura e ottimizzazione proprietà. (6h) I compositi a matrice polimerica e le tecnologie additive: le vie per processare i compositi, principali materiali utilizzati, proprietà. (4h) La stereolitografia e i materiali termoindurenti: dettagli del processo di fotopolimerizzazione, materiali processabili per stereolitografia, proprietà e limiti. (6h) Materiali funzionali: il processo stereolitografico nella modifica dei polimeri, i compositi conduttivi e l’FDM. (2h) Ripasso sui diagrammi di stato (2h) Le polveri metalliche come materie prime: tipologie, qualità delle polveri, tecnologie produttive e correlazione con la qualità. Il tema del riciclo delle polveri, problematiche correlate all’EBM ed al SLM. (6h) Introduzione all’additive manufacturing per il metallo: correlazione tra materiali utilizzabili e relative tecnologie. Problematiche nell’utilizzo delle leghe complesse e delle leghe non saldabili. (4h) Leghe di Alluminio e additive manufacturing: problematiche specifiche nella gestione delle polveri, tecnologie di processo e leghe utilizzabili. Proprietà e trattamenti termici per l’ottimizzazione dei parametri di design. (6h) Leghe di Titanio ed intermetallici per additive manufacturing: problematiche specifiche nella gestione delle polveri, tecnologie di processo e leghe utilizzabili. Proprietà e trattamenti termici per l’ottimizzazione dei parametri di design. Cenni di applicazioni biomedicali. (6h) Le superleghe a base Nichel e Cobalto per additive manufacturing: problematiche specifiche nella gestione delle polveri, tecnologie di processo e leghe utilizzabili. Proprietà e trattamenti termici per l’ottimizzazione dei parametri di design. (6h) I compositi a matrice metallica e l’additive manufacturing: tecniche in situ ed ex situ per la produzione di compositi. Principali caratteristiche e proprietà. (4h) I metalli speciali e l’additive manufaturing: Cenni di metalli refrattari, Rame, leghe di Rame, leghe di Magnesio. (2h) I materiali ceramici: breve ripasso di processi tradizionali di formatura e di proprietà materiale. (2h) I materiali ceramici ossidici e l’SLM: l’allumina e la Zirconia. Metodi produttivi e proprietà materiale. Caratteristiche dei componenti ceramici prodotti per additive manufacturing e trattamenti termici. (6h) I materiali ceramici ossidici e le tecnologie FDM e SLS: l’utilità dei binders, il problema del ritiro. Proprietà materiale e trattamenti termici. (6h) I materiali ceramici, l’utilizzo dei preceramici: natura e tipologia dei polimeri preceramici, processi di ceramizzazione, caratteristiche e proprietà dei componenti ceramici. (6h) I materiali ceramici non ossidici: processi SLM e EBM nella processatura dei materiali ceramici non ossidici, proprietà materiale e trattamenti termici. (4h)
Basic knowledge of polymerization mechanisms: thermoset and thermoplastic polymers. (2h) SLS and FDM technologies for thermoplastics: starting materials, modification during processing, material properties. Material reuse. Finishing treatments and property optimization of the final components. (6h) Polymer matrix composites and additive manufacturing: possible processing routes, employed materials and main properties. (4h) SLA and thermoset polymers: photopolymerization process, suitable materials, main properties and drawback. (6h) Functional materials: stereolithography for polymer modification, conductive composites and FDM. (2h) Basic knowledge of phase diagrams. (2h) Metallic powders as starting materials: typologies, quality parameters, production methods and quality control. Powder recycle: EBM and SLM case studies. (6h) Introduction to additive manufacturing for metals: correlations between suitable materials and related technologies. Processing of complex or not weldable alloys. (4h) Aluminum alloys and additive manufacturing: difficulties in powder management, processing technologies, suitable materials. Properties and heat treatments for optimization of design parameters. (6h) Titanium alloys and additive manufacturing: difficulties in powder management, processing technologies, suitable materials. Properties and heat treatments for optimization of design parameters. Examples of biomedical applications. (6h) Ni-based and Co-based super-alloys and additive manufacturing: difficulties in powder management, processing technologies, suitable materials. Properties and heat treatments for optimization of design parameters. (6h) Metal matrix composites and additive manufacturing: in situ and ex situ methods for their production. Main characteristics and properties. (4h) Special metals and additive manufacturing: applications related to refractory metals, Copper and its alloys, Magnesium alloys. (2h) Ceramic materials: basic knowledge of traditional forming methods and main material properties. (2h) Oxide ceramic materials and SLM: alumina and zirconia cases. Production methods and main material properties. Characteristics of ceramic parts produced through additive manufacturing and their thermal treatments. (6h) Oxide ceramic materials and FDM and SLS: binder exploitation and shrinkage control. Main material properties and thermal treatments. (6h) Ceramic materials and additive manufacturing through preceramic exploitation: type and nature of preceramic polymers, pyrolysis and ceramic formation processes, main characteristics and properties of ceramic components. (6h) Non oxide ceramic materials: SLM and EBM technologies for the processing of non oxide ceramics, main material properties and thermal treatments. (4h)
L'insegnamento prevede lezioni teoriche e pratiche sui diversi argomenti trattati.
The subject consists in theoretical lessons, supported by some pratical ones, focused on different topics.
L'apprendimento è basato principalmente sulle dispense distribuite dal docente (per alcune parti) e sugli appunti delle lezioni.
Technical reports on specific topics will be available.
Modalità di esame: prova scritta; prova orale facoltativa; elaborato scritto prodotto in gruppo;
L’esame verterà su tutti gli argomenti trattati a lezione e descritti nell’apposita sezione; consisterà in un esame scritto con domande aperte a risposta breve, ognuna con un punteggio massimo di 2 punti, da sostenere senza l’ausilio di materiali/testi/dispense/formulari. La durata orientativa della prova è di un'ora. L'elaborato scritto in gruppo verterà sull'analisi di casi studio da realizzare in additive manufacturing, con la definizione dei vincoli di progetto e la selezione delle soluzioni ottimali. L'elaborato scritto sarà valutato con un punteggio massimo di 12 punti. La prova scritta sarà valutata positiva con una votazione superiore a 18/30, con una votazione massima raggiungibile fino a 30L, includendo il voto dell'elaborato scritto e la prova orale facoltativa. La prova orale verterà su tutti gli argomenti trattati a lezione e descritti nell'apposita sezione.
Exam: written test; optional oral exam; group essay;
The exam consists in questions on topics presented, as described in the "Course topics" section. In the written examination, the student will have to shortly answer to several questions, each of which with a maximum score of 2, in order to witness his/her knowledge of all the contents of the subject. The written examination will last 1 hour. The report written by a students team will describe the analysis of case studies to produce through additive manufacturing, defining project requirements and selecting the best solutions. The report will be evaluatued with a maximum score of 12. The written examination can be considered sufficient with a total score of 18/30 and the maximum score is 30L, included the report evaluation and the optional oral examination. The oral examination consists in questions on topics presented, as described in the "Course topics" section.


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