ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
6-giu-2020
2019/2020
Negli ultimi anni, gli sforzi dei ricercatori sono stati sempre più orientati alla creazione
di meta-materiali. La classe di materiali in grado di eseguire in modo desiderato, prepianificato.
Un materiale che viene spesso coniato come materiale intelligente nell’uso
colloquiale, offrendo ai progettisti la piena discrezione di sfruttare le proprietà meccaniche.
Ciò può essere ottenuto configurando la microstruttura del materiale.
Il mondo sta vedendo diverse possibilità di lavorare e impiegare materiali in pratica.
Il termine meta-materiale si è mescolato abbastanza bene negli ultimi tempi.
L’esplorazione sul campo è ancora nuova e vede una strada infinita per l’improvvisazione.
Mentre il loro impiego si trova in strutture e applicazioni biomediche, il loro uso nell’
automotive sembra ancora un futuro lontano. Al fine di colmare il divario, questo studio
presenta una nuova possibilità di utilizzare tale metamateriale nel settore automobilistico.
Nel presente lavoro, è stata studiata la microstruttura a nido d’ape basata su PLA.
I favi sono derivati dalla natura e gli studi suggeriscono che le cose esistono nella loro
migliore forma stabile. Quindi, la microstruttura sartoriale di questo tipo ha il potenziale
di produrre risultati meravigliosi. I favi sono grandi nell’assorbire energia nella
loro direzione longitudinale; modificare i parametri di una cella a nido d’ape per essere
in grado di assorbire più energia pur essendo nel regime elastico per avere una
natura di ritorno è ciò che ha studiato nel lavoro. Ciò consentirà ai componenti (pannelli
esterni del corpo) di assorbire più energia mantenendo la loro forma originale
senza danni permanenti alla struttura. La caratteristica di assorbire energia più elevata
può aiutare notevolmente a favorire anche la sicurezza dei passeggeri, che è senza
dubbio la massima importanza.
La sicurezza è una preoccupazione sempre crescente per ogni settore negli ultimi
tempi. Essendo l’industria automobilistica piuttosto significativa, ha lavorato per migliorare
il gioco sulla sicurezza. Questo lavoro suggerisce come l’incorporazione di metamateriali
fabbricati con additivi a base di polimeri leggeri possa contribuire a rendere
le automobili presenti prive di ammaccature e anche più sicure. Inoltre, le strutture
leggere dimostrano di ridurre l’impronta di carbonio e il materiale PLA è nuovamente
biodegradabile. Questo studio, tuttavia, si concentra sull’ottimizzazione parametrica
di una microstruttura a nido d’ape per essere in grado di assorbire energia specifica
più elevata in metamateriale dominato dalla flessione che può mantenere la sua forma
originale pur essendo in grado di assorbire energia più elevata. Questo ritorno alla sua
formaoriginale non dovrebbe comportare alcun costo per l’azione esterna ed è proprio
qui che questa tesi colma il divario dell’attuale tendenza in cui i materiali intelligenti
presenti nel settore richiedono un’azione esterna, sia essa calore o qualsiasi altra cosa
per riguadagnare il loro forma originale non deformata.
In recent years, researchers’ efforts have been increasingly directed towards creating
meta-materials. The class of materials that can perform in a desired, pre-planned
manner. A material which is often coined as smart material in colloquial use, giving
designers full discretion to exploit effective mechanical properties. This is achieved by
configuring the microstructure of the material.
The world is seeing different possibilities to work and employ materials in practice.
The term meta-material has blended in quite well in recent times. The exploration in
the field is still novel and sees an infinite road for improvisation. While their presence
is seen in structures and biomedical applications, their use in automotive still seems
a distant future. To fill the gap, this study presents a new possibility of the use of a
meta-material in the field of automotive.
In the present work, PLA based honeycomb microstructure has been investigated.
Honeycombs are derived from nature and studies suggest that matter exists in its stable
form in mother nature. Hence, tailoring microstructure derived from nature has
the potential of yielding marvelous results. Honeycombs are great in absorbing energy
along their longitudinal direction; changing parameters of a honeycomb cell to
be able to absorb more energy staying in the elastic regime of base material to have
spring-back nature is investigated in the work. Doing so will enable the components
(outer body panels) for a car to absorb more energy with no permanent damages to the
structure. The characteristic of absorbing higher energy can greatly help in aiding the
safety of passengers, the utmost importance today. Safety is an ever-growing concern
for the industry lately. Automotive is a vast industry that has been working on upping
the game on safety.
This study is the first step in understanding how using lightweight polymer-based
additive-manufactured meta-material can contribute to making present cars dent-free
and safer. Furthermore, lightweight structures reduce the carbon-footprint, and polylactide
(PLA) is a bio-degradable natural polymer. This study, however, focuses on
parametric optimization of a honeycomb microstructure to be able to absorb higher
specific energy in bending-dominated meta-materialwhich can retain its original shape
while being able to absorb higher energy. This springing back to its original shape
should come at no-cost of external action and this is exactly where this thesis bridges
the gap of the current trendwhere smart materials present in the industry require some
external action, be it heat or whatever to regain their original undeformed shape.