Studio di un attuatore SMA ad elevate prestazioni

Lo scopo del lavoro di tesi riportato in questo documento è quello di progettare e realizzare un attuatore lineare ad alte prestazioni basato sulla tecnologia delle Leghe a Memoria di Forma (Shape Memory Alloy - SMA). Le caratteristiche uniche delle SMA (in particolare lo Shape Memory Effect) rendono questo materiale un trasduttore con elevatissime potenzialità, in particolare l’elevatissimo rapporto potenza/peso (e potenza/volume). L’altra faccia della medaglia però ci mostra un potenziale non del tutto sfruttabile, in quanto un attuatore lineare basato questi materiali non raggiunge deformazioni superiori all’8%. Sebbene, quindi, le forze attuabili siano altissime, un range di spostamento così ridotto rende questo materiale poco utilizzabile. L’obiettivo che ci siamo posti nel lavoro è quello di realizzare un meccanismo che aumenti la corsa delle SMA, cercando un compromesso tra i vantaggi offerti da questa lega (in termini di densità di potenza) e l’incremento di prestazioni. Nella prima parte del lavoro, è stato analizzato lo stato dell’arte per quanto concerne gli attuatori lineari: un lavoro di questo tipo non può prescindere dalla valutazione complessiva del settore tecnologico in cui ci inseriamo. È necessario quindi comprendere se e dove un lavoro di questo tipo può proporre una soluzione tecnologicamente vantaggiosa e non ridondante. Successivamente, dopo un breve richiamo teorico per quanto riguarda i principi alla base del comportamento termo-meccanico delle leghe a memoria di forma, sono stati elaborati i potenziali concept che offrono una concreta soluzione al problema, partendo dagli studi svolti sull’amplificazione del moto delle SMA. Scelto il meccanismo di riduzione più idoneo, si è svolta una progettazione specifica dello stesso, con una prima ottimizzazione del design di base. La prototipazione ha richiesto in primis la caratterizzazione – elettrica e meccanica – del filo di lega. In seguito si è svolta una progettazione specifica di dettaglio del prototipo, tenendo conto dei vincoli tecnologici e dei risultati delle prove svolte in precedenza. La caratterizzazione finale del sistema filo SMA + amplificatore si è svolta per punti, valutando staticamente punto a punto la forza generata dal meccanismo. Infine è riportata l’analisi dei risultati delle prove finali, dove si evidenziano la coerenza con il progetto teorico e alcune lacune dovute per lo più a limiti tecnologici di prototipazione. L’ultimo capitolo, riprendendo quanto analizzato nell’introduzione e nello stato dell’arte, ripropone quanto richiedeva il progetto e, alla luce dei risultati, evidenzia dove e come questa tesi abbia risposto alle richieste.