Manifattura additiva : materiali e applicazioni per il settore ferroviario

The Master of Science thesis work aims to investigate the possibility of using additive manufacturing techniques as an aid to the production of components belonging to the industrial reality, in particular, to the railway sector. Specifically, the control cabin of a train has undergone significant changes over time, often of an ergonomic and functional nature, linked to the need to ensure greater comfort for the driver and optimize the activity of driving the rolling stock. S.P.I.I. SpA is one of the major creators and manufacturers of control desk, based in Saronno (VA), whose challenge, currently, is to implement additive manufacturing among the main production technologies of components that make up the railway bench. Thanks to their resources, it was possible to develop the following thesis, first carrying out an advanced search of the composite materials for 3D printing on the market, to define which of these had the qualities and the physical and mechanical properties dictated by the end use and, no less important, compliance with the European standard EN 45545- 2. To obtain further confirmation of the characteristics of the selected materials, they have been subjected to thermal and mechanical tests, so as to be able to observe the extent of the respective deformations. Finally, the study of the existing situation and the analysis of the materials was followed by a primary approach to design, called topological optimization, aimed at optimizing the shape of a handle through a structural optimization technique. This approach has ben used to better understand the possible use of additive manufacturing, both as a prototype technology and for production, and to provide insights for future design technique.

Il lavoro di tesi magistrale ha come finalità l’indagine della possibilità di impiego delle tecniche di manifattura additiva come aiuto alla produzione di componenti appartenenti alla realtà industriale, in particolare, al settore ferroviario. La cabina di comando di un treno, nello specifico, ha subìto nel tempo evoluzioni significative, spesso di carattere ergonomico e funzionale, legate all’esigenza di garantire un maggiore comfort al macchinista ed ottimizzarne l’attività di conduzione del mezzo rotabile. Tra i maggiori ideatori e produttori di banchi di manovra, si colloca la S.P.I.I. SpA, con sede in Saronno (VA), la cui sfida attuale è quella di implementare l’additive manufacturing tra le principali tecnologie di produzione di componenti che costituiscono il banco ferroviario. Grazie alle loro risorse, è stato possibile sviluppare la seguente tesi, effettuando dapprima una ricerca avanzata dei materiali compositi per stampa 3D presenti sul mercato, per definire quali di questi avessero le qualità e le proprietà fisiche e meccaniche dettate dall’utilizzo finale e, non meno importante, la conformità con lo standard europeo EN 45545-2. Per ottenere un’ulteriore conferma delle caratteristiche dei materiali selezionati, essi sono stati sottoposti a test termici e meccanici, in modo da poter osservare l’entità delle rispettive deformazioni. Infine, al lavoro di studio della situazione esistente e di analisi dei materiali, è seguito un approccio primario alla progettazione, detto ottimizzazione topologica, avente come obiettivo ottimizzare la forma di un’impugnatura tramite una tecnica di ottimizzazione strutturale. Questo approccio è servito per meglio comprendere l’eventuale utilizzo della manifattura additiva, sia come mezzo prototipale, che come mezzo di produzione, e per fornire spunti di approfondimento sul futuro della progettazione.