Isolatore di vibrazioni alla microscala : progetto e caratterizzazione meccanica della resina polimerizzata mediante tecnica laser

Phononic crystals (PnCs) are periodic multiphase metamaterials which exibit attenuation properties for three-dimensional (3D) elastic waves in particular frequency ranges, called bandgaps (BGs). A promising field of application of these materials concerns the production of microscale mechanical filters, characterized by even complex geometries which can be succesfully realized thanks to modern laser techniques. In this thesis work, developed in collaboration with the Physics Department of the Politecnico di Milano, a microscale vibration isolator (micro-isolator) will be first designed and then manufactured by two-photon polymerization (2PP). The material obtained from the process (polymerized resin) has very variable characteristics which highly depend on the production process. Therefore knowing the effects of laser writing on the quality of the final material is extremely important for design purposes. After the identification of the four main manufacturing parameters, the characterization of the material will be developed by frequency measurements of bending and torsional cantilevers, which are properly shaped assuming an isotropic linear elastic material. The elastic parameter (Young's modulus) obtained from a first measurement campaign will be used for the design of the micro-isolator and a resonator composed of a double symmetric cantilever. The systems analyzed through transmission diagrams will highlight the effectiveness of the metamaterial, which could be validate experimentally by measuring a prototype composed of phononic crystal and resonator, ready to be tested.

I cristalli fononici (phononic crystals PnCs) sono metamateriali periodici multifase in grado di attenuare onde elastiche tridimensionali (3D) in particolari intervalli di frequenze, detti bandgaps (BGs). Un promettente campo di applicazione di tali materiali riguarda la produzione di filtri meccanici alla microscala, caratterizzati da geometrie anche complesse realizzabili con successo grazie alle moderne tecniche laser. In questo lavoro di tesi, sviluppato in collaborazione con il Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, si progetterà un isolatore di vibrazioni alla microscala (micro-isolatore) che sarà fabbricato tramite polimerizzazione a due fotoni (2PP). Il materiale ricavato dal processo (resina polimerizzata) presenta caratteristiche molto variabili e fortemente dipendenti dal processo produttivo. Saper prevedere gli effetti della tecnica laser sulla qualità del materiale finale è, perciò, di fondamentale importanza a fini progettuali. Dopo aver identificato i quattro parametri principali di fabbricazione si procederà alla caratterizzazione del materiale sviluppata tramite misure in frequenza di mensole flessionali e torsionali, opportunamente dimensionate nell'ipotesi di materiale elastico lineare isotropo. Il parametro elastico (modulo di Young) ricavato da una prima campagna di misure sarà impiegato per il progetto del micro-isolatore e di un risonatore composto da una mensola a doppio sbalzo simmetrico. I sistemi analizzati tramite diagrammi di trasmissione evidenzieranno l'efficacia del metamateriale, in attesa di validare sperimentalmente il prototipo composto da cristallo fononico e risonatore, realizzato con successo.