Smart buckling

Over the past few decades, advances in software and hardware technologies have strongly affected design and fabrication processes. If we just think about 3D printing, it is a novel technique in quick development that was able to offer a greater design freedom and control over the fabrication process. One of the limits connected to the traditional 3D printing is the manufacturing “staticity” since products hardly change their shape or properties in time. A more recent 4D printing approach, instead, is trying to develop morphing structures, capable of switching between different configurations. Smart materials offer unique properties, compared to traditional materials, that can be used to program transitions of form and/or functionality of a system. In this context, instability phenomena such as buckling, have been strongly revaluated as tools to accomplish structures that would be difficult to reach through other roads. The purpose of this thesis is that of describing buckling and later investigating a possibility to induce a transition between different configurations. This work is purely theoretical, but we are confident that the results obtained will be useful for the future development of buckling-based smart devices.

Negli ultimi decenni i progressi raggiunti nel campo delle tecnologie software e hardware hanno fortemente influenzato i processi di progettazione e fabbricazione. Se pensiamo solamente alla stampa 3D, questa tecnica è stata in grado di offrire maggiori libertà di progettazione e un migliore controllo sui processi di fabbricazione. Uno dei limiti connessi alla tradizionale stampa 3D è la "staticità" manifatturiera, in quanto i suoi prodotti difficilmente cambieranno forma o proprietà nel tempo. Un approccio di stampa 4D più recente, invece, sta cercando di sviluppare strutture mutevoli, cioè in grado di passare da una configurazione ad un’altra. I materiali intelligenti offrono proprietà uniche rispetto ai materiali tradizionali, che possono essere impiegate per programmare transizioni di forma e/o funzionalità di un sistema. In questo contesto i fenomeni di instabilità, come ad esempio il buckling, sono stati fortemente rivalutati come strumenti per realizzare strutture che sarebbe complicato ottenere percorrendo altre strade. Lo scopo di questa tesi è innanzitutto quello di descrivere il fenomeno di buckling, successivamente s’indagherà la possibilità di indurre una transizione tra diverse configurazioni. Questo lavoro è puramente teorico, ma siamo fiduciosi che i risultati ottenuti saranno utili in futuro per un eventuale sviluppo di dispositivi intelligenti basati sull'instabilità.