POLYMERS FOR ADDITIVE MANUFACTURING

POLYMERS FOR ADDITIVE MANUFACTURING

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iten
Codice
101883
ANNO ACCADEMICO
2019/2020
CFU
4 cfu al 1° anno di 9020 CHIMICA INDUSTRIALE (LM-71) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
CHIM/04
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (CHIMICA INDUSTRIALE )
periodo
2° Semestre
propedeuticita
materiale didattico

PRESENTAZIONE

La manifattura additiva sta modificando profondamente molte attività industriali tradizionali e sta fornendo nuove opportunità di sviluppo industriale e tecnologico. In questo contesto, il Corso Teorico-Pratico “Polymers for Additive Manufacturing” fornisce i rudimenti per un approccio scientifico alla stampa 3D. Accanto allo studio dei diversi processi chimico-fisici coinvolti nella manifattura additiva, lo studente imparerà ad utilizzare i software essenziali e stampanti 3D di tipo FDM e SLA.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso si articola nello studio dei diversi processi coinvolti nella manifattura additiva e si propone di fornire le conoscenze di base: a) sui fondamenti di utilizzo dei programmi CAD e di slicing; b) sulle principali proprietà dei materiali polimerici utilizzati per la manifattura additiva; c) sull’utilizzo di stampanti 3D FDM; e) sulle principali proprietà degli oggetti stampati con la tecnica FDM.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Lo scopo dell’insegnamento di Polymer Additive Manufacturing è quello di fornire conoscenze teorico-pratiche di base sulla stampa 3D dei materiali polimerici (in particolare con tecnologia FDM e SLA). Al termine del corso lo studente conoscerà i principi di funzionamento e le applicazioni delle principali tecniche di stampa 3D, e avrà acquisito esperienza pratica con alcuni dei software e delle stampanti utilizzate nella manifattura additiva di polimeri. Nello specifico, lo studente studierà i materiali utilizzati nella stampa 3D a deposizione di filamento (polimeri termoplastici e loro principali proprietà), a fotopolimerizzazione (fotopolimerizzazione radicalica di materiali polimerici e problematiche connesse) e a sinterizzazione di polveri. Conoscerà inoltre nel dettaglio le differenze tra le varie tecnologie di stampa e ne saprà mettere in luce vantaggi, svantaggi, e campi di applicabilità. Lo studente sarà infine in grado di correlare le caratteristiche del materiale e le condizioni di stampa alle proprietà finali del manufatto.

PREREQUISITI

Per conseguire gli obiettivi formativi e necessario che gli studenti posseggano conoscenze di base relative ai materiali polimerici. Per questo motivo viene richiesta la propedeuticità (superamento dell’esame) dell’insegnamento “Scienza e tecnologia dei materiali polimerici” (per gli studenti dell’Ateneo genovese) o equivalente (per gli studenti di altri atenei).

Modalità didattiche

Il corso è composto da lezioni frontali in aula, per un totale di circa 24 ore. Nelle lezioni frontali vengono richiamati alcuni concetti base sulle proprietà fisiche e la processabilità di materiali polimerici termoplastici e termoindurenti, e vengono descritte nel dettaglio le principali tecniche di manifattura additiva (stampa 3D FDM, SLA, SLS). Alle lezioni in aula seguono 4 esercitazioni in laboratorio, per una durata totale di circa 13 ore. Gli studenti, divisi per gruppi, metteranno in pratica le conoscenze acquisite durante le lezioni in aula, utilizzando direttamente stampanti 3D desktop e relativi software, ed esplorando l’effetto dei parametri operativi su qualità di stampa e proprietà dei manufatti.

PROGRAMMA/CONTENUTO

LEZIONI

Le diverse lezioni in aula ed esercitazioni verteranno su:

 

1. Manifattura additiva-La quarta rivoluzione industriale

2. Prinicipi della stampa 3D: dal disegno 3D alla stampa dei vari strati

3. Polimeri per manifattura additiva. Cenni alle proprietà di polimeri termoplastici e termoindurenti rilevanti per i processi di stampa

4. Stampanti a filamento (Fused deposition modelling - FDM). Principi chimici e fisici, materiali e applicazioni

5. Stampa mediante fotopolimerizzazione (Stereolitography – SLA). Principi chimici e fisici, resine utilizzate, applicazioni.

6. Stampante a sinterizzazione di polveri (Selective laser sintering – SLS) . Principi fisici, materiali e parametri fondamentali, applicazioni  

7. Confronto tra le diverse tecnologie. Correlazioni variabili di processo-proprietà manufatti stampati

8. Sviluppi futuri della tecnica

ESERCITAZIONI IN LABORATORIO

  1. Software per stampa 3D :

-  Disegno CAD con software freeware

         - Slicing (ad esempio Slice 3R, Simplify 3D, Cura,….)

2. Stampa oggetti di prova con FDM:

- effetto parametri operativi su qualità stampa

- esempio stampa polimeri termoplastici amorfi vs. semicristallini (warpage)

3. Stampa di oggetti di prova con SLA:

- spettroscopia UV-VIS della resina /fotoinizziatore, prima e dopo fotopolimerizzazione.

- effetto variabili operative sulla qualità stampa

4. Stampa SLS

- Sinterizzazione di polveri polimeriche in condizioni modello/simulazione processo di stampa

- Effetto parametri operativi (potenza lampada, tempo e temperatura di sinterizzazione)

- proprietà finali (shrinkage e grado di porosità da misura densità del pezzo, proprietà meccaniche)

TESTI/BIBLIOGRAFIA

  • Stampa 3D – Tutto quello che c’è da sapere sull’unica rivoluzione possibile, D. Sher, D. Marinoni, Hoepli Lavis (TN) 2019.
  • Stampa 3D – Guida completa, A. Maietta,LSWRLavis (TN) 2014
  • Stampa 3D – il manuale pe rhobbisti e maker, P. Calderan, ApogeoTrebaseleghe (PD) 2015
  • The 3D printing handbook, B. Redwood, F. Schöffer, B. Garret (3D fans)
  • 3D printing for dummies, R. Horne, K.K. Hausman (Wiley)
  • Polymer Chemistry, S. Koltenburg, M. Maskas, O. Nuyken (Springer)
  • Polymers: Chemistry and Physics of Modern Material, I.M.G. Cowie
  • Principles of Polymer Chemistry, P. Flory
  • AAVV Fondamenti di Scienza dei Polimeri (AIM)
  • Polymer Physics, U.W. Gedde
  • Introduction to Polymer Physics, L.H. Sperling

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: Sempre, su appuntamento 

Commissione d'esame

PAOLA LOVA (Presidente)

DARIO CAVALLO (Presidente)

MAILA CASTELLANO

DAVIDE COMORETTO

LEZIONI

Modalità didattiche

Il corso è composto da lezioni frontali in aula, per un totale di circa 24 ore. Nelle lezioni frontali vengono richiamati alcuni concetti base sulle proprietà fisiche e la processabilità di materiali polimerici termoplastici e termoindurenti, e vengono descritte nel dettaglio le principali tecniche di manifattura additiva (stampa 3D FDM, SLA, SLS). Alle lezioni in aula seguono 4 esercitazioni in laboratorio, per una durata totale di circa 13 ore. Gli studenti, divisi per gruppi, metteranno in pratica le conoscenze acquisite durante le lezioni in aula, utilizzando direttamente stampanti 3D desktop e relativi software, ed esplorando l’effetto dei parametri operativi su qualità di stampa e proprietà dei manufatti.

INIZIO LEZIONI

secondo semestre: ultima settimana febbraio/prima settimana di marzo. Per maggiori dettagli/aggiornamenti controllare https://corsi.unige.it/9020

ESAMI

Modalità d'esame

Discussione dei risultati ottenuti in laboratorio, delle proprietà dei manufatti costruiti e delle proprietà dei materiali utilizzati. A ciascuno studente sarà chiesto di discutere l’attività e risultati ottenuti per una esercitazione di laboratorio svolta. Per ciascuna esercitazione, lo studente deve portare all’esame tutti i dati di laboratorio acquisiti e le informazioni pertinenti, riassunte in una presentazione powerpoint.

Modalità di accertamento

Scopo della prova d'esame è la verifica da parte della commissione del conseguimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento. In caso contrario, lo studente è invitato ad approfondire lo studio e ad avvalersi di ulteriori spiegazioni da parte del docente prima di sostenere nuovamente l'esame. Per garantire la corrispondenza tra gli argomenti dell'esame e gli obiettivi formativi dell’insegnamento, il programma dettagliato del corso viene caricato su AulaWeb ed illustrato all’inizio delle lezioni, in modo che gli studenti possano verificarne l'aderenza. Durante l'assistenza alle esercitazioni di laboratorio, il docente valuterà l'effettivo coinvolgimento dei singoli studenti nell'esperienza e la capacità di svolgere con attenzione le misure sperimentali. L'esame orale individuale permetterà di accertare nel dettaglio il raggiungimento di un livello adeguato di conoscenze nell'ambito della stampa 3D dei materiali polimerici, e in generale la capacità di dedurre relazioni tra condizioni di stampa e proprietà ottenute, anche sulla base di conoscenze acquisite in corsi precedenti di ambito polimerico.