I materiali non hanno più segreti: come progettare scegliendo i materiali giusti

Nell'articolo, parleremo di come è possibile progettare i nostri componenti, affiancando alla ricerca delle geometrie ottimali anche l'individuazione dei materiali più adatti al nostro scopo attraverso l'utilizzo degli strumenti di simulazione.

Quando si progetta, è importante scegliere i materiali giusti per garantire la durata, la performance, la sostenibilità e l'estetica del prodotto finale.

Il progettista deve seguire alcuni passaggi per progettare scegliendo i materiali giusti:

Definizione degli obiettivi del progetto

Prima di scegliere i materiali, è necessario avere una chiara comprensione degli obiettivi del progetto da sviluppare. Quali sono le specifiche tecniche e le prestazioni richieste? Quali sono i vincoli di budget e di tempo?

Va fatta una ricerca sui materiali disponibili

Esistono molti materiali diversi disponibili sul mercato, ognuno con le sue caratteristiche uniche. 

Valutare i requisiti del progetto

Una volta che hai una lista di materiali potenziali, valuta quali di essi soddisfano i requisiti del tuo progetto. Ad esempio, se stai progettando un oggetto che deve essere resistente e leggero, potresti considerare materiali come l'alluminio o la fibra di carbonio. Se stai progettando un oggetto che deve essere isolante termicamente, potresti considerare materiali come la lana di vetro o la schiuma di polistirene.

Considerare l'impatto ambientale

Oltre alle prestazioni tecniche, è importante considerare anche l'impatto ambientale dei materiali che vengono selezionati, vanno cercati materiali che consentano la riciclabilità, che siano riutilizzabili o provenienti da fonti sostenibili, e si deve puntare a ridurre l'uso di materiali tossici o dannosi per l'ambiente. I prodotti green sono ormai un obiettivo a cui tutti devono puntare.

Considerare il costo dei materiali

La sostenibilità economica e il cost reduction sono due aspetti che guidano sempre i nostri progetti. In quest’ottica spesso ci si muove nella ricerca di soluzioni che consentano un alleggerimento del componente, per cercare di utilizzare meno materiale e avere quindi risparmi in termini di prezzo.

Fare una ricerca approfondita sui materiali disponibili per capire quali potrebbero essere adatti al nostro progetto è un compito complesso perché vanno considerati molti fattori e molte proprietà (citandone solo alcune: la resistenza, la durabilità, la flessibilità, la conducibilità elettrica, la conducibilità termica, la leggerezza, la facilità di lavorazione e l'estetica). Per facilitare questa fase si possono utilizzare strumenti di simulazione Ansys che sono specificatamente dedicati a questo scopo. 

È necessario poter avere tutte le informazioni sui materiali che ci permettono di effettuare le nostre scelte in base a specifiche esigenze e condizioni al contorno imposte. Si possono filtrare i materiali in base a criteri come la resistenza, la durezza, la densità, la conducibilità termica, la conducibilità elettrica e molti altri. Inoltre, puoi visualizzare grafici e diagrammi per confrontare le proprietà dei materiali e prendere decisioni con cognizione di causa.

Uno strumento che ci consente di effettuare questi confronti in modo semplice sono le mappe di Ashby, fondatore della società Granta. Queste mappe, sviluppate per l’appunto dal prof. Michael Ashby (e da lui prendono il nome) mostrano graficamente le proprietà dei materiali in modo da poter identificare rapidamente i materiali che soddisfano i requisiti del nostro progetto. Le mappe di Ashby rappresentano le proprietà dei materiali su un grafico a dispersione, in cui le diverse regioni rappresentano diverse classi di materiali. 

Puoi utilizzare queste mappe per individuare i materiali che si trovano nella regione desiderata e che soddisfano i tuoi requisiti di progetto. Questa selezione viene generata automaticamente da un software Ansys chiamato Ansys Granta, società creata proprio da Ahby.

Il progettista ha il compito di costruire le varie condizioni al contorno per andare puoi a selezionare solo i materiali che rispondono ai nostri requisiti.

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Si può ottenere in questo modo una visione completa delle proprietà dei materiali e prendere decisioni consapevoli e sicure sulla scelta dei materiali per il tuo progetto. La selezione ti consente di lavorare e individuare le migliori scelte di materiali considerando i requisiti tecnici, di costo e di sostenibilità del tuo progetto.