L’attenta selezione dei materiali ha un ruolo molto importante nello sviluppo di progetti d’ingegneria e conseguentemente è fondamentale dare, sin dai percorsi universitari , a studenti e professionisti, gli strumenti e le conoscenze necessarie per affrontare questo tipo di valutazioni. In un mondo dove si guarda con grande importanza a temi come la sostenibilità, ottimizzazione ed efficienza, uno strumento come Ansys Granta permette di scegliere i materiali più adatti per la realizzazione dei componenti da mettere sul mercato, nel rispetto di una serie di condizioni al contorno che vengono esplicitate in fase di sviluppo prodotto (rispetto di specifiche proprietà meccaniche, termiche, di durabilità etc.).
La Selezione dei Materiali nell’Accademia
Nell’insegnamento della disciplina della selezione dei materiali, l'edizione Edupack di Ansys Granta si rivela una risorsa preziosa per illustrare i principi fondamentali dell’approccio e uno strumento versatile per analizzare il ruolo dei materiali in diversi contesti.
Granta, innanzitutto, funge da imprescindibile collettore di informazioni su materiali e processi di trasformazione, offrendo database che variano per grado di dettaglio e che includono raccolte tematiche specifiche per diversi settori dell’ingegneria. Oltre a ciò, fornisce strumenti utili per affrontare le varie fasi del processo decisionale di selezione: dalle indicazioni metatestuali disponibili nella sezione “Info”, alla facile individuazione di indici di performance per casi specifici, fino alla raccolta di materiale didattico di supporto nella sezione “Learn”.
In secondo luogo, Granta permette di interagire graficamente con i dati attraverso la creazione intuitiva di mappe multi-proprietà, note anche come diagrammi di Ashby. Questi diagrammi consentono di applicare facilmente filtri basati su requisiti specifici (ad esempio proprietà fisiche, classi di materiali o tipologie di processi) mediante criteri di selezione applicabili a stadi e facilmente attivabili/disattivabili. All’interno del software, i diagrammi possono essere paragonati a mappe geografiche interattive (Fig. 1), in cui viene fornita una rappresentazione “topografica” delle proprietà dei materiali (ovvero basata sulla posizione dei vari materiali in un grafico multiproprietà), dove è possibile restringere la selezione a specifiche regioni delimitate da “meridiani” e “paralleli”, e navigare verso la soluzione preferenziale tramite indici di performance, che fungono da “bussola” per orientare le scelte progettuali.
Fig. 1: I grafici multi-proprietà (o diagrammi di Ashby) come "mappe" per navigare verso il materiale ideale per una specifica applicazione.
Infine, Granta si conferma uno strumento fondamentale per applicare il metodo ottimizzato dal Prof. Ashby alla risoluzione di problemi legati alla selezione dei materiali. La sua versatilità lo rende adatto a progetti di varia complessità, che spaziano dagli assignment di corsi tematici a tesi triennali e magistrali. Inoltre, si dimostra indispensabile per confrontare, nell’ambito di ricerche su materiali innovativi, le proprietà di questi ultimi con quelle dei materiali tradizionali e commerciali presenti nel vasto database.
Il software trova applicazione in una molteplicità di casi di studio, tra cui, citando quale esempio quelli mostrati in Fig.2, l’individuazione del materiale ottimale per diversi manufatti, come quelli destinati ad applicazioni sportive, o l’approfondimento del ruolo dei materiali nel contesto della tradizione e delle attuali tendenze dell’ingegneria eco-sostenibile e della biomimetica.
Fig. 2: La versatilità di Granta e del metodo di selezione dei materiali permette di affrontare problemi diversificati, dalla scelta ottimizzata di materiali per applicazioni sportive allo studio delle performance di materiali naturali in progetti orientati alla sostenibilità ambientale. (Riferimenti: a) Francesco Carilli, “Messa a punto di una procedura di selezione del materiale per attrezzature sportive con prestazioni ottimizzate”, tesi di laura magistrale (2022); b) Vittoria Mandolini, "Using material selection criteria to highlight natural materials' potential for technical applications”, Ansys International Material Selection Challenge (2024).
La Selezione dei Materiali a supporto dei processi di innovazione industriale
La selezione dei materiali nei processi di innovazione industriale è un aspetto cruciale per lo sviluppo di prodotti competitivi, sostenibili e performanti. Ansys Granta è uno strumento che supporta ingegneri e progettisti nella scelta dei materiali più adeguati per le loro applicazioni, integrando informazioni sui materiali con i software di simulazione.
La possibilità di avere un ampio database di materiali che include dati su proprietà fisiche, meccaniche, chimiche e ambientali, oltre che indicazioni in merito alla riciclabilità e alla compatibilità normativa, consente di fare scelte consapevoli e ponderate ai progettisti e permette loro di avere un'idea chiara di tutte le opzioni disponibili.
Utilizzando i dati corretti dei materiali, si possono eseguire simulazioni per prevedere come le varie soluzioni percorribili si comporteranno in condizioni di lavoro specifiche. Ciò aiuta a identificare il materiale più idoneo per specifiche applicazioni.
Al giorno d'oggi, non può essere messo in secondo piano il tema della sostenibilità delle soluzioni ricercate: Ansys Granta permette di valutare l'impatto ambientale dei materiali, supportando le aziende nella scelta di opzioni più green e nel rispetto delle normative ambientali.
La perfetta integrabilità delle soluzioni proposte con il processo di progettazione facilitano la collaborazione tra team di ingegneria, design e produzione. Ricordiamo che fare la scelta corretta dei materiali nelle fasi preliminari di sviluppo prodotto è strategico, per motivi anche di economicità.
Gli strumenti Ansys Granta consentono di effettuare scoring e ranking dei materiali e questo aiuta a prendere decisioni più consapevoli, considerando parametri come costo, disponibilità, prestazioni e impatto ambientale.
Tra i settori che maggiormente puntano sull’innovazione nella scelta intelligente dei materiali citiamo il settore automobilistico (in ottica di alleggerimento per migliorare l'efficienza del carburante e le prestazioni dei veicoli) , il settore aerospaziale (selezione di materiali ad alta resistenza e bassa densità per ottimizzare il peso e la sicurezza degli aerei), il settore dell'elettronica (identificazione di materiali che garantiscano una buona conduttività elettrica e resistenza termica).
Conclusioni
Per concludere, la selezione “intelligente” dei materiali è un passo fondamentale per consentire lo sviluppo di percorsi di innovazione industriale, per favorire l’accrescimento delle competenze di futuri ingegneri e anche di ricercatori che siano all'avanguardia e pronti a vivere in un mercato sempre più complesso anche dal punto di vista ingegneristico. Gli strumenti come Ansys Granta possono notevolmente semplificare e migliorare questi processi. Grazie alla possibilità di avere informazioni dettagliate e analisi approfondite, queste piattaforme aiutano le aziende a sviluppare prodotti più performanti e sostenibili, rimanendo competitive nel mercato globale.
