Sviluppo di una tecnologia ibrida FDM per la realizzazione di un sistema di protezione termica = Developing a hybrid FDM approach for manufacturing a thermal-protection system

"La sinergia tra materiali ceramici e metallici apre la strada a soluzioni multifunzionali — fra cui i futuri sistemi di protezione termica (TPS) — ma la realizzazione di strutture stratificate ceramico-metalliche pone sfide rilevanti sia in fase di manifattura sia durante la vita in esercizio. Lo sviluppo della stampa 3D, e in particolare del Fused Deposition Modeling (FDM), offre oggi la possibilità di superare molti limiti dei processi convenzionali, consentendo architetture di interfaccia non convenzionali che riducono i gradienti tensionali e migliorano l’adesione fra strati. In questa tesi si studia in che misura profili d’interfaccia geometricamente ingegnerizzati possano mitigare le criticità tipiche degli accoppiamenti ceramico-metallo. Dopo una revisione critica dello stato dell’arte, il lavoro si articola su tre obiettivi: progettare un composito stratificato con rivestimento in ceramico, interfaccia graduata e core metallico leggero; definire i parametri ottimali di estrusione, debinding e sinterizzazione per massimizzare densità e coesione; validare le proprietà termo-meccaniche mediante simulazioni FEM. Una campagna numerica iniziale, condotta su un pannello di riferimento 50 × 20 × 5 mm sottoposto a ΔT = +100 °C, compara dieci accoppiate ceramico-metalliche e quattro morfologie prinicipali di interfaccia. Le simulazioni evidenziano che le coppie Zirconia YSZ–Inconel 718 e Allumina–Ti-6Al-4V limitano la deflessione a meno di 0,25 mm e mantengono le tensioni di taglio interfaccia sotto 1 MPa, risultando pertanto le più promettenti per l’ulteriore sviluppo. L’adozione di interfacce profilate (sinusoidali o discretizzate) ha mostrato un’efficace attenuazione dei gradienti tensionali, confermando il valore dell’ottimizzazione geometrica per mitigare il mismatching termico. I risultati delineano una gerarchia di configurazioni che orienterà la fase avanzata, nella quale l’analisi FEM consentirà di simulare con comprovata affidabilità il processo FDM. Nel complesso, il lavoro conferma la fattibilità di impiegare la stampa 3D per integrare ceramiche e metalli in architetture ibride leggere ed efficienti, aprendo la strada a una progettazione modulare di TPS su misura e, più in generale, di componenti destinati a operare in ambienti termicamente ostili. La metodologia messa a punto costituisce una piattaforma trasferibile non solo alle future missioni spaziali, ma anche a settori come turbine a gas, impianti solari termici e dispositivi elettronici ad alte prestazioni, offrendo linee guida concrete per ridurre tempi di sviluppo, contenere i costi e migliorare l’affidabilità in servizio."