Progettazione meccanica e ottimizzazione dei parametri del software del sistema di confezionamento della bobina di towpreg destinata a Filament Winding e Automated Fiber Placement

L'evoluzione dei materiali compositi avanzati, in particolare il "towpreg" (fasci di fibre pre-impregnate con resina), è cruciale per settori esigenti come l'aerospaziale e l'automotive, grazie all'eccellente rapporto resistenza-peso. Processi automatizzati come l'Automated Fiber Placement (AFP) e il Filament Winding (FW) sfruttano il towpreg per produrre componenti ad alte prestazioni con precisione e ridotta produzione di scarti. Tuttavia, l'efficienza di questi processi è fortemente compromessa da un confezionamento non ottimale del towpreg in bobine. Problemi comuni includono irregolarità di avvolgimento, variazioni di tensione e danni al materiale, che si traducono in inceppamenti, difetti di deposizione e compromissione delle proprietà finali del composito. La presente tesi affronta questa critica lacuna tecnologica attraverso la progettazione meccanica di un sistema innovativo per il confezionamento di bobine di towpreg. Il lavoro, sviluppato in collaborazione con il Gruppo Esea di Cepagatti (PE), ha avuto l'obiettivo di superare i limiti dei metodi esistenti, garantendo la qualità e l'integrità del materiale per le applicazioni AFP e FW. La metodologia ha previsto un'analisi approfondita delle specifiche del towpreg (proprietà fisiche, tack, fragilità) e dei requisiti operativi delle macchine AFP/FW (formato bobina, range di tensione). Questi dati hanno guidato la fase di concezione e progettazione di dettaglio dei sottosistemi chiave: il meccanismo di avvolgimento della bobina, il sistema di controllo e mantenimento della tensione del towpreg, il dispositivo di guida e distribuzione trasversale del tow, e il telaio strutturale. La progettazione ha incluso la selezione dei materiali, il dimensionamento dei componenti e l'integrazione di sensori/attuatori, supportata da modelli CAD e analisi preliminari per verificarne la fattibilità tecnica ed economica e la conformità alle normative (es. Direttiva Macchine). I risultati della progettazione dimostrano la fattibilità di un sistema capace di assicurare un avvolgimento preciso e uniforme, con un controllo dinamico della tensione che preserva l'integrità del towpreg e ne ottimizza la preparazione per l'uso industriale. La soluzione proposta mira a migliorare significativamente l'efficienza produttiva, a ridurre gli sprechi e ad elevare la qualità dei componenti compositi finali, contribuendo all'ottimizzazione dell'intera catena di valore. Gli sviluppi futuri del progetto includeranno l'implementazione di un prototipo per la validazione sperimentale delle prestazioni. Un focus cruciale sarà lo studio sistematico dei parametri che garantiscono il miglior confezionamento della bobina di towpreg. Ciò comporterà l'investigazione dettagliata dell'influenza di: tensione e velocità di avvolgimento, geometria del percorso del tow, sistemi di compattazione e guida laterale, e l'integrazione di controllo ambientale in linea. Ulteriori ricerche potranno esplorare algoritmi di controllo adattivi e soluzioni per towpreg termoplastici. Questo approccio consentirà un'ottimizzazione fine del sistema e un'ulteriore espansione delle sue capacità.