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PRESENTAZIONE
DIPARTIMENTO DIMECCANICA
Università Politecnica delle Marche Facoltà di Ingegneria
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Gruppi:
Disegno e Metodi dell’Ingegneria Industriale
Costruzione di Macchine e Progettazione Meccanica
Meccanica Applicata alle Macchine
Metallurgia
Misure Meccaniche e Termiche
Tecnologie e Sistemi di lavorazione
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Attività del DTM Group
Design Tools and Methods
Maura Mengoni
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ORGANIZZAZIONE DEL GRUPPO
Dottorandi di ricerca: Claudio Favi
Landi Daniele
Alessandro Morbidoni
Assegnisti di ricerca: Roberto Raffaeli
(post doc) Margherita Peruzzini
Marco Mandolini
Paolo Cicconi
Assegnisti di ricerca: Barbara Colaiocco
Silvia Ceccacci
Paolo Morichetti
Alessandro Macchione
Marco Marconi
Collaboratori: Samuele Vitali, Serena
Mercuri, Andrea Finaurini,
Andrea Tirabassi,
Federica Giombetti
TOTALE: 20 di cui 3 ingegneri elettronici, 10 ingegneri
meccanici, 2 tecnici informatici, 2 ingegneri gestionali
Responsabile: Ferruccio Mandorli,
Docenti: Michele Germani, Maura Mengoni
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AMBITI DI RICERCA
PRINCIPALI TEMATICHE DI RICERCA
DESIGN
TOOLS AND
METHODS
CAMPI DI APPLICAZIONE
DESIGN
AUTOMATION
COLLABORATIVE
DESIGN
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OBIETTIVI DELLE ATTIVITA’ DI RICERCA
IDEATION
DEVELOPMENT
FREE-HAND
SKETCHES
PHYSICAL o
VIRTUAL
PROTOTYPES
3D CAD
MODELS
AUGMENTED
MODELS
Ridurre il time to market e garantire il mantenimento del design intent dalle prime
fasi di ideazione allo sviluppo prodotto
Gestire il ciclo di vita del prodotto promuovendo l’applicazione di concetti Lean ed
Eco-Oriented Product development
PROTOTIPAZIONE
VIRTUALE
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IL LABORATORI
LABORATORIO VIRTUAL PROTOTYPING
• SISTEMA VIRTUAL REALITY A STEREOSCOPIA ATTIVA dotato di diversi sistemi SW:
Alias Studio Tool, VisMock-up, UGS Jack, Catia V5,
• PIATTAFORMA DI SVILUPPO DEDICATA AD APPLICAZIONI VR: VIRTOOLS
• SISTEMA PER AUGMENTED REALITY (SW: Linceo VR, Hw: Video Camera: Logitech
Pro C910, Librerie ArToolKit )
• SISTEMA DI TRACKING OTTICO Modello Optitrack con 3 camere ad infrarossi
• SISTEMA DI MODELLAZIONE HAPTIC SENSABLE FREEFORM
• SISTEMA PLM CATIA V.5 DASSAULT SYSTEMES
• SISTEMA LINCEO VR PER PROTOTIPAZIONE VIRTUALE
LABORATORIO DI TIME COMPRESSION TECHNIQUES
• SISTEMA REVERSE ENGINEERING MINOLTA RANGE 7
• SISTEMA RILIEVO DI FORME 3D COMET 400 STEINBICHLER
• SISTEMA PROTOTIPAZIONE RAPIDA ZCORP
• SISTEMA DI MISURA 3D ROLAND PICZA MDX 1
SISTEMI SW PER LA PROTOTIPAZIONE VIRTUALE di PRODOTTI E PROCESSI
• SISTEMI CAD: SolidEdge, CATIA V5, SolidWorks, Rhinoceros, 3DSMax
• SISTEMI SIMULAZIONE: Stampaggio MOLDFLOW, Pressofusione alluminio
Magmasoft, Processi produttivi ARENA, Gestione di processo SPFlow
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INDUSTRIAL DESIGN virtual clay sculpturing
DIFFERENTI CONCEPT DI PRODOTTO
UTILIZZO DI STRUMENTI HAPTIC PER LA TRADUZIONE DEL CONCEPT IN VIRTUAL
PROTOTYPE PROTOTIPI VIRTUALI PER VALUTAZIONI ESTETICO-FUNZIONALI
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INDUSTRIAL DESIGN REVERSE ENGINEERING COME STRUMENTO PER
L’INGEGNERIZZAZIONE DI FORMA
PRODOTTO “INTERVISTA”
PROTOTIPO “TWIST” COME DEFORMAZIONE DI
“INTERVISTA
Perdita del design intent
Ricerca degli invarianti di processo, imposizione di vincoli per modiche funzionali = conservazione del design intent
IMPIEGO DI TECNICHE DI
REVERSE ENGINEERING PER
OTTENERE MODELLO 3D
DELL’ESISTENTE
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PRODOTTO “INTERVISTA”
RICOSTRUZIONE SUPERIFICI CAD .igs
RISULTATO:
PROTOTIPO FISICO POLTRONA
“TWIST”
CREAZIONE MODELLO CAD 3D PARAMETRICO
INDUSTRIAL DESIGN design intent formalization
ACQUISIZIONE 3D CON MINOLTA
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INDUSTRIAL DESIGN REVERSE ENGINEERING per il controllo qualità
I sistemi di Reverse Engineering sono utilizzazibili anche nel campo del controllo qualità
in quanto sono in grado di acquisire velocemente superfici di qualsiasi morfologia in
tempi rapidi.
In questo ambito si sono svolti studi per l’automazione del processo di controllo qualità
(forma e tolleranze dimensionali e geometriche) attraverso l’integrazione di robot
antropomorfi, sistemi senza contatto e sistemi software CAD-based che pilotano
l’intero processo e permettono di verificare la rispondenza del componente misurato
rispetto al design intent estetico (controllo qualità curvatura superfici) e funzionale
(prescrizioni tolleranze dimensionali e geometriche).
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DESIGN AUTOMATION Sistemi Knowledge-based CAD
Uno dei limiti degli attuali sistemi CAD 3D risiede nella loro eccessiva genericità. Una esigenza largamente diffusa riguarda la necessità di verticalizzare il sistema sulle problematiche di uno specifico settore applicativo.
La ricerca mira all’automazione delle fasi ripetitive del processo di progettazione mediante lo sviluppo di procedure ad-hoc in grado di strutturare architetture di prodotto modulari, di gestire le alternative di progetto e di generare automaticamente i modelli 3D sulla base di specifiche funzionali e di estrarre dal modello le informazioni geometriche necessaria per la realizzazione di simulazioni di processo.
Una corretta applicazione delle tecniche di Design Automation permette di raggiungere un duplice obiettivo: consolidare le conoscenze aziendali e velocizzare il processo di progettazione/produzione.
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E Settore impianti: generazione Knowledge based di modelli 3D da layout semplificati
DESIGN AUTOMATION Sistemi Knowledge-based CAD
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E Estrazione automatica di dati per analisi strutturali e per la produzione
DESIGN AUTOMATION Sistemi Knowledge-based CAD
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E Gestione di prodotti modulari e configurabili. Analisi dell’impatto delle modifiche su prodotti
modulari.
Sviluppo di un SW proprietario per il change propagation nell’ambito degli elettrodomestici.
DESIGN AUTOMATION Sistemi Knowledge-based CAD
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E Le aziende necessitano sempre di più di metodi e strumenti per valutare i costi di prodotto
fin dalle prime fasi della progettazione della soluzione.
La ricerca mira a studiare e sviluppare un sistema di supporto alla stima dei costi di
prodotto a partire dal modello CAD 3D. Il sistema deve essere supportato da un
database di conoscenza legato ai cicli produttivi aziendali e deve essere in grado di
riconoscere le informazioni di progetto in modo automatico a partire dal modello
CAD.
DESIGN AUTOMATION Preventivazione rapida di prodotti e processi di produzione
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E I sistemi CAD permettono la modellazioni di parti rigide. Spesso i prodotti meccanici
fanno uso di cavi, tubazioni oleodinamiche e pneumatiche per la cui definizione
bisogna ricorrere a prototipi fisici. L’attività mira all’integrazione nei sistemi CAD di
strumenti FEM e Knowledge Based per la simulazione e progettazione di parti flessibili
VIRTUAL PROTOTYPING Strumenti per la progettazione di tubazioni flessibili
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ECO-DESIGN E LIFE CYCLE ASSESSMENT
Il risparmio di risorse energetiche spinge allo studio di soluzioni che permettano di
minimizzare i consumi e l’impatto ambientale in tutte le fasi di vita del prodotto/sistema.
Per questo sono necessari metodi e strumenti in grado di far stimare l’impatto di scelte
progettuali fin dalla ideazione delle soluzioni progettuali, di far stimare le grandezze
significative dell’impatto ambientale (strumenti LCA), di supportare la scelta di soluzioni
ottimali dal punto di vista ambientale. In tutti questi ambito sono state svolte ricerche
che hanno portato alla messa a punto di metodi e nuove tecnologie
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ECO-DESIGN E LIFE CYCLE ASSESSMENT
Analisi di impatto ambientale con strumenti dedicati:
Eco-Design in settori multidisciplinari:
Certificazioni ambientali di processo e di prodotto industriale:
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DESIGN FOR ENERGY EFFICIENCY EROD PLATFORM
Studio e sviluppo di una piattaforma WEB dedicata
alla progettazione di gruppi motore-utilizzatore
orientata all’efficienza energetica del sistema e
all’eco-sostenibilità dei processi produttivi
In collaborazione con: Dipartimento di Energetica
UNIVPM, Nautes, Retis, Strategie
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METODOLOGIE DI PROGETTAZIONE: DESIGN FOR X
Sviluppo di metodi e strumenti dedicati alla progettazione orietata alla produzione e
assemblaggio per ottimizzare l’intero processo di sviluppo prodotto, anticipare errori e
problematiche di produzione in fase progettuale, ridurre le iterazioni di processo
• Design for Maintenance:
• Design for Recycling
• Design for Eco-Sustainability
• Design for Disassembly:
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CO-DESIGN piattaforme web-based per la gestione della conoscenza
La gestione della conoscenza all’interno
dell’impresa distribuita necessita di definire,
implementare e sperimentare nuovi strumenti
ICT (Information Communication Technology) per
l’integrazione inter/intra aziendale di competenze
esperte e attori coinvolti nel ciclo di sviluppo del
prodotto. Ciò può avvenire mediante la:
creazione di ambienti collaborativi per ottenere un agile
product development all’interno di ciascuna filiera coinvolta
nel progetto;
sviluppo di strumenti web-based che rafforzino le sinergie tra
PMI e grandi aziende per un più forte posizionamento nel
mercato globale del bacino industriale marchigiano;
PROGETTO CO-ENV
www.coenv.it
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CO-DESIGN piattaforme web-based per la gestione della conoscenza
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SETTORE BIOMEDICALE strumenti a supporto della calzatura ortopedica
La produzione della calzatura ortopedica segue un approccio manuale. L’introduzione di
principi di Mass Custiomization attraverso tecnologie per la scansione del piede e della
forma, la rielaborazione dei dati in software CAD dedicati e l’elaborazione di un processo
aziendale integrato, sta portando ad una produzione basata su criteri industriali.
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Il laboratorio di Realtà Virtuale è un ambiente simulato interattivo
che consente di interfacciare simultaneamente tutti gli utenti con lo
spazio del prodotto.
La tecnologia VR migliora l’interazione tra uomo e modello digitale
del prodotto favorendo i design reviews e la comunicazione
aziendale.
Le tecnologie di Virtual Prototyping possono contribuire ad
implementare nel ciclo di sviluppo prodotti concetti quali
collaborazione e integrazione tra le diverse competenze coinvolte
VIRTUAL REALITY E PROTOTYPING tematiche di ricerca
TEMATICHE DI RICERCA:
Ruolo delle tecnologie di Virtual Reality nel ciclo di sviluppo prodotto;
Metodi di benchmarking delle tecnologie per specifici contesti industriali;
Definizione di metodologie di integrazione delle tecnologie VR in specifiche attività di
processo;
Definizione di set-ups sperimentali per supportare analisi di ergonomia cognitiva e
fisica su prototipi virtuali
Applicazione delle tecnologie VR per design reviews estetici, funzionali ed ergonomici
Tecnologie multi sensoriali e multi modali per valutazioni di usabilità di prodotto e
supportare la progettazione HCD
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VIRTUAL REALITY E PROTOTYPING scelta del sistema VR per specifiche attività di processo
SUPPORTO STUDIO DI FATTIBILITA’ E SCELTA SISTEMA HW E SW
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VIRTUAL REALITY E PROTOTYPING analisi costi/benefici implementazione tecnologie VR
VALUTAZIONE BENEFICI OTTENUTI NEL CICLO DI SVILUPPO
PRODOTTO E PIANIFICAZIONE ATTIVITA’
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INDUSTRIAL DESIGN User-Centered Design
Sviluppi di nuovi concept di prodotto attraverso tecnologie di Virtual Reality e Augmented
Reality
Sviluppo di nuovi concepts mediante tecniche
tradizionali e digitali
Ingegnerizzazione prodotto e creazione di
prototipi virtuali
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INDUSTRIAL DESIGN Sviluppo di prototipi virtuali in AR/MR per HCD
Sviluppo di prototipi virtuali interattivi in ambienti che sfruttano tecnologie di Augmented
and Mixed Reality
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ALCUNI PROGETTI SIGNIFICATIVI DEL DTM Group
SSHOES: Special Shoes Movement, finanziato dalla Comunità Europea nell'ambito del VII
Programma Quadro, NMP-2008-4.0-7 Integration of technologies and materials for differentiated
consumer-centred product capability.
LEANPPD: LEAN PRODUCT AND PROCESS DEVELOPMENT, finanziato dalla Comunità
Europea nell’ambito del WP NMP-2007-3.1-1 Beyond lean Manufacturing – New Industrial Models
for Product and Process Life Cycle
EROD: ENERGY REDUCTION ORIENTED DESIGN, commissionato da un partenariato
composto da 15 imprese, tra cui Indesit Company, AEA, Bonfiglioli, Jobs, FIME Motors,
Nautes,Strategie, con capo filiera HSD del gruppo Biesse spa. il progetto è cofinanziato dal
Ministero dello Sviluppo Economico nell’ambito dei programmi Industria 2015 – bando 2008
CO-ENV: AMBIENTI E STRUMENTI INNOVATIVI PER LA PROGETTAZIONE
COLLABORATIVA E L’AGILE PRODUCT DEVELOPMENT NELL’AMBITO DELLO SVILUPPO
DI PRODOTTI MANIFATTURIERI MODULARI E CONFIGURABILI, co-finanziato dal Ministero
dello Sviluppo Economico nell’ambito dei progetti di ricerca industriale a valere FIT-ICT di filiera
l.46/82.
HOMELINE: DALL’ELETTRODOMESTICO AL SISTEMA CASA PER RIDURRE I CONSUMI
ENERGETICI, commissionato dalla Indesit Company in collaborazione con Nautes srl e Dotcom
srl, nell’ambito degli interventi POR-FESR 2007, Regione Marche
VYD: VIRTUAL REALITY DEDICATED SOFTWARE FOR SUPPORTING THE DESIGN
REVIEWS OF YACHTS PROTOTYPES, commissionato dalla ditta KEL Informatica , cofinanziato
dalla Regione Marche nell’ambito dei progetti ricerca e sviluppo L. 598/94, DGR n.728 – Bando
2007
STUDIO E SVILUPPO DI SISTEMA SOFTWARE PER PILOTARE SISTEMA DI CONTROLLO
DI FORME CAD-BASED, commissionato da QFP srl,, co-finanziato dal MIUR nell’ambito dei
finanziamenti per attività di ricerca (art.14 l.297/99).
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PARTNERSHIP E COLLABORAZIONI
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CONTATTI
Ing. Maura Mengoni, PhD
Università Politecnica delle Marche
Facoltà di Ingegneria
Dipartimento di Meccanica
Via Brecce Bianche
60131 Ancona
Italy
Tel. +39 071 220 4969
Fax. +39 071 220 4801
Mobile. +39 339 3616764
Email. [email protected]
URL: www.meccanica.univpm.it
.
Ancona, 4 febbraio 2011
Università Politecnica delle Marche
Dipartimento di Meccanica
Ricercatore
Ing. M. Sasso
Assegnista
Ing. G. Chiappini
Dottorandi
Ing. M. Natalini
Collaboratore
Ing. E. Mancini
Attività Svolte
- Progettazione Meccanica
- Studio di Prodotto-Processo
- Analisi di Immagine
- Caratterizzazione Materiali
- Analisi Multi-Body
- Analisi Vibrazioni
Università Politecnica delle Marche
Dipartimento di Meccanica
Progettazione Meccanica
L’attività di base del gruppo di Costruzione di Macchine è la progettazione di componenti e sistemi
meccanici. Vengono effettuate verifiche strutturali statiche e a fatica tramite l'utilizzo di codici agli
elementi finiti di tipo implicito ed esplicito; analisi non lineari per lo studio di fenomeni caratterizzati da
grandi spostamenti quali deformazioni plastiche e iper-elastiche; analisi modali e termo-meccaniche;
studio di fenomeni di crash e ad elevata velocità di deformazione.
Ancona, 4 febbraio 2011
Università Politecnica delle Marche
Dipartimento di Meccanica
Studio e Ottimizzazione di Prodotto-Processo
La ricerca riguarda lo studio e l'ottimizzazione di processi industriali di produzione al fine di migliorare il
prodotto in termini di prestazioni meccaniche, peso, resistenza a fatica ecc. L'attività si è focalizzata su
processi di stampaggio e di laminazione con particolare interesse verso processi innovativi come
idroformatura di tubi e deformazione incrementale. L’attività del gruppo si è altresì incentrata sullo studio
del processo di stampaggio a caldo di acciai alto-resistenziali. Inoltre è stato studiato ed ottimizzato il
processo di stampaggio ad iniezione, sotto due aspetti principali: la produttività e la qualità del prodotto
finito.
Ancona, 4 febbraio 2011
Università Politecnica delle Marche
Dipartimento di Meccanica
Analisi di Immagine
Ancona, 4 febbraio 2011
L’attività è incentrata sullo sviluppo di tecniche ed algoritmi per l’analisi di immagini digitali, da utilizzare in
processi automatici di controllo qualità. L’obbiettivo è lo sviluppo di strumenti, che sono già stati
implementati, per il controllo di particolari stampati in grado di effettuare controlli non solo di tipo
dimensionale, ma anche estetici e di forma.
Inoltre sono state sviluppate tecniche e apparati sperimentali atti all'acquisizione di forme 3D e alla
misurazione di campi di deformazione attraverso l’analisi di immagine.
Università Politecnica delle Marche
Dipartimento di Meccanica
Ancona, 4 febbraio 2011
Analisi di Immagine
L’attività è incentrata sullo sviluppo di tecniche ed algoritmi per l’analisi di immagini digitali, da utilizzare in
processi automatici di controllo qualità. L’obbiettivo è lo sviluppo di strumenti, che sono già stati
implementati, per il controllo di particolari stampati in grado di effettuare controlli non solo di tipo
dimensionale, ma anche estetici e di forma.
Inoltre sono state sviluppate tecniche e apparati sperimentali atti all'acquisizione di forme 3D e alla
misurazione di campi di deformazione attraverso l’analisi di immagine.
Università Politecnica delle Marche
Dipartimento di Meccanica
Caratterizzazione Materiali
L’attività sperimentale del gruppo di ricerca si è specializzata nello studio del comportamento meccanico dei
materiali con l'obiettivo di caratterizzare il legame costitutivo che esiste tra tensioni e deformazioni. Lo studio è
rivolto a quei materiali che esibiscono comportamenti non lineari come avviene nel caso di metalli sottoposti a
deformazione plastica o di materiali iperelastici e viscoelastici. A partire dalle prove sperimentali, la taratura dei
modelli può essere fatta sia in modo diretto sia in modo inverso utilizzando modelli FEM e algoritmi di
ottimizzazione quali il VFM. A seconda del tipo di caratterizzazione, diversi aspetti sono presi in considerazione:
velocità di deformazione, temperatura, danneggiamento, isteresi.
Ancona, 4 febbraio 2011
Università Politecnica delle Marche
Dipartimento di Meccanica
Analisi Multi-Body
L’attività del gruppo si è incentrata sull’analisi di sistemi meccanici complessi con codici multi-body,
sull’analisi del comportamento dinamico di autoveicoli e motoveicoli, sulla simulazione del
comportamento dello pneumatico e sullo studio del controllo della traiettoria di motoveicoli.
Ancona, 4 febbraio 2011
Incontro U to A – 4 Marzo 2011
Dipartimento di Meccanica – Università Politecnica delle Marche Via Brecce Bianche – 60131 ANCONA - www.meccanica.univpm.it
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GRUPPO DI
MECCANICA
DELLE
MACCHINE
MECCANICA APPLICATA ALLE MACCHINE
PROGETTAZIONE MECCANICA FUNZIONALE
ROBOTICA E MECCATRONICA
DINAMICA DEI VEICOLI
SISTEMI MULTIBODY
MDM
responsabile:
Prof. Ing. Massimo [email protected]
Tel. 071 220 4444
Fax. 071 220 4801
staff:
Ing. Matteo-Claudio [email protected]
Tel. 071 220 4748
Ing. Giacomo [email protected]
Tel. 071 220 4748
www.dipmec.univpm.it/meccanica
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Dipartimento di Meccanica – Università Politecnica delle Marche Via Brecce Bianche – 60131 ANCONA - www.meccanica.univpm.it
Incontro U to A – 4 Marzo 2011
Progettazione di macchine e sistemi meccanici
Analisi e sintesi (cinematica e/o dinamica) di sistemi meccanici
convenzionali o automatizzati
Prototipazione e sperimentazione di sistemi meccanici (strumenti di
simulazione multibody, di analisi FEM, di analisi numerica)
Manipolatori a cinematica parallela a mobilità ridotta (moti di pura
traslazione e di pura rotazione)
Studio dinamico di autoveicoli, convenzionali e di nuova generazione
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Incontro U to A – 4 Marzo 2011
Progettazione di macchine e sistemi meccanici
Robot di pura traslazione
Robot di pura rotazione
Cooperazione
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Incontro U to A – 4 Marzo 2011
Progettazione di macchine e sistemi meccanici
Dinamica verticale di una utility car
con motori “in wheel”
Carichi magnetici e frequenze
proprie dei motori
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Incontro U to A – 4 Marzo 2011
Utilizzo di robot industriali per la sperimentazione di nuove tecnologie di
lavorazione (flessibilità nella produzione, riduzione dei costi):
• formatura incrementale
• flangiatura
• saldatura
Studio di fattibilità di processi industriali convenzionali e innovativi
(strumenti software CAE, strumentazione robotica)
Integrazione di sistemi di visione artificiale in ambito industriale
(controllo qualità, riconoscimento di forme 2D/3D, misura dimensionale,
ispezione di oggetti e navigazione dei robot).
Robotica industriale ed avanzata
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Incontro U to A – 4 Marzo 2011
Robotica industriale ed avanzata
Cella di formatura incrementale
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Incontro U to A – 4 Marzo 2011
Robotica industriale ed avanzata
Flangiatura di lamiere per il settore automotive:
Simulazione del processo
Prove sperimentali
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Incontro U to A – 4 Marzo 2011
Robotica industriale ed avanzata
Sistemi di visione artificiale
• Riconoscimento automatico di oggetti
• Navigazione e applicazioni di pick and
place nello spazio 3D
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Incontro U to A – 4 Marzo 2011
Utilizzo di moderni strumenti di simulazione, continua e ad eventi
discreti, di macchine ed impianti finalizzati a fornire:
• Elementi quantitativi per valutazioni manageriali, per la gestione impianto o la pianificazione della produzione
• Elementi progettuali per la progettazione delle macchine o per la loro integrazione
• Definizione di layout di impianto
• Valutazione dei tempi ciclo di prodotto
• Studio dei flussi di materiale tra le stazioni di lavoro
• Sviluppo delle logiche da assegnare ai macchinari di un impianto
Assemblaggio robotizzato
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Incontro U to A – 4 Marzo 2011
Assemblaggio robotizzato
Progetto europeo IP Leapfrog:
automazione nel settore tessile
Layout di impianto
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Incontro U to A – 4 Marzo 2011
Progettazione di mini dispositivi per applicazioni speciali
Motori “squiggle”Mini piattaforma
di orientamento
Analisi FEM giunto
universale flessibile in
materiale superelastico
Movimentazione di precisione di piccoli strumenti di misura e di strumenti
biomedicali
Incontro U to A - Metodi e Strumenti per il Lean Product Development – 4 Marzo 2011
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Nano-rivestimentie loro applicazioni
Una nuova frontiera della ricerca sui materiali
Marcello Cabibbo
Professore Associato di Metallurgia
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Incontro U to A - Metodi e Strumenti per il Lean Product Development – 4 Marzo 2011
Rivestimenti nano-strutturati & Gruppo di Metallurgia
L’attività UPM nasce dal Progetto EU NoE EXCELL Aprile 2005:
“Network of excellence: to overcome the fragmentation of European research in
multifunctional thin films”
Università Politecnica
delle Marche , Ancona, Italy
Moscow State Institute of Steel and
Alloys ( Technological University), Moscow,
Russia
Institute for Spectroscopy ,
RAN, Moscow , Russia
Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla,
SpagnaUniversity of Nottingham , UK
Université Libre de Bruxelles, Belgium
SH SISTEMI, Osimo, Italia
Technion, Haifa , Israel
Johann Wolfgang Goethe University,
Frankfurt , Germany
CRC HAS Chemical Research
Center of the Hungarian Academy
of Sciences , Budapest, Hungary
Cambridge University , UK
Arcelor- Mittal, Liege, BelgiumUniversità Politecnica
delle Marche , Ancona, Italy
Università Politecnica
delle Marche , Ancona, Italy
Moscow State Institute of Steel and
Alloys ( Technological University), Moscow,
Russia
Moscow State Institute of Steel and
Alloys ( Technological University), Moscow,
Russia
Institute for Spectroscopy ,
RAN, Moscow , Russia
Institute for Spectroscopy ,
RAN, Moscow , Russia
Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla,
Spagna
Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla,
SpagnaUniversity of Nottingham , UKUniversity of Nottingham , UK
Université Libre de Bruxelles, BelgiumUniversité Libre de Bruxelles, Belgium
SH SISTEMI, Osimo, ItaliaSH SISTEMI, Osimo, Italia
Technion, Haifa , IsraelTechnion, Haifa , Israel
Johann Wolfgang Goethe University,
Frankfurt , Germany
Johann Wolfgang Goethe University,
Frankfurt , Germany
CRC HAS Chemical Research
Center of the Hungarian Academy
of Sciences , Budapest, Hungary
CRC HAS Chemical Research
Center of the Hungarian Academy
of Sciences , Budapest, Hungary
Cambridge University , UKCambridge University , UK
Arcelor- Mittal, Liege, BelgiumArcelor- Mittal, Liege, Belgium
Nel 2007 i membri EXCELL fondano il Virtual Institute of Nano Films
V.I.N.F. (www.vinf.eu), con i seguenti scopi:
Integrazione di persone, apparecchiature,…
Ricerca e partecipazione a progetti (EU, regionali,…)
Divulgazione: seminari, conferenze, scuole,…
Trasferimento tecnologico alle industrie
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Incontro U to A - Metodi e Strumenti per il Lean Product Development – 4 Marzo 2011
VINF – ricerca
biocompatible coatings, hard coatings, catalytic converters, hard
disk media and heads, nanoporous membranes, fuel cells, smart
coating, …
Deposizione: PVD; (PE)-CVD; arc deposition; IIAMS; Electro-Spark
Deposition; Electrodeposition; spin & dip-coating,…
Caratterizzazione strutturale: (FEG)TEM-EELS/EDS; (GI)-XRD; (FEG)-
SEM-EDX/EDS, XRF, AES, SIMS, XPS, AFM, STM, SNOM, Raman,
ellissometro, Surface Area and Porosity Analyser, Magnetometro, NMR…
Caratterizzazione meccanica: Micro e Nano-Indentatore, creep tester,
(nano)-scratch test, (nano)-tribometro, Prove di compressione statica,
prove di piegatura (Nakazima),…
Trattamenti: termici (ciclaggio), elettrochimici, ed altro
Il V.I.N.F. attraverso i sui membri dispone di diverse
apparecchiature di deposizione e caratterizzazione
La ricerca dei membri del V.I.N.F. è dedicata ai rivestimenti nano-strutturati
e in particolare:
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Incontro U to A - Metodi e Strumenti per il Lean Product Development – 4 Marzo 2011
Rivestimenti nano-strutturati sintesi• Decorativi (accessori, occhialeria, bigiotteria,
gioielleria, accessori per la casa: posateria,rubinetteria, ecc.)
• Antiusura (accessori, lenti per occhiali,vetri,componenti in plastica, componenti meccaniciecc.)
• Anticorrosione (componenti meccanici metallici,utensili, superfici esposte ad agenti atmosferici,serramenti ecc.)
• Lubrificanti solidi (componenti meccanici inapplicazioni ad alta velocità: valvole, alberi,cuscinetti, turbine, ecc.)
• Autopulenti (rivestimenti per superfici vetrose,lunotti e parabrezza ecc.)
• Antiriflesso (rivestimenti per lenti, vetri, barrieretermiche ecc.)
• Duri (rivestimenti per applicazioni meccaniche:stampi, utensili, lame, punte e punzoni, ecc.)
• Filtro interferenziale (rivestimenti per vetriconduttivi, barriere termiche, ecc.)
• Elettro/foto/termo cromici (rivestimenti per lenti,vetri per aerei, decorazioni luminose, ricoprimentisensibili alla temperatura, ecc.)
• Metalli preziosi (rivestimenti per bigiotteria,gioielleria, posateria, sensori di gas e sostanzetossiche, ecc.)
• Polimerici (per impermeabilizzazioni, protezioni daagenti chimici aggressivi, trattamenti antiaderenti,ecc.)
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Incontro U to A - Metodi e Strumenti per il Lean Product Development – 4 Marzo 2011
Rivestimenti ultra-duri
Sono composti da:
• una matrice ceramica primaria
• nella quale è dispersa una fasesecondaria di cristalliti di dimensioninanometriche
Esempi:
• n-TiN-aSi3N4
• n-TiN-aBN
cristalliti matrice
Nuova tipologia di rivestimenti nano-strutturati con prestazioni di durezza elevatissime
Sono state ottenutedurezze prossime aquelle del diamante
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Incontro U to A - Metodi e Strumenti per il Lean Product Development – 4 Marzo 2011
TiO2
InquinanteH2O, CO2 +
non inquinanti
e-
h+
Rivestimenti cataliticiEsistono rivestimenti che riescono ad accelerare certe reazionichimiche, quali ad esempio quelle che permettono l’abbattimento disostanze/gas inquinanti
Un esempio è rappresentato dal TiO2 le cui capacità catalitiche sonoattivate dalla radiazione elettromagnetica (foto-catalisi): irradiato conuna lunghezza d’onda > 420 nm un elettrone viene eccitato nellabanda di conduzione, rendendo così attiva la particella per ladecomposizione, ad esempio, di inquinanti organici
Immagine TEM di nano-particelle di TiO2
Dal momento che si tratta di una reazione superficiale, l’efficienza aumenta al diminuire della dimensione delle particelle di TiO2; e quindi diviene molto alta nel caso delle nano-polveri
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Incontro U to A - Metodi e Strumenti per il Lean Product Development – 4 Marzo 2011
Applicazioni dei rivestimenti nano-strutturati per imballaggio
• Barriera contro i gas o traspiranti
• Rivestimenti anti-UV
• Ad alta resistenza meccanica e ad alte temperature
• Antimicrobici
Bottiglia in PET rivestita con film
DLC (diamond Like Carbon)
Schema del processo di rivestimento con DLC
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Incontro U to A - Metodi e Strumenti per il Lean Product Development – 4 Marzo 2011
Stampaggio (Al, plastica,…)
I rivestimenti consentono di minimizzare i fenomeni di incollaggio ed usura abrasiva incrementando l’affidabilità del processo
Benefici
Minori interventi di manutenzione
Pulizia più facile dello stampo
Maggiore durata dello stampo
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Incontro U to A - Metodi e Strumenti per il Lean Product Development – 4 Marzo 2011
Attività del Gruppo di Metallurgia
Caratterizzazione meccanica: Micro/Nano-indentazione, formabilità
Hysitron® UBI-1 Nanoindenter
Trattamenti termici:ciclaggio termicoin aria e vuoto
Macchina ciclaggio termico
PHILIPS® CM200 TEM
BURLEIGH
INSTRUMENTS®
Metris-2001 AFM
Caratterizzazione strutturale: TEM, SEM, XRD, AFM
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Incontro U to A - Metodi e Strumenti per il Lean Product Development – 4 Marzo 2011
Sezione TEM sul tal quale e Dopo tratt. termico in aria a 900 °C, 4h.
Evoluzione micro-strutturale di Ti-Cr-B-N (1 m)/Si
sottoposto a trattamento termico in aria.
Sezione TEM sul tal quale e Dopo tratt. termico in aria a 900 °C, 4h
Evoluzione micro-strutturale di Ti-Cr-B-N (1 m)/Si
sottoposto a trattamento termico in aria.
10 100 1000
0.1
1
w (
l) (
nm
)
l (nm)
Topografia e rugosità-lunghezza di un film di Si3N4/Si
x (200nm)/ aisi 304
1 m
Immagine in sezione di Ti-Cr-B-N /Si e misure di E e H.
Indentazione trasversale di un
film di Ti-Cr-B-N/Si
1 m1 m
Immagine in sezione di Ti-Cr-B-N /Si e misure di E e H.
Esempi applicativi
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100x10 mm² CrNx/AISI 304 dopo test Nakazima
48mm
Formabilità dei rivestimenti
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Formabilità dei rivestimenti
Messa in opera della macchina
per la piegatura sulla MTS 810
DIRECT BENDING REVERSE BENDING
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Prove di Torsione a Caldo
Il Torsiometro viene utilizzato per valutare la formabilità a caldo a temperaturevariabili fra 100 e 1300 C, sotto velocità di deformazioni variabili fra 10-3 e 15 s-1.
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Simulazione mediante Codice FEM
Esempio di estrusione
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Laboratorio Prove di Creep
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GRUPPO DI METALLURGIA MECHAMET GROUP
PERSONALE
Prof. S.Spigarelli [email protected] Prof. associato
Prof. E.Quadrini [email protected] Prof. associato
Prof. M.Cabibbo [email protected] Prof. associato
Dr. Ing. M.El Mehtedi [email protected] assegnista
Dr. Ing. P.Ricci [email protected] assegnista
Ing. G. Quercetti dottorando
Ing. A. Di Salvia dottoranda
Sign. D.Ciccarelli [email protected] tecnico
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Gruppo di
Misure Meccaniche e Termiche Università Politecnica Delle Marche
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Composizione del gruppo
Coordinatore: prof. E.P.Tomasini
2 Professori di I fascia;
2 Ricercatori (idonei ProfessoreAssociato);
2 Tecnici Laureati;
3 Assegnisti;
10 Dottorandi;
Ingegneri a contratto;
3 segretarie (part-time + AIVELA)
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Sviluppo ed applicazione di metodi di misura (prevalentemente senza contatto):
1. Misure vibro-acustiche:
1. Vibrometria laser-LDV
2. Analisi modale
3. Intensimetria acustica
4. Tecniche ad array microfonici (beam-forming, olografia acustica, ecc.)
2. Misure mediante visione:
1. Misure di forma 2D e 3D
2. Analisi ed elaborazione immagini (pattern matching, object tracking, ecc.)
3. Tecniche per controlli non-distruttivi:
1. Ultrasuoni senza-contatto
2. Termografia
3. Shearography
4. Misure fluidodinamiche:
1. Particle Image Velocimetry-PIV
2. Laser Doppler Velocimetry-LDA
Le competenze
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Misure per:
1. Sviluppo prodotto
2. Monitoraggio e controllo di processo
3. Controllo di qualità
4. Diagnosi
Settori industriali principali:1. Trasporti (automotive, ferroviario, aeronautica)
2. Elettrodomestico
3. Domotica
4. Legno-arredo
5. Ceramica
6. Vetro
7. Biomedicale e clinica
8. Beni culturali
9. Strutture civili
Ambiti applicativi
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Gli strumenti di finanziamento
• Progetti Europei del 7° PQ
• progetti MIUR- PRIN
• progetto MIUR - INDUSTRIA 2015
• convenzioni con imprese su temi specifici
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INTUBE(2008-2011)“Intelligent Use of Buildings' Energy
Information”
Il Gruppo di Misure sviluppa ed integra un innovativo dispositivo
di visione IR per il monitoraggio termo-energetico di edifici
Implementazione
Tipiche immagini IR
per il controllo
Il concetto del
progetto
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SPORTE2 (2010-2013)“Intelligent management systems to integrate and
control energy generation, consumption and exchange for European Sport
and Recreation Buildings”
Il Gruppo Misure è responsabile dello sviluppo della rete di smart
metering dedicata ed integrata con un sistema di controllo intelligente e
modulare.
Sviluppo del sistema di monitoraggio e
controllo per applicazione modulare a
differente tipologie di impianti sportivi
Ottimizzazione della rete di sensori
Sensors number
minimization
Optimal sensors
disposition
Variables
Measurement
Measurement
accuracyNetwork Area
Coverage
Generation/Consumption
information for optimal
decision
Optimization
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COOL-COVERINGS (2010-2013)“Development of a novel and cost-
effective range of nanotech improved coatings to substantially improve
NIR (Near Infrared Reflective) properties of the building envelope”
Nuove piastrelle ceramiche e vernici con alte proprietà di riflettanza nel
vicino infrarosso, pur non essendo bianche o chiare il Gruppo Misure
sviluppa metodi sperimentali per la verifica della durabilità delle
proprietà di riflettanza
I campi di applicazione
Il concetto
Pitch roof
Water reservoir
Roof Garden
Roof for
pedestrian
access ReroofingReroofing
Roof for
vehicle
access
Pitch roof
Water reservoir
Roof Garden
Roof for
pedestrian
access ReroofingReroofing
Roof for
vehicle
access
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AXIOMA (2010-2014)“Smart release of biocides in finishing materials
for the sector of construction”
Il Gruppo Misure sviluppa procedure di prova e collaudo per materiali
innovativi con proprietà biocide, con lo scopo di replicare in laboratorio
condizioni di carico termo-igrometriche tipiche di bagni e cucine
At: Tms, HRms= T*m, HR*m
FUNGI / ALGAE GROWTH → ENZYME RELEASE
into the material
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TRANS-IND (2010-2014)“New Industrialised Construction
Process for transport infrastructures based on polymer composite
components”Il Gruppo Misure sviluppa ed integra nel ciclo produttivo tecniche
avanzate per controlli non distruttivi mediante ultrasuoni, termografia e
shearografia
Esempio di mappa ad ultrasuoni
Nuovi
componenti ad
alto spessore e
complessità
Deck
Beam
Diaphragm Stiffeners
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GRACE(2010-2013)“Integration of process and quality
control using multi-agent technology”
sviluppo di sistemi di misura senza contatto flessibili ed
adattativi per controllo di qualità in linea
Visione robotizzata e illuminazione
adattativa
Sistema di controllo multi-agente
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PRIN 2008“Metodologie diagnostiche per sistemi eolici”
Sviluppo di nuove tecniche di misura acustiche,
vibrazionali e fluiddinamiche per la caratterizzazione e la
diagnostica di sistemi eolici
Deformata vibrazionale della pala in
rotazione
Emissione
acustica di ogni
singola pala
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CREDO (2006-2009)“Cabin Noise Reduction by Experimental
and Numerical Design Optimization”
Sviluppo di nuove tecniche di misura acustiche basate su array di
microfoni per ambienti riverberanti, quali le cabine di aerei ed
elicotteri
Simili tecniche sono applicabili anche ad altri
settori, quali ad esempio gli elettrodomestici
Array a due strati applicato per la
misura sul finestrino
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CleanSky WENEMOR “Wind Tunnel Tests for the Evaluation of
the Installation Effects of Noise Emissions of an Open Rotor
Advanced Regional Aircraft”
Galleria del Vento “Pininfarina”
Emisione acustica del modello di aereo
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ULTERIORI INFORMAZIONI
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Tecnologie Meccaniche flessibili per il Lean Manufacturing
Attività di ricerca del gruppo di:
“Tecnologie e Sistemi di Lavorazione”
(ING-IND/16)
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Principali attività di ricerca
• Processi di fabbricazione quali:
– le tecniche di fonderia
– le lavorazioni per deformazione plastica su diversi materiali(compositi, superleghe di nichel, leghe di alluminio e leghe dimagnesio) eseguite sia a freddo che in temperatura
– le lavorazioni per asportazione di truciolo (tornitura e fresaturadi acciai temprati)
– le tecniche di giunzione mediante saldatura allo stato solido(friction stir welding)
• Controllo dei processi di fabbricazione affrontato utilizzandometodi basati sia sull’uso di tecniche di intelligenza artificiale che dicontrollo statistico
• Sistemi di lavorazione (linee e sistemi flessibili di produzione)trattati con l’ausilio di software di simulazione a eventi discreti
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Principali attività di ricerca: processi di fabbricazione di materiali metallici
• Formabilità plastica e sviluppo di leggi costitutive
• Valutazione delle condizioni di attrito nelle lavorazioniper deformazione plastica
• Lavorazioni per deformazione plastica di pezzi massivi
• Lavorazioni per deformazione plastica di lamiere
• Lavorazioni per asportazione di truciolo ecosostenibili
• Friction Stir Welding e studio della formabilità plasticaresidua dei giunti saldati
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Principali attività di ricerca: Lavorazioni per asportazione di truciolo ecosostenibili di acciai temprati
Wet Dry
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Principali attività di ricerca: Simulazioni FEM di operazioni di stampaggio massivo
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Principali attività di ricerca: Simulazioni FEM di operazioni di stampaggio massivo
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Principali attività di ricerca: Simulazioni FEM di operazioni di stampaggio massivo
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Incontro U to A - Metodi e Strumenti per il Lean Product Development – 4 Marzo 2011
Principali attività di ricerca: Simulazioni FEM di operazioni di stampaggio massivo
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Incontro U to A - Metodi e Strumenti per il Lean Product Development – 4 Marzo 2011
Principali attività di ricerca:Formabilità plastica di lamiere in leghe di Al e di Mg
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0.8
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Principali attività di ricerca:Formabilità plastica di lamiere in leghe di Al e di Mg
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Principali attività di ricerca:Formabilità plastica di lamiere in leghe di Al e di Mg
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Principali attività di ricerca:Friction stir welding di leghe di Al e di Mg
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R.S. A.S.
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rotational speed / welding speed rev/min]
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Principali attività di ricerca: Applicazione delle reti neurali nella compensazione del ritorno elastico nei processi di piegatura di lamiere
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Principali attività di ricerca: Applicazione delle reti neurali nella compensazione degli errori termici nelle macchine utensili
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Incontro U to A - Metodi e Strumenti per il Lean Product Development – 4 Marzo 2011
Principali attività di ricerca: Simulazione di sistemi di produzione mediante software ad eventi discreti
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Laboratorio di Tecnologie e Sistemi di Lavorazione
Attrezzature:
• Macchina di prova universale (25 t)
• Pressa meccanica (350 t)
• Forni (ad induzione e a resistenza) per prove di trazione, compressione,fatica e formabilità plastica a caldo
• Centro di lavoro CNC
• Attrezzature per prove di formabilità plastica di lamiere
• Attrezzature per prove di valutazione dell’attrito
• Attrezzature per prove di Friction Stir Welding
Software:
• Software per lo studio dei sistemi di produzione ad eventi discreti
• Software per la simulazione FEM dei processi di fonderia, delle lavorazioniplastiche e dei processi di asportazione di truciolo
• Software ANN
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Contatti
• Prof. Ing. Filippo Gabrielli ([email protected])
• Prof. Ing. Archimede Forcellese ([email protected])
• Ing. Carlo Bruni ([email protected])
• Ing. Michela Simoncini ([email protected])
• Ing. Massimiliano Pieralisi ([email protected])