Tecnologia delle strutture cellulari

Porosity in dense engineering materials is often undesirable for load-bearing applications. However, porosity is highly beneficial for weight and cost reduction, damping, thermal insulation and specific strength. Moreover, porous materials are extensively used in several industrial applications: automotive, aeronautics, and naval. In the last years, the attention has been focused on new materials because of the combination of high performances and low weight. Cellular materials were initially produced by means of organic compounds: recently, technologies for the processing of metallic cellular materials have been introduced as well. In the present work, a new foaming process is described for thermosetting resins. Uncured resin tablets are fabricated by pressing commercial powders in a steel mould at room temperature, and used as foam precursors. The tablets foam when heated in a muffle at high temperature. No blowing agent is added as the foaming mechanism depends on the uncured resin boiling point. The foaming temperature is set to be high enough to rapidly produce the resin boiling but not excessive to avoid the thermal degradation. During boiling, the resin polymerizes and the bubbles froze in the final structure. By means of this technology, composite and nano-composite foams may be produced as well. In fact, before compaction, the resin powder may be easily mixed with several fillers such as ceramic or metallic micro and nano-particles. As regards the aluminium foams, a new foaming technology was also proposed to produce open-cell aluminium foams by “replication”. Particularly, the process consisted of four main steps: the preparation of a pre-form of sodium chloride (NaCl); the infiltration of the pre-form with molten aluminium; the metal solidification; the water dissolution of the salt. Coarse NaCl grains were used to produce the pre-forms and the mechanical properties of the solidified foams were evaluated. In conclusion, a different method to shape commercial metallic foam panels was proposed by using a diode laser. Open- and closed-cell panels were laser bent and the effect of the main process parameters (laser power and scan velocity) on the bending efficiency was investigated. As a result, a very good formability was observed for the laser processed panels.

La porosità nei materiali utilizzati a scopi ingegneristici è spesso indesiderata per applicazioni strutturali. Tuttavia, la porosità offre notevoli vantaggi in termini di leggerezza, riduzione dei costi di produzione, smorzamento, isolamento termico e energia specifica. Inoltre, i materiali porosi sono ampiamente utilizzati in molteplici applicazioni industriali in diversi settori quali: automotive, aeronautico e navale. Negli ultimi anni, l’attenzione è stata rivolta a questa particolare classe di materiali in quanto combinano alte performance e basso peso. I materiali cellulari, generalmente, sono prodotti attraverso la combinazione di materiali organici. Tuttavia, recentemente, sono state introdotte anche tecnologie per la produzione di materiali cellulari a base metallica. Nel presente lavoro è stata descritta una nuova tecnologia di schiumatura per resine termoindurenti. Una resina non curata sotto forma di polvere viene compattata a freddo in uno stampo di acciaio e usata come precursore. La pasticca, quindi, viene scaldata in un forno a muffola ad alta temperatura per ottenere la schiuma. Nessun agente schiumante è stato introdotto in quanto il meccanismo di formazione della schiuma dipende solamente dal punto di ebollizione della resina non curata. La temperatura di schiumatura viene impostata per essere alta a sufficienza da raggiungere velocemente la temperatura di ebollizione della resina ma non così alta da provocare fenomeni di degrado. Durante l’ebollizione, la resina polimerizza e le bolle rimangono intrappolate nella forma finale. Attraverso questa tecnologia, possono essere prodotti sia compositi che nano-compositi. Infatti, prima della compattazione, la resina in polvere può essere miscelata con diversi tipi di rinforzo ceramici o metalli micro o nano-particellari. Per quanto riguarda le schiume di alluminio, è stata proposta una nuova tecnologia di schiumatura per produrre schiume a celle aperte di alluminio attraverso la “replicazione”. Il processo consiste in quattro step fondamentali: la preparazione della preforma di cloruro di sodio (NaCl); l’infiltrazione dell’alluminio fuso nella preforma di sale; la solidificazione del metallo; la dissoluzione del sale in acqua. Per la produzione della preforma è stato utilizzato un sale grosso e successivamente sono state studiate le caratteristiche meccaniche della schiuma di alluminio ottenuta. In conclusione, è stato proposto, inoltre, un metodo alternativo per piegare le schiume di alluminio reperibili in commercio utilizzando un laser a diodi. Pannelli a celle aperte e chiuse sono stati piegati al laser ed è stata studiata l’influenza dei principali parametri di processo (potenza laser e velocità di scansione) sull’efficienza di piegatura. Attraverso le prove condotte si è potuto constatare come il laser sia capace di formare agevolmente i pannelli senza provocare danneggiamenti al campione.