Studio sperimentale di tecnologie per la microformatura di materiali metallici

In recent years miniaturization has received much attention and the study of new processes plays a strategic role in the production of complex structures, devices and systems on the scale of micrometers. They find applications in automotive industry, biomedical industry, electronics, telecommunications, industrial and environment monitoring, aerospace. This thesis aims to study microforming processes and to design and construct a micromachine for sheet metal forming. The first problem to consider is related to the workpiece material, in particular anisotropy and behaviour under micromachining. Moreover, the die fabrication is surely a key factor for the definition of micro-sheet forming processes. Several techniques are suitable for the micro-die fabrication, but at present it is still object of research. In this study micro-dies were fabricated by conventional and laser technologies. At first, the punches were driven by a universal material testing machine and a sheet of aluminum, 20 μm thick, was punched. Experimental results pointed out the difficulties to tackle when conventional technologies are applied for micromaching and the importance of defining new concepts of micromachine. In this study a micromachine for metal forming was design and build taking into consideration the experimental results. Further studies may regard the integration of knowledge acquired in metal microforming and polymer micromoulding, to product components made of both materials, for electronic applications.

Nell’ultimo decennio il settore industriale ha mostrato particolare interesse per la miniaturizzazione dei prodotti. In risposta a tale esigenza la ricerca si è orientata verso lo studio di nuovi processi per lo sviluppo di microprodotti ad alto contenuto tecnologico, nei settori più vari, dal biomedicale, all’elettronica, alla meccanica. In questo contesto si inserisce la presente attività di dottorato, che si pone l’obiettivo di studiare i processi di microforming, nonché progettare e fabbricare una micromacchina in grado di effettuare tali lavorazioni su fogli metallici. La prima problematica da affrontare nell’effettuare una microlavorazione è legata al materiale, alle eventuali anisotropie e al fatto che il suo comportamento non sia semplicemente scalabile a partire dal livello macroscopico. Aspetto fondamentale riveste, inoltre, la realizzazione degli stampi. La fabbricazione di questi ultimi è attualmente ancora oggetto di ricerca e purtroppo lontana da ogni anche minima realtà commerciale, sebbene diverse siano le tecnologie che possono essere impiegate a tale scopo. Tale aspetto è stato affrontato ricorrendo alle tecnologie tradizionali e alla tecnologia laser, mediante le quali sono stati realizzati gli stampi impiegati nella sperimentazione. Questi, movimentati mediante macchina per prove meccaniche, hanno consentito di tranciare fogli di alluminio di spessore 20 μm. Lo studio dei parametri che maggiormente influenzano il processo è stato, infatti, condotto inizialmente impiegando macchinari macroscopici e stampi microscopici ed ha permesso di effettuare le scelte di progettazione della micromacchina, in termini di: telaio, sistema di movimentazione e cella di carico. Sono stati analizzati differenti processi di microformatura, mettendo in luce le notevoli problematiche che si incontrano nel tentativo di adattare al micromondo le conoscenze e le tecnologie tradizionali. I processi di microlavorazione non sono per forza associati a dei microsistemi, i quali anzi presentano problematiche ulteriori connesse alla miniaturizzazione delle parti e alla disponibilità sul mercato di un qualunque accessorio. Dallo studio è emerso quanto siano necessari, al fine di poter assistere ad una vera diffusione di queste tecnologie, concetti di macchina del tutto innovativi e nuove idee per la realizzazione di utensili che permettano di andare oltre al semplice, e spesso inefficace, adattamento al campo del micron delle macchine e degli utensili tradizionalmente usati. Ulteriori sviluppi dello studio possono essere individuati nell’impiego di stampi caratterizzati da maggiore precisione e nella integrazione delle competenze acquisite nella formatura di metalli e di polimeri per la realizzazione di microcomponenti costituiti da entrambi i materiali, di particolare interesse per il settore dell’elettronica.