Meccanica Magazine n. 4

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I ricercatori DMEC hanno sviluppato delle soluzioni innovative
per la produzione di componenti in lega di alluminio con superfici
biomimetiche, che si ispira alle squame del branzino.
Il progetto Levrek (branzino in turco) si propone di ricreare le squame
del branzino sul bulbo del timone della barca a vela del Polimi Sailing
Team. Il progetto ambisce a migliorare le caratteristiche strutturali
del componente, riducendone il peso utilizzando tecniche di
fabbricazione additiva e contemporaneamente migliorarne le
caratteristiche fluidodinamiche lavorando alla trama della sua
superficie. I ricercatori hanno modellato le caratteristiche naturali
del pesce in ambiente digitale, condotto analisi parametriche
usando un approccio CFD (Computational Fluid Dynamics o
fluidodinamica computazionale) per valutarne la performance e
scegliere le proporzioni della squama più efficienti.
Le squame metalliche, dopo una fase di ottimizzazione della
topologia, sono state prodotte mediante fusione laser a letto di
polvere, una tecnica di produzione additiva (AM) strato per strato
e applicate su un bulbo del timone. Questa ricerca si inserisce
perfettamente negli obiettivi dei Dipartimenti di Eccellenza nel
progetto LIS4.0, dove il focus è sulle strutture Lightweight e Smart.
La ricerca ha richiesto un team multidisciplinare composto da
esperti di vela, CFD e AM. Alessandro Scarpellini, il leader del Polimi
Sailing Team ha lavorato insieme al Dr. Paolo Schito e al Prof. Ali
Gökhan Demir. Per il design innovativo è stato condotto un primo
studio sull’idrodinamica delle squame del branzino, individuando la
dimensione ottimali della squama in modo da ridurre la resistenza
Tra natura e ingegneria:
la produzione additiva per componenti
innovativi ed efficienti per
applicazioni nautiche
fluidodinamica del bulbo del timone. In primo luogo, i ricercatori
hanno modellato le squame dei pesci in un ambiente CAD: questo
ha permesso di individuare diverse dimensioni di squama da testare
in ambiente CFD utilizzando il framework opensource OpenFOAM
sull’infrastruttura High-Performance Computer (HPC) CFDHub.
Oltre ad aver individuato le dimensioni più performanti, i ricercatori
hanno determinato l’influenza della rugosità della superficie e della
velocità dell’imbarcazione. In seguito, l’attenzione si è concentrata
sulla realizzazione del componente: il processo di fabbricazione
additiva del metallo scelto è la fusione laser a letto di polvere e il
materiale è una lega AlSi7Mg0.6. Il bulbo del timone è stato quindi
ottimizzato topologicamente per ridurre il peso del componente. La
squama del pesce scelta è stata integrata alla superficie del bulbo.
Il componente è stato prodotto utilizzando una stampante Trumpf
TruPrint 3000 presso AddMe.Lab. Il risultato è un bulbo del timone
tra i primi nel suo genere, ovvero un componente metallico con
ottimizzazione topologica che incorpora superfici bioispirate.
I risultati di questa ricerca possono aprire la strada a nuove
applicazioni navali per migliorare le prestazioni delle imbarcazioni
in navigazione e allo stesso tempo alleggerirne i componenti. Dopo
attenta revisione, gli stessi sono stati pubblicati su una rivista
scientifica. Grazie alla sua innovatività, il lavoro svolto è stato
apprezzato anche dal mondo dell’industria che ha deciso di premiare
Alessandro Scarpellini: il giovane team leader ha vinto il Premio Tesi
UCIMU dall’Associazione Costruttori Italiani di Macchine Utensili,
Robot, Sistemi di Automazione e Prodotti Ausiliari.
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