Nuovi sistemi per battere la concorrenza nella produzione
La domanda di cicli di progettazione più brevi potrebbe minacciare la precisione degli strumenti e la qualità dei prodotti, evidenziando la necessità di nuovi materiali e tecniche. Le soluzioni possono venire da un campo relativamente nuovo della tecnica chiamato meccatronica. La meccatronica è basata sulla forza comune di meccanica, elettronica e informatica, che si si inseriscono nella progettazione e produzione dei prodotti per ottimizzarne la funzionalità. Grazie al finanziamento del progetto HYMM, gli scienziati europei desideravano sviluppare nuovi materiali smart per utensili da utilizzare in economiche strutture meccatroniche per la produzione. I materiali smart sono quelli che rispondono in modo "intelligente" all'ambiente, un po' come fa un organismo vivente. Essi sono largamente utilizzati nei sensori e attuatori (dispositivi che producono un'azione in risposta a un segnale). La meta finale era la possibilità di ottenere sistemi di lavorazione a macchina smart, flessibili e veloci, in grado di ridurre drasticamente il tempo di lavorazione e aumentare la precisione. Gli scienziati hanno sviluppato strumenti di simulazione meccatronici per valutare le prestazioni dei concetti progettuali. Utilizzando il software, i ricercatori hanno studiato e quindi prodotto un composito ibrido consistente in un nucleo ondulato unito a una matrice di polimero rinforzato con fibra di carbonio (CFRP). Tale materiale composito è stato utilizzato per produrre una parte di macchina (un telaio) il cui peso era la metà rispetto alla controparte tradizionale. Le aumentate capacità di smorzamento delle vibrazioni dimostrate da tale parte sono cruciali per aumentare l'accelerazione assiale, e di conseguenza la velocità di lavorazione, senza perdite di precisione. Lo sviluppo dell'hardware e software di controllo per il comando smart delle strutture meccatroniche ha fornito l'anello finale alla catena di costruzione di un prototipo dimostrativo di telaio, realizzato in materiale CFRP e integrante sensori smart in fibra ottica a reticolo di Bragg (FBG). Un modello software ha consentito di predire la deriva della punta degli utensili in varie condizioni di carico statico e termico, sulla base di dati in tempo reale forniti dal sensore e dalle conseguenti capacità di adattamento "smart". Le strutture meccatroniche sviluppate dal team HYMM evidenziano un peso minore e migliori prestazioni rispetto ai normali utensili per la lavorazione a macchina. Sul lungo termine, il continuo affinamento di materiali, processi e software di controllo ha anche il potenziale di ridurre drasticamente i costi, fornendo un'importante spinta all'industria manifatturiera europea minacciata da un'aumentata concorrenza internazionale.
