Descripción del proyecto
Nuevos modelos para mejorar el diseño de compuestos resistentes impresos
Los procesos de fabricación por adición y de colocación automatizada de fibras provocaron el nacimiento de un nuevo tipo de materiales reforzados con fibras: los compuestos de arrastre de ángulo variable (VAT, por sus siglas en ingles). La ubicación de VAT permite que la orientación de las fibras cambie con la posición en todo el plano de la chapa, lo que genera diferentes propiedades de rigidez. Esto facilita la creación de diseños personalizados de compuestos en materia de rigidez y resistencia a la deformación. Sin embargo, para conservar la integridad de las fibras es necesario tener la combinación adecuada de temperatura, velocidad, radio de curvatura y presión durante el proceso de impresión. Para solucionar este problema, el proyecto PRE-ECO, financiado con fondos europeos, desarrollará nuevos modelos para describir los compuestos VAT —desde una fibra-matriz a una escala de componentes— y nuevos modelos de aprendizaje automático para la identificación de defectos. Los nuevos métodos de PRE-ECO reducirán en gran manera los errores estructurales de los compuestos durante la impresión.
Objetivo
Additive manufacturing and Automated Fibre Placement (AFP) processes brought to the emergence of a new class of fibre-reinforced materials; namely, the Variable Angle Tow (VAT) composites. AFP machines allow the fibres to be relaxed along curvilinear paths within the lamina, thus implying a point-wise variation of the material properties. In theory, the designer can conceive VAT structures with unexplored capabilities and tailor materials with optimized stiffness-to-weight ratios. In practise, steering brittle fibres, generally made of glass or carbon, is not trivial. Printing must be performed at the right combination of temperature, velocity, curvature radii and pressure to preserve the integrity of fibres. The lack of information on how the effect of these parameters propagates through the scales, from fibres to the final structure, represents the missing piece in the puzzle of VAT composites, which today are either costly or difficult to design because affected by unpredictable failure mechanisms and unwanted defects (gaps, overlaps, and fibre kinking).
This proposal is for an exploratory study into a radical new approach to the problem of design, manufacturing and analysis of tow-steered printed composite materials. The program will act as a pre-echo, a precursor, to: 1) implement global/local models for the simulation and analysis of VATs with unprecedented accuracy from fibre-matrix to component scales; 2) develop a (hybrid) metamodeling platform based on machine learning for defect sensitivity and optimization; and 3) set new rules and best-practices to design for manufacturing. A 5-year, highly inter-disciplinary programme is planned, encompassing structural mechanics, numerical calculus, 3D printing and AFP, measurements and testing of advanced composites, data science and artificial intelligence, and constrained optimization problems to finally fill the gap between the design and the digital manufacturing chain of advanced printed materials.
Ámbito científico
- natural sciencescomputer and information sciencesdata science
- engineering and technologymaterials engineeringcomposites
- engineering and technologymechanical engineeringmanufacturing engineeringadditive manufacturing
- natural sciencescomputer and information sciencesartificial intelligencemachine learning
Programa(s)
Régimen de financiación
ERC-STG - Starting GrantInstitución de acogida
10129 Torino
Italia