 |
Monia MONTORSI
Professore Associato
Dipartimento di Scienze e Metodi dell'Ingegneria
|
Insegnamento: Materiali per l'Industria Digitale e Creativa
Ingegneria gestionale (Offerta formativa 2022)
Obiettivi formativi
Il corso intende fornire allo studente le nozioni relative ai materiali innovativi per applicazioni smart nell’industria digitale e creativa. L’industria manifatturiera per essere competitiva dovrà promuovere lo sviluppo e impiego di prodotti ad hoc per specifica funzione in ambiti quali energia, elettronica e telecomunicazioni, mobilità, salute, fashion e moda, architettura sostenibile e ambiente.
Ad esempio, per salvaguardare la proprietà intellettuale del produttore, i materiali dovranno contenere l’impronta digitale virtuale ed essere attivati solo su licenza. Un esempio è rappresentato da finiture superficiali invisibili, basate su inchiostri nano-strutturati, che possono essere integrate nel packaging per tracciare i prodotti; plastiche a km 0 che possono essere prodotte in casa e ricavate dagli scarti, oppure circuiti elettronici stampabili e materiali da costruzione in grado di ridurre l’inquinamento dell’aria. Inoltre, il tema della manutenzione predittiva degli impianti ad oggi è fortemente connesso a quello dei materiali intelligenti ed alla loro capacità di fungere da sensori o addirittura di auto ripararsi.
Due saranno le macroaree principali:
• materiali innovativi, sintetizzati in laboratorio, per avere caratteristiche meccaniche, fisiche e chimiche particolari;
• materiali intelligenti, che nascono con la proprietà di poter cambiare in modo autonomo le proprietà fisiche, chimiche e meccaniche in funzione di stimoli esterni, in modo da poter monitorare, modificare e comunicare nell’ambiente in cui sono utilizzati (percezione reazione, autoriparazione).
Il corso vuole fornire supporto ai nuovi Ingegneri che dovranno gestire processi produttivi e impianti sempre piu’ digitalizzati dove i materiali innovativi svolgeranno un ruolo chiave nella comunicazione con il mondo esterno. Inoltre per la parte creativa saranno fornite competenze relative ai principali materiali e tecnologie impiegate nella produzione tessile e del comparto moda oltre che costruzioni ecosostenibili.
Più in particolare gli obiettivi di apprendimento attesi a seguito del completamento del corso e superamento del relativo esame sono, con riferimento ai descrittori di Dublino, i seguenti:
1. Conoscenza e comprensione dei fenomeni chimico-fisici alla base delle proprietà finali del materiale (termiche, meccaniche etc)
2. Conoscenza e comprensione delle tecniche di produzione e delle proprietà finali dei materiali elettrici
3. Conoscenza e comprensione delle tecniche di produzione e delle proprietà finali dei materiali ottici
4. Conoscenza e comprensione delle tecniche di produzione e delle proprietà finali dei materiali magnetici
5. Conoscenza e comprensione delle tecniche di produzione e delle proprietà finali dei materiali tessili
6. Smart materials per specifiche applicazioni hi tech.
7. Aspetti inerenti alla salute e sicurezza nell’ambito della progettazione con particolare riferimento alla sostenibilità ambientali. 8. Casi di studio tecniche di progettazione dei materiali con simulazioni applicative e attività progettuali in collaborazione con aziende del settore. Materiali compositi rinforzati con tessuto in medicina e per applicazioni sportive
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
9. capacità di elaborare un progetto inerente ad una delle tematiche affrontate durante il corso applicando le conoscenze di base dei materiali, includendo ipotesi di miglioramento del processo produttivo per rispondere ad esigenze di mercato.
Prerequisiti
basi di chimica e fisica applicata
Programma del corso
1) Principali classi di materiali. Struttura della materia e correlazione con le proprietà dei materiali ceramici, metallici, plastici e compositi. Principali definizioni e tecniche di produzione convenzionali. Stampa digitale dalla decorazione (tessile e ceramica) alla produzione 3D. Additive Manufacturing. Materiali a memoria di forma. Materiali strutturali per automotive ed edilizia. Materiali di origine naturale e biomimetici.
2) Materiali elettrici, ottici e magnetici. Sensori, OLED, sensori e attivatori piezoelettrici. Funzionalizzazioni di superfici trasparenti e non (sistemi di visione). Tecniche di deposizione. Film sottili. Nanomateriali. Tecniche di produzione di dispositivi elettronici. Caratterizzazione dei materiali semiconduttori. Metodi per lo studio delle superfici. Materiali per l’ottica non lineare. Cenno alla spettroscopia ottica. Materiali per sistemi laser. Fluorescenza e fosforescenza. Materiali magnetici.
3) Materiali tessili. Definizioni e classificazione. Principi di base dell'ingegneria tessile. Dalle fibre naturali a quelle sintetiche: sviluppo, proprietà e strategie di produzione. definizione e differenze. Analogie con i sistemi biologici. Progettazione tessile di tessuti e lavorati a maglia: processi, problematiche in carico alla progettazione ed esempi di applicazioni pratiche di progettazione. Tecnologie di produzione, finitura e colorazione. Controlli qualità. Esempi di materiali sensibili agli stimoli (smart textiles).
4) Salute, sicurezza e aspetti ambientali. Tecnologie sostenibili ed eco-compatibile per la produzione. Standard ed etichette, etichette ambientali ed ecologiche dei materiali.
5) Applicazioni e casi di studio: tecniche di progettazione dei materiali con simulazioni applicative e attività progettuali in collaborazione con aziende del settore. Es: Materiali compositi rinforzati con tessuto in medicina e per applicazioni sportive.
Metodi didattici
ll corso prevede lezioni teoriche, seminari tematici e visite guidate presso stabilimenti produttivi oltre all'uso di strumenti analitici per la progettazione di materiali e ottimizzazione di processo. Gli studenti verranno informati delle attività mediante i canali ufficiali (TEAMS. mail etc) e materiale di supporto sarà disponibile sulla piattaforma TEAMS
Testi di riferimento
1. Manuale dei Materiali per l'Ingegneria, a cura di AIMAT, McGraw-Hill, Milano 1996
2. W.F. Smith, Scienza e Tecnologia dei Materiali, McGraw-Hill, Milano1995
3. comportamento meccanico dei materiali, P.Davoli, A. Bernasconi, M. Filippini, S. Foletti, McGraw-Hill, 2005 4. Tecnologia e Innovazione per l’industria tessile, Maria Grazia Soldati, Angelo Sabbioni, Lupetti- Editori di comunicazione, 2012. 5. Fibre tessili: Struttura, caratteristiche, proprietà, Ferruccio Bonetti, Stefano Dotti, Giuseppe Tironi, Tecniche Nuove, 2012. 6. G.L. Baldo, M. Marino, S. Rossi (2005) - Analisi del Ciclo di Vita - LCA - Materiali, Prodotti, Processi; Edizioni Ambiente, Milano
Verifica dell'apprendimento
L’esame prevede:
1. La valutazione di un’attività progettuale svolta in gruppi di due o tre persone con tema un approfondimento (indicati negli obiettivi di apprendimento da 1 a 8) o un caso applicativo di una delle tematiche affrontate durante il corso. La valutazione sarà fatta a seguito di un’esposizione di gruppo in una giornata dedicata all’esposizione di tutti i lavori prevista a fine corso. Particolare enfasi sarà data a chi deciderà di sostenere l’esposizione e relative domande/ chiarimenti in lingua inglese. Particolare riscontro sarà dato a chi durante questo elaborato progettuale coinvolgerà in modo autonomo aziende del comprensorio.
2. Una prova orale o scritta in funzione del numero di partecipanti volta a verificare il conseguimento da parte dello studente degli obiettivi di apprendimento 1-8. Durante la prova orale sono rivolte allo studente 3 domande così distribuite:
D1) Concetti inerenti una categoria di materiali: scienza e tecnologia applicata, analisi dei fondamenti correlati alle proprietà finali (obiettivi di apprendimento 1, 3-6)
D2) Attività progettuale.(obiettivo 9)
Il voto è il risultato della media pesata delle valutazioni delle due componenti dell’esame con i seguenti pesi:
- Attività progettuale 2/12 (16% del punteggio positivo a superamento esame)
- Prova orale o scritta 10/12 (84% del punteggio a esame superato)
Risultati attesi
(1) Conoscenza e capacità di comprensione
Comprendere i fenomeni chimico fisici che regolano le proprietà finali dei materiali in tutti gli ambiti analizzati dalle classi generali di materiali a quelli compositi e smart (1-7 obiettivi). Conoscenza e comprensione delle principali metodologie di produzione e relativi processi.
(2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Nella fase di preparazione dell’attività progettuale è possibile introdurre revisioni critiche su processi attuali e eventuali ipotesi di miglioramento
(3) Autonomia di giudizio
Gli studenti saranno in grado di fare valutazione autonome sulle attuali metodologie di produzione e valutarne gli aspetti positivi e quelli da migliorare.
(4) Abilità comunicative
L’esposizione orale del progetto finale rappresenta un metodo per migliorare la propria capacità di comunicazione, sintesi ed esposizione di una idea progettuale. Tale esposizione puo’ essere svolta in inglese con annesso miglioramento della capacità di comunicazione in un’altra lingua.
(5) Capacità di apprendimento
L’insegnamento fornisce le basi per ulteriori approfondimenti su temi di materiali e processi di produzione.