TOMOGRAFIA A RAGGI-X PER FIBRA COMPOSITI E POLIMERICI RINFORZATI

Nonostante questi vantaggi, la possibilità di rottura di questi materiali è tipicamente improvvisa a causa di cedimenti nelle fibre, nella resina o nella loro combinazione.

Uno dei nuovi strumenti adottati per prevenire questi difetti è la Micro Tomografia ad alta risoluzione, per valutare lo stato della microstruttura e l'evoluzione del danno in funzione dello stress meccanico.

Radiografia ad alta risoluzione e le immagini tomografiche di fibre di vetro e compositi in fibra di carbonio possono essere analizzati con risoluzioni eccezionali nella scala del micron.

                          

                     

                                         "Micro Tomografia immagini ad alta risoluzione su materiale composito"                           "Componente composito analizzato"                                   

Le immagini possono essere analizzate per visualizzare la disposizione delle fibre dei campioni nelle tre dimensioni del volume.

Inoltre, possono essere testati campioni in fibra di vetro trattati su macchina di trazione e utilizzando la tomografia a raggi-X per visualizzarne la deformazione sui campioni in funzione delle sollecitazioni applicate.

La microstruttura dei materiali compositi polimerici può influenzare significativamente le sue proprietà funzionali complessive come la sua resistenza meccanica, elettrica e termica di conducibilità.

Fattori che includono il numero totale di fibre nella matrice, diametro, lunghezza, l'orientamento delle fibre, l'adesione dell'interfaccia con il polimero della matrice e la struttura dei pori influenzano la proprietà del campione esaminato.

La micro-tomografia può produrre immagini con una sufficiente risoluzione per studiare compositi con caratteristiche che includono fibre di piccolo diametro fino a pochi nm.

                        

"Micro Tomografia - Visione delle fibre da diverse angolazioni"

L'analisi di 2D o 3D può fornire una descrizione accurata della microstruttura, come rapporto volume fibra, distribuzione e orientamento delle fibre.

         

"Micro Tomografia - analisi e disposizione delle diverse fibre che lo conpongono"

La valutazione della microstruttura sotto stress meccanico è interessante per sviluppare una comprensione della frattura e della fatica di comportamento registrata su questi materiali.

Inoltre, il sistema di prova di trazione può essere studiato per comprendere l'evoluzione del danno e le caratteristiche micro-strutturali come la funzione dello stress meccanico.

La diffusione dei raggi X e la microscopia ottica sono state utilizzate per studiare il meccanismo di deformazione del polipropilene in cui il comportamento di deformazione si pensa che dipenda dalla fase cristallina, dalla dimensione della sferulite e dalla disposizione lamellare.

"Micro Tomografia - Visione lamellare e porosità"

Nel settore automobilistico, le parti composite tradizionali sono realizzate con tessuti 2D convenzionali e discreti preforme utilizzando tecniche di sovrapposizione manuale.

Gli svantaggi associati a queste tecniche includono sovrapposizione del tessuto, con spessori non uniforme, discontinuità delle fibre e richiedono molto tempo.

Le strutture in tessuto 3D possono essere realizzate mediante tessitura, intreccio e/o lavorazione a maglia, ma nel caso della tessitura dei compositi fibrorinforzati è la più consigliata.

                 

" Foglio di materiale effettuato con tessitura a intreccio"

Le basi delle strutture 3D sono state affermata da tempo nel settore tessile, lo sviluppo è iniziato negli anni '70 ma i progressi nell'uso di tessuti 3D nei compositi iniziarono a essere ampliati negli anni '80.

Tessuto 3D, è una variante del processo di tessitura 2D ed è un'estensione della nota tecnica di realizzazione di tessuti a doppio e triplo strato.

La tessitura 3D consente la produzione di tessuti fino a 10 cm di spessore o più.

Nel caso di tessuti 3D, fibre, filati o stoppe posti nell'attraversare la direzione dello spessore sono solitamente chiamati filati Z, tessitori di ordito o filati leganti.

                                                                                

" Fogli di materiale fibro rinforzato con tessitura a intreccio"

La capacità di generare una geometria voxel 3D basata su sezioni radiali 2D è il vantaggio principale dell'utilizzo di un Tomografo.

Le informazioni 3D includono l'ondulazione delle fibre, l'orientamento, le singole frazioni di volume dei componenti nei compositi fibrorinforzati, le informazioni morfologiche relative ai vuoti, come la loro forma e rotondità, ecc.

La Tomografia fornisce informazioni 3D dettagliate anche per geometrie 3D complesse rispetto ad altri metodi distruttivi e non distruttivi.

                   

              "Micro Tomografia - Visione della disposizione dei filamenti"

Tuttavia, oltre a questi vantaggi, ci sono alcuni svantaggi della Tomografia, sono principalmente legati agli elevati costi dell'impianto, alla necessità di operatori qualificati e al tempo necessario per la post-elaborazione.

I dati della Tomografia contengono informazioni preziose che possono essere generate in diverse fasi del processo di produzione e tali informazioni possono essere estratte sotto forma di un modello virtuale e applicate per comprendere e migliorarne il processo lavorativo.

Il potenziale della Tomografia per la generazione di modelli matematici per prevedere l'effetto della variazione dei parametri del processo, comportamento di compattazione della fibra a secco, sulla permeabilità e sui vuoti può portare a una riduzione del tempo di elaborazione e a un miglioramento della qualità dei componenti.

I modelli geometrici tridimensionali sono adatti per eseguire simulazioni, caratterizzazioni e operazioni di modellazione, chiave necessaria per sviluppare modelli virtuali generati dalla Tomografia per la progettazione e l'elaborazione virtuali.

Le procedure combinate di imaging, segmentazione, filtraggio e mesh, possono fornire un flusso di lavoro preliminare verso un ulteriore sviluppo delle migliori pratiche sui test virtuali dei componenti fibrorinforzati e delle sue applicazioni.

In particolare, ottenendo modelli numerici ad alta fedeltà di tessuti compositi in fibra di carbonio tramite immagini reali delle microstrutture dei materiali, si possono fare nuovi progressi verso una comprensione approfondita del comportamento dei materiali costitutivi e delle modalità di deformazione su micro e mesoscala durante il processo di formatura complesso di questi materiali, come il comportamento di taglio intra-filato e raggrinzimento.

La qualità di tali analisi, tuttavia, sarà molto sensibile alla qualità delle scansioni stesse.

                           

"Impianto di Micro Tomografia con un tubo nanofuoco e uno Microfuoco"                           "irraggiamento da tubo nanofuoco"                                       

Caso Imprenditoriale della Re Frashini

In linea con la propria filosofia di innovazione e ricerca, Re Fraschini ha investito nella tomografia computerizzata per assicurare un elevato controllo di qualità ai loro prodotti.

Installando un Tomografo Computerizzato ad alta risoluzione.

La filosofia della continua innovazione e la ricerca di un sempre più elevato livello di qualità dei suoi prodotti hanno spinto la ReFraschini a dotarsi di un macchinario tecnologicamente avanzato, un tomografo "Yxlon FF35" con doppio emettitore a raggi-X, (un Microfuoco da 225kV e un Nanofuoco da 190kV).

L’acquisto del sistema tomografico consente di soddisfare le più svariate e minuziose esigenze sempre di più richieste dalla qualità e dalle richieste dei propri clienti.

Re Fraschini seguendo la sua impronta della continua innovazione nella ricerca di ottenere un più elevato livello di qualità dei suoi prodotti e per verificare l'affidabilità dei materiali e uniformità dei processi garantendo le prestazioni attese.

"Impianto di Micro-Tomografia Yxlon installato in Re Fraschini"