Ingegneria industriale green per lo sviluppo sostenibile - Green Industrial Engineering for Sustainable Development (sede di Latina)

MATERIALS SELECTION IN ECO-DESIGN

Obiettivi formativi

Obiettivi generali Le prestazioni del prodotto sono direttamente influenzate dalle proprietà classiche e non tecniche dei materiali utilizzati. Ecco perché il processo di selezione dei materiali (MSP) è una parte importante del processo di progettazione. L'obiettivo di questo corso è dimostrare che gli approcci di selezione dei materiali esistenti, inclusi i criteri meccanici e ambientali, non sono sufficientemente completi per effettuare una scelta ottimale dei materiali nella fase di progettazione preliminare. Infatti, in questa fase di progettazione, è necessario fare la scelta migliore per ottimizzare i requisiti tecnici ed economici di un componente riducendo l'impatto ambientale (EI) del prodotto nell'intero ciclo di vita (LC). L'obiettivo è quindi di fornire allo studente le conoscenze di base sui diversi metodi per la selezione dei materiali attraverso: - l’esperienza da casi di studio con la metodologia per la selezione sistematica di materiali, per il design e per i metodi di produzione per componenti o prodotti; - conoscenza di base delle connessioni tra ambiente, energia e selezione dei materiali per quanto riguarda i loro metodi di produzione e per i diversi prodotti durante il loro ciclo di vita; - conoscenza dei metodi per la progettazione di processi e prodotti in ottica di sviluppo sostenibile - capacità di effettuare selezioni di materiali dal punto di vista sostenibile per quanto riguarda i metodi di produzione e gli aspetti del ciclo di vita. Obiettivi specifici Conoscenze e capacità di comprendere: Al termine del corso lo studente avrà integrato la sua conoscenza con gli aspetti applicativi tipici della scienza e tecnologia dei materiali e le conoscenze di base sui diversi metodi per la selezione dei materiali; avrà una panoramica completa dei materiali di interesse ingegneristico in relazione alla metodologia per la selezione sistematica di essi, al design e ai metodi di produzione. Avrà inoltre una conoscenza di base sulle prestazioni dei materiali e sui criteri e relazioni per la progettazione e il riciclo. Competenze: Alla fine del percorso di studio lo studente avrà sviluppato la capacità di scegliere il materiale migliore per le applicazioni desiderate. Sarà in grado di selezionare la metodologia più opportuna per la selezione del materiale in funzione del processo produttivo per la realizzazione del componente. Sarà in grado anche di mettere in atto gli accorgimenti opportuni per prolungare la vita del materiale e consentirne il riciclo. Autonomia di giudizio: Al superamento dell’esame lo studente dovrebbe aver sviluppato la capacità di valutare criticamente i dati analitici del comportamento e la selezione di un materiale per prevederne il comportamento in esercizio. Capacità comunicative: Al superamento dell’esame lo studente dovrebbe aver maturato una sufficiente proprietà di linguaggio, quantomeno per quanto attiene alla terminologia tecnica specifica dell’insegnamento.

Canale 1

FABRIZIO SARASINI Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma

Programma generale e dettagliato per temi e durata 1. Introduction to materials science and engineering, classification of materials and Processing/Structure/Properties/ Performance Correlations – 16 h - Metal Alloys - Ceramics Materials - Polymer Materials - Composite Materials 2. Introduction: Materials and Design – 6h - Materials in Design - The Design Process - Types of Design - Design Tools and Materials Data - Function, Material, Shape and Process 3. Engineering end Eco Materials and Their Properties – 6h - The Families of Engineering and Eco Materials - Materials Information for Design - Material Properties and Their Units 4. Materials Property Charts – 6h - Exploring Material Properties - The Material Property Charts 5. Materials Selection – The Basics – 7h - The Selection Strategy - Attribute Limits and Material Indices - The Selection Procedure - Computer-Aided Selection - The Structural Index 6. Processes and Their Effect on Properties – 7h - Classifying Processes - The Processes: Shaping, Joining, Finishing - Process–Property Trajectories 7. Processes Selection and Cost – 8h - Process Selection: The Strategy - Implementing the Strategy: Selection Matrices - Limitations and Quality - Ranking: Process Cost - Computer-Aided Process Selection 8. Selection of Material and Shape – 8h - Shape Factors - Limits to Shape Efficiency - Exploring Material-Shape Combinations - Material Indices That Include Shape - Graphical Coselecting Using Indices - Architectured Materials: Microscopic Shape 9. Materials and the Environment – 8h - The Material Life-Cycle - Material and Energy-Consuming Systems - The Eco-Attributes of Materials - Life-Cycle Assessment, Eco-Audits and Energy Fingerprints - Eco-Selection 10. Materials and Industrial Design – 8h - The Requirements Pyramid - Product Character - Using Materials and Processes to Create Product Personality 11. Sustainable Response to Forces for Change – 10h - Market-Pull and Science-Push - Growing Population and Wealth, and Market Saturation - Product Liability and Service Provision - The Information Economy, Critical Materials and Circularity - Response to Forces for Change: Sustainable Development

Prerequisiti

Il settore dei materiali è caratterizzato da una forte interdisciplinarietà che spazia dalla fisica e chimica della materia, alle applicazioni ingegneristiche e ai processi di fabbricazione. Si richiede pertanto agli studenti una buona conoscenza della chimica generale ed inorganica (Chimica), delle scienze di base (Analisi I e Fisica I) e della Scienza delle Costruzioni.

Testi di riferimento

- Michael F. Ashby, Materials Selection in Mechanical Design 5th Edition, BH, Elsevier - Michael F. Ashby, Materials and the Environment, Eco-informed Material Choice, 3rd Edition, BH, Elsevier

Frequenza

La frequenza non è obbligatoria anche se è fortemente consigliata.

Modalità di esame

La valutazione è basata sugli esiti di un colloquio orale, teso alla verifica dell’acquisizione: • delle conoscenze su microstruttura, proprietà, progettazione, processi di produzione e trasformazione, impiego, analisi, caratterizzazione, degrado e riciclo dei materiali di interesse ingegneristico industriale; • della capacità di applicare tali conoscenze per selezionare i materiali idonei alle diverse applicazioni, per riconoscere le condizioni di possibile rischio in esercizio, per scegliere i test più indicati per valutare le prestazioni dei materiali. Il voto minimo per il superamento dell’esame (18/30) è conseguito solo se lo studente dimostra di saper correttamente classificare e distinguere il comportamento fisico-meccanico delle principali classi di materiali ingegneristici. Per il voto finale saranno considerati: • il grado di approfondimento delle conoscenze; • la capacità di collegare con sicurezza argomenti diversi; • la capacità di applicare le conoscenze alla soluzione di problemi di limitata complessità nel campo dell’ingegneria dei materiali; • la capacità di comunicare le conoscenze acquisite e di illustrare le soluzioni tecniche proposte con chiarezza e utilizzando un vocabolario tecnico appropriato. Per il conseguimento del massimo dei voti (30/30 e lode) lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati nel corso, e di saper applicare tale conoscenza alla soluzione di problemi nel campo dell’ingegneria industriale, proponendo soluzioni originali e dimostrando di aver approfondito individualmente e con contributi personali lo studio della materia.

Modalità di erogazione

Le attività didattiche si basano su lezioni frontali tradizionali per l’acquisizione delle conoscenze e sullo svolgimento di esercitazioni comuni per la soluzione di problemi ingegneristici di limitata complessità.