IDeS methodology applied to automotive component re-engineering focused on lightweight and high-strength by additive manufacturing

The project aims to gather an understanding of additive manufacturing and other manufacturing 4.0 techniques with an eyesight for industrialization. First the internal material anisotropy of elements created with the most economically feasible FEM technique was established. An understanding of the main drivers for variability for AM was portrayed, with the focus on achieving material internal isotropy. Subsequently, a technique for deposition parameter optimization was presented, further procedure testing was performed following other polymeric materials and composites. A replicability assessment by means of the use of technology 4.0 was proposed, and subsequent industry findings gathered the ultimate need of developing a process that demonstrate how to re-engineer designs in order to show the best results with AM processing. The latest study aims to apply the Industrial Design and Structure Method (IDES) and applying all the knowledge previously stacked into fully reengineer a product with focus of applying tools from 4.0 era, from product feasibility studies, until CAE – FEM analysis and CAM – DfAM. These results would help in making AM and FDM processes a viable option to be combined with composites technologies to achieve a reliable, cost-effective manufacturing method that could also be used for mass market, industry applications.

Metodologie avanzate per l'ottimizzazione dell'assemblaggio di una pompa carburante per automotive

Il seguente elaborato è il frutto del lavoro di tirocinio svolto in Marelli. L'obiettivo del tirocinio è stato il miglioramento del processo di produzione della Pompa Tender. Questa è la pompa di alimentazione benzina per cui Marelli ha vinto la concessione per diventare unico fornitore per tutte le scuderie partecipanti alle gare di formula 1. Il mondo Motorsport rappresenta un ambiente competitivo dove ogni singolo componente delle auto deve garantire le massime prestazioni ed essere affidabile. La massima cura nella produzione è un requisito minimo per diventare fornitori di questa realtà. Per questo Marelli ha deciso di mettere in dubbio il suo processo di fabbricazione cercando un occhio esterno che potesse mettere a nudo eventuali difetti di produzione. Il miglioramento di processo è stato perseguito analizzando ogni operazione in ottica di Lean Manufacturing. Il lavoro è partito con l'analisi del tempo ciclo di produzione accompagnata dalla rilevazione di Muda e verifiche sul corretto approvvigionamento di materiali e accertamenti sulla funzionalità del layout di stabilimento. Dopo le analisi del caso, sono state prese scelte di miglioramento che vanno dal riadattamento del Layout, eliminazione di colli di bottiglia, modifica sulle fasi di processo, riorganizzazione degli strumenti di lavoro sui banchi di assemblaggio ed eliminazione di cause di contaminazione all'interno della pompa. Questo ha permesso di ridurre il tempo ciclo di produzione del componente e di conseguenza diminuire la saturazione dell'operatore. Inoltre, successivamente si è fatto un lavoro di standardizzazione su tutte le pompe dello stesso tipo prodotte nello stabilimento. Grazie a questa standardizzazione si può parlare adesso di famiglia di pompe ed esse non vengono più trattate singolarmente.

Analisi ed implementazione di sistemi innovativi per lo stoccaggio della normaleria nel settore automotive. Il caso Lamborghini Automobili spa.

Attraverso questa tesi si vuole mostrare il valore aggiunto che i sistemi di immagazzinamento automatico della merce possono offrire alle aziende, facendo un focus particolare sulle aziende manifatturiere. La scelta di approfondire questa tematica nasce dall’esperienza di tirocinio svolta all’interno di Automobili Lamborghini S.p.A. situata a Sant’Agata Bolognese (Bologna), nota in tutto il mondo per la produzione di Super Sport Cars. Partendo dall'introduzione dell'order picking e delle tipologie di magazzini esistenti, si passerà all'introduzione di algoritmi per il posizionamento dei codici all'interno di un magazzino. Una volta introdotto il problema dello stoccaggio dei codici di normaleria all'interno di un magazzino, verrà identificata la soluzione implementata in Automobili Lamborghini.

Design e simulazione di un convertitore DC-DC per applicazioni automotive implementato mediante tecnologia GaN

L’obiettivo dell’elaborato è quello di presentare una soluzione di collegamento ed interfacciamento tra il supercondensatore (SC) dell’HESS (sistema ibrido di accumulo dell’energia situato all’interno di un veicolo elettrico) e il DC-link (bus che fornisce la potenza necessaria all’inverter che pilota il motore elettrico) attraverso un convertitore DC-DC ad alta efficienza che utilizzi tecnologie di potenza al nitruro di gallio (GaN). Il convertitore presentato è un convertitore DC-DC bidirezionale in configurazione Half-Bridge, esso dovrà funzionare in modalità Boost, ogni qualvolta il motore richieda energia extra dal SC, in modalità Buck per ricaricare il SC durante la frenata rigenerativa. In seguito ad un’introduzione ai veicoli elettrici, alla loro architettura e al perché il SC è così fondamentale, verrà presentata una breve introduzione ai convertitori di potenza (Capitolo 1). Si passerà poi alla presentazione delle tecnologie GaN mostrando come esse rappresentino il futuro dell’elettronica di potenza grazie ai loro numerosi vantaggi (Capitolo 2). Nel capitolo 3 si entrerà nel vivo della progettazione, è qui che sarà progettata ed implementata la soluzione proposta. Verrà effettuata una prima simulazione del circuito, tenendo conto degli effetti parassiti dei soli componenti, attraverso l’ausilio del software LTSpice. Il Capitolo 4 prevede una breve introduzione alle tecniche di layout, utili nella costruzione del circuito stampato presentata all’interno del medesimo capitolo. Il PCB sarà modellato mediante un secondo software denominato KiCAD. Infine, nel Capitolo 5, si procederà con la simulazione elettromagnetica del circuito stampato, essa permetterà di individuare gli effetti parassiti dovuti alle non idealità del layout e di mostrare l’effettiva differenza di efficienza tra un caso semi-ideale e un caso semi-reale.

Implementazione di un sistema di controllo atto a ottimizzare l’efficienza di convertitori DC-DC impiegati in ambito Automotive e realizzati con tecnologia GaN

Lo scopo del presente progetto di ricerca è quello di dimostrare quelli che potrebbero essere i miglioramenti nell’adottare tecnologie GaN nei convertitori di potenza, soffermandosi sull’ambito Automotive. Si è dunque progettato, simulato ed infine analizzato un sistema di conversione bidirezionale DC-DC. Le prestazioni ottime sono state poi raggiunte attraverso l’introduzione di un sistema di controllo in grado di garantire, in ogni condizione, il miglior funzionamento possibile che garantisca il soddisfacimento delle richieste da parte del veicolo. Questo consentirà quindi di gestire il funzionamento del convertitore sia nelle fasi di scarica che in quelle di rigenerazione (regenerative braking). Al convertitore, è stato introdotto anche un controllo adattivo per la ricerca del dead-time ottimo dei segnali di pilotaggio dei transistor.

Sviluppo di un AR wearable device per il settore Automotive ricaricato tramite le vibrazioni del telaio

In questo elaborato di tesi vengono presentati la ricerca e il lavoro che hanno portato all’ideazione e sviluppo di CirculAR. CirculAR consiste in un dispositivo per la realtà aumentata, che assiste i conducenti di veicoli a due ruote, quali biciclette, monopattini e motocicli, proiettandogli informazioni utili per una guida in sicurezza. L’energia che alimenta il dispositivo per la realtà aumentata viene generata, in modo sostenibile, dalla conversione in energia elettrica dell’energia cinetica ottenuta dalle vibrazioni che si scaricano al telaio, originate dal contatto tra manto stradale e veicolo stesso. Il sistema - prodotto è composto, infatti, da due dispositivi differenti, un wearable device e un generatore elettrico, che cooperano per il raggiungimento di una Realtà Aumentata più sostenibile ed innovativa. Per lo sviluppo di CirculAR sono state prese in considerazione tecnologie innovative ad oggi oggetto di grande ricerca e interesse scientifico; per questo studio in particolare, si è deciso di conciliare queste tecnologie con una progettazione mirata alla semplificazione ed alla specializzazione dei singoli componenti per garantirne un generale livello di forte innovazione tecnologica ed, al contempo, una riduzione del costo complessivo di vendita del prodotto. Il connubio di queste tecnologie ha permesso di realizzare due dispositivi innovativi sia da un punto di vista tecnologico che da un punto di vista della sostenibilità, che possono rappresentare un modello per una futura generazione di wearable device sostenibile.

Lifetime Modeling of SiC Power Modules in Automotive Traction Inverters

This thesis presents a model-based software implementation for the estimation of the damage of a power module inside and automotive traction inverter with few hardware test setup performed to support the simulation with real-life data.

Progetto per il monitoraggio e l'assistenza alla guida in contesti automotive

Nel panorama dell’automotive negli ultimi decenni si sono moltiplicate le normative nazionali, europee e mondiali per ridurre l'impatto socio-economico derivato dall’alto numero di sinistri stradali. Dall’analisi dei dati è emerso che una delle cause più impattanti dei sinistri è la distrazione: sono stati estrapolati i fattori che la inducono e raggruppati nelle macro-categorie di disattenzione, inattenzione, sonnolenza e stati mentali alterati. TESSA (Tecnology EEG Safety System Automotive) propone un approccio di assistenza alla guida che sfrutta le onde cerebrali del conducente, costantemente monitorate da un auricolare EEG, rileva fattori problematici e interviene con un’assistenza vocale considerando reazioni e necessità dell’utente, gravità della problematica e tempo di reazione necessario. Interagendo con il conducente TESSA sfrutta le tecnologie disponibili per comunicare il pericolo e condurre l’utente verso un’adeguata ripresa della guida. Il progetto è stato sviluppato considerando un target con un alto impatto sulla quantità dei sinistri stradali e che ricoprisse un notevole ruolo sociale: la fascia d’età più idonea su cui intervenire è 18-25 anni, un target ancora inesperto alla guida e adatto a recepire e promuovere lo scenario dell’automotive in veloce trasformazione verso un futuro sempre più orientato alla prevenzione e alla connettività. Seppur lo studio del concept sia rivolto principalmente a una popolazione giovanile TESSA è in grado di adattarsi a qualsiasi fascia d’età perché progettata per soddisfare le necessità del singolo conducente e della singola problematica, e può guidarlo nella ripresa del controllo della guida intervenendo al variare delle onde cerebrali. L’approccio di intervento mediato con l’assistenza vocale permette all’utente di mantenere il controllo del veicolo: TESSA non sostituisce il conducente ma mira a renderlo consapevole del rischio di pericolo e pronto a intervenire in prima persona in modo cosciente e adeguato.

Caratterizzazione a flessione di materiali compositi per impiego automotive

L’introduzione dei materiali compositi all’interno dell’ambiente industriale ha modificato l’idea di progettazione delle strutture, permettendo il raggiungimento di eccellenti prestazioni difficilmente ottenibili con materiali classici. Grazie all’uso dei compositi si sono ottenute elevata resistenza e leggerezza, caratteristiche di grande interesse nell’industria aerospaziale, delle costruzioni civili e soprattutto del settore automobilistico. Il materiale composito viene considerato oggigiorno un materiale innovativo del quale non si conoscono in modo esaustivo tutte le caratteristiche. Da questa premessa è nata la campagna sperimentale di questa tesi, il cui scopo è la definizione della sequenza di laminazione per la realizzazione della molla posteriore per la sospensione del prototipo da competizione Emilia5, del team Onda Solare. Si è ricercata la configurazione che conferisse una rigidità flessionale maggiore rispetto a quelle campionate. Si è proceduto, quindi, allo studio delle possibili sequenze di laminazione con cui realizzare la molla e sono stati creati i provini utilizzando CFRP unidirezionale, materiale caratterizzato da un’elevata resistenza lungo l’asse longitudinale. I 5 provini realizzati si differenziano principalmente per le metodologie di sovrapposizione delle lamine contigue e per i materiali utilizzati. Sui provini realizzati è stata eseguita una caratterizzazione mediante prova di flessione in tre punti, dalla quale sono stati ricavati i dati necessari alla successiva analisi delle proprietà. Infine, con i risultati ottenuti si è proceduto alla determinazione della sequenza di laminazione ottimale per la realizzazione del prototipo.

Progettazione di un veicolo a guida automatica per linee di assemblaggio automotive

Questa tesi tratta la progettazione meccanica di un prototipo di veicolo a guida automatica (AGV). A partire dallo studio dello stato dell'arte e da considerazioni dinamiche su stabilità in frenata/accelerazione/curva si è definita la geometria di base. E' poi seguita la progettazione dei vari gruppi che compongono il veicolo, accompagnata dalle necessarie verifiche strutturali.

Factors Controlling The Deposition Of Silk Fibroin Nanofibrils During Layer-by-layer Assembly.

The layer-by-layer technique has been used as a powerful method to produce multilayer thin films with tunable properties. When natural polymers are employed, complicated phenomena such as self-aggregation and fibrilogenesis can occur, making it more difficult to obtain and characterize high-quality films. The weak acid and base character of such materials provides multilayer systems that may differ from those found with synthetic polymers due to strong self-organization effects. Specifically, LbL films prepared with chitosan and silk fibroin (SF) often involve the deposition of fibroin fibrils, which can influence the assembly process, surface properties, and overall film functionality. In this case, one has the intriguing possibility of realizing multilayer thin films with aligned nanofibers. In this article, we propose a strategy to control fibroin fibril formation by adjusting the assembly partner. Aligned fibroin fibrils were formed when chitosan was used as the counterpart, whereas no fibrils were observed when poly(allylamine hydrochloride) (PAH) was used. Charge density, which is higher in PAH, apparently stabilizes SF aggregates on the nanometer scale, thereby preventing their organization into fibrils. The drying step between the deposition of each layer was also crucial for film formation, as it stabilizes the SF molecules. Preliminary cell studies with optimized multilayers indicated that cell viability of NIH-3T3 fibroblasts remained between 90 and 100% after surface seeding, showing the potential application of the films in the biomedical field, as coatings and functional surfaces.

Qualidade pós-colheita de caqui 'fuyu' com utilização de diferentes concentrações de cobertura comestível

One of the main objectives of applying edible coatings on fruits surface is to create a protective film to reduce weight loss due to evaporation and transpiration and also to decrease the risk of fruit rot caused by environmental contamination, in order to improve the visual aspect. Therefore, it is possible to increase shelf life, and decrease post harvest losses. Persimmon is a much appreciated fruit, with high potential for export, but sensitive to handling and storage. This study aimed to evaluate the effect of applying the edible coating Megh Wax ECF-124 (18% of active composts, consisting of emulsion of carnauba wax, anionic surfactant, preservative and water) produced by Megh Industry and Commerce Ltda in three different concentrations (25, 50 and 100%) on post harvest quality of 'Fuyu' persimmon stored for 14 days. The attributes evaluated for quality were: firmness, pH, acidity, soluble solids, weight loss and color. The results showed that application of carnauba wax in different concentrations was effective on decreasing weight loss of persimmon cv. Fuyu and maintenance of color aspects. Treatment at lower concentration, 25%, showed lower rate of discharge, but high concentrations showed lower values of mass loss. Carnauba wax application showed a high potential for use on postharvest conservation, and can be applied together with other technologies, helping to maintain quality for export.

Desidratação osmótica de abacaxi aplicada à tecnologia de métodos combinados

The aim of this research was to optimize osmotic dehydration of pineapple, according to two criteria: maximize water loss and minimize solid gain. The process was made as an application to Combined Methods Technology, in which three preservation factors were combined: water activity, pH and chemical preservatives, all being applied at low levels, in order to get a product resembling non-processed fruit. The experiment was divided into three treatments, being: non-coated pineapple pieces (A), pieces coated with alginate (B) and coated with low-methoxyl pectin (C). Process involved the following main steps: enzymatic inactivation of fruit pieces; in treatments B and C, incorporation of their respective coatings; and osmotic dehydration, in sucrose syrup containing potassium sorbate and citric acid. Optimum conditions, determined from Response Surface Methodology, were the following: dehydration of fruit pieces coated by alginate, at 42-47° C, in sucrose syrup at 66-69° Brix, for 220 to 270 minutes. Results indicated that both coatings significantly affected the mass transfers of the process, reducing solid incorporation and increasing water loss; therefore, increasing weight loss and performance ratio (water loss: solid incorporation) took place. Water activity was not significantly affected by the coatings. The product obtained under optimum conditions was submitted to sensorial evaluation, and presented a good general acceptance. Moulds and yeasts countings indicated good microbiological stability of the product for at least 60 days at 30ºC.

Evaluation technique for determining wheel performance in the grinding of aerospace materials

Nickel-based super alloys are used in a variety of applications in which high-temperature strength and resistance to creep, corrosion, and oxidation are required, such as in aircraft gas turbines, combustion chambers, and automotive engine valves. The properties that make these materials suitable for these applications also make them difficult to grind. Grinding systems for such materials are often built around vitrified cBN (cubic boron nitride) wheels to realize maximum productivity and minimum cost per part. Conditions that yield the most economical combination of stock removal rate and wheel wear are key to the successful implementation of the grinding system. Identifying the transition point for excessive wheel wear is important. The aim of this study is to compare the performance of different cBN wheels when grinding difficult-to-grind (DTG) materials by determining the 'wheel wear characteristic curve', which correlates the G-ratio to the calculated tangential force per abrasive grain. With the proposed methodology, a threshold force per grit above which the wheel wear rate increases rapidly can be quickly identified. A comparison of performance for two abrasive product formulations in the grinding of three materials is presented. The obtained results can be applied for the development of grinding applications for DTG materials.

Tool wear aspects when applying high-speed tapping on grey cast iron

Tool wear is a very important subject affecting the economics of machining, especially in tapping, since it is one of the last operations to be performed within most operation sequences. In the present study, some aspects of tapping such as the mechanisms and types of wear were investigated in taps working at conventional and high-speed cutting (HSC). Additionally, different types of coatings and cooling /lubrication conditions were used. The tapping operation (M8 x 1.25) was performed in through holes with two cutting speeds (30 and 60 m/min) in grey cast iron GG25. Lubrication conditions tested were dry and with minimal quantity of lubricant. Tap materials were manufactured by powder metallurgy and coated with (TiAl)N and with TiCN. A go-non-go gauge criterion was used to assess tool life. The wear and surface aspects of the tools and workpiece were evaluated by scanning electron microscopy and energy dissipation spectroscopy. Torque signals were also measured during the tests. The main wear mechanism observed was adhesion, although some abrasion and diffusion may also have occurred, and the main type of wear was flank wear. The adhesion of workpiece material on the tool was the main and decisive factor ending tool life. Tool coatings proved to be an efficient way to minimize adhesion. Torque signals followed the same pattern as the flank wear and no significant change was observed when the cutting speed was increased.