Progettazione, ottimizzazione e analisi di sostenibilita del processo di Filament Winding di componenti assialsimmetrici in materiale composito

Il presente lavoro di ricerca si inserisce nella crescente esigenza di sviluppare processi produttivi innovativi e sostenibili, in grado di coniugare prestazioni meccaniche elevate e, al contempo, costi e impatti ambientali contenuti. In questo contesto, l’attenzione è stata posta sul processo di Filament Windiing (FW), una tecnologia automatizzata per la realizzazione di componenti in materiale composito a matrice polimerica fibrorinforzata, ampiamente utilizzata nei settori aerospaziale, automobilistico, energetico, nautico e molti altri ancora. L’obiettivo principale dello studio è stato quello di analizzare in maniera integrata aspetti tecnologici, meccanici, ambientali ed economici legati al processo di FW. L’approccio metodologico utilizzato ha previsto tre fasi complementari e interconnesse: lo studio sperimentale su scala laboratoriale del processo di FW, volto a valutare l’effetto dei principali parametri di processo sulle proprietà meccaniche dei manufatti; la progettazione di componenti strutturali industriali con successiva analisi degli impatti ambientali ed economici mediante le metodologie standardizzate di Life Cycle Assessment (LCA) e Life Cycle Costing (LCC) e, infine, lo sviluppo di un modello matematico predittivo basato su una regressione multipla non lineare per la stima dei tempi di avvolgimento e del consumo energetico in funzione dei parametri di input, successivamente integrato in un modello per la valutazione della sostenibilità ambientale ed economica del processo. L’attività sperimentale ha permesso di individuare le correlazioni più significative tra i parametri tecnologici e le proprietà meccaniche dei componenti in composito, evidenziando il ruolo determinante dell’angolo di avvolgimento. Le analisi LCA e LCC hanno evidenziato come la fase di produzione delle fibre di carbonio costituisca la principale fonte di impatto ambientale, mentre l’automazione del processo di FW consente di ridurre significativamente i consumi energetici e i costi di manodopera rispetto a processi tradizionali. Il modello predittivo sviluppato ha fornito un’accurata stima dei tempi di produzione e del fabbisogno energetico, consentendo di integrare le valutazioni prestazionali, economiche e ambientali in un unico strumento di supporto decisionale. Tale approccio ha portato alla definizione di un modello integrato di sostenibilità, applicabile in ambito industriale per ottimizzare la progettazione dei componenti e la gestione dei parametri di processo nell’ottica di Design for Environment. Pertanto, questo lavoro contribuisce ad ampliare le conoscenze scientifiche sul processo di FW, ancora poco trattato in letteratura dal punto di vista della sostenibilità, e offre un modello applicabile a livello industriale per il miglioramento del ciclo produttivo di componenti in composito, favorendo l’adozione di soluzioni a basso peso con impatti ambientali contenuti, pur trattandosi di componenti realizzati in materiale composito.