Ingegneria dei Materiali per l'Industria 4.0

L’insegnamento si propone di far acquisire le conoscenze sulle proprietà e le applicazioni dei principali ceramici innovativi e su alcune delle problematiche ad essi connesse. All'interno di questo insegnamento verrà introdotta la ricerca bibliografica specifica con la presentazione di monografie di approfondimento da parte degli studenti.

L'insegnamento si propone di fornire le conoscenze sui materiali ceramici innovativi e vetrosi, sulla loro tecnologia e sulle loro principali applicazioni.

• Vetri e vetroceramici: proprietà , tecnologia e tecniche di caratterizzazione. • Vetri per ottica e fotonica. Fibre di vetro e fibre ottiche. Sensori ottici. • Carburi, nitruri e ossidi innovativi: proprietà , tecnologia e applicazioni. • Ceramici per utensili da taglio (carburi cementati, ceramici ossidici e non ossidici, compositi, ceramici ultraduri, rivestimenti anti-usura). • Giunzione di materiali ceramici: tecniche di giunzione e di caratterizzazione delle giunzioni. • Schiume ceramiche: filtri, membrane, scaffold, vetri-schiuma. • Elettroliti solidi ceramici (esempi di applicazione: batterie, celle a ossidi solidi). • Materiali ceramici e vetroceramici per dispositivi per la conversione di energia. Celle ad ossidi solidi, Solid Oxide Electrolysis Cells, celle ceramiche a conduzione protonica: interconnettori e rivestimenti protettivi ceramici a base di ossidi misti. • Introduzione ai materiali ceramici per applicazioni biomediche.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Elaborato scritto prodotto in gruppo;
Exam: Written test; Group essay;
... Modalità di esame: prova scritta; elaborato scritto prodotto in gruppi di 2 studenti; L’esame è volto ad accertare l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese. La votazione finale è data dalla somma di: - voto espresso in decimi ottenuto dallo studente sulla relazione di laboratorio - voto espresso in ventesimi ottenuto all’esame scritto sulla parte teorica (durata 1 ora e 30 minuti, non è consentita la consultazione di materiale didattico). La prova scritta consiste di quattro domande a risposta aperta riguardanti le tematiche svolte durante l'insegnamento. Una votazione dello scritto inferiore a 12/20 è considerata non sufficiente e l’esame non superato. Il voto finale è espresso in trentesimi. Studenti non frequentanti (ad esempio lavoratori con iscrizione part-time). L’esame finale è volto ad accertare l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta. La prova scritta ha la durata di due ore senza l'aiuto di appunti o libri. La prova scritta consiste di sei domande a risposta aperta riguardanti le tematiche svolte durante l'insegnamento. Il voto finale è espresso in trentesimi.

Copia delle slide utilizzate a lezione. Testi di riferimento saranno suggeriti per le varie parti dell’insegnamento durante la discussione in aula.

L'obiettivo del corso è fornire agli studenti le conoscenze di base necessarie per comprendere i principali fenomeni che si verificano nei sistemi eterogenei finemente dispersi e per prevedere e controllare quantitativamente la loro dinamica. Al termine del corso, lo studente dovrebbe conoscere i principali meccanismi di cambiamento di una dispersione ed essere in grado di selezionare metodi adeguati per controllare o modificare la distribuzione dimensionale e la morfologia di una fase dispersa.

Sistemi multifase finemente dispersi sono utilizzati nella produzione di diversi tipi di materiali (biomateriali, ceramiche, polimeri e soft matter) e nell'ingegneria di processo (bonifica ambientale, chimica delle formulazioni, sintesi di pigmenti e catalizzatori). Le trasformazioni in tali sistemi sono fortemente influenzate dalla elevata energia superficiale e il loro studio richiede un approccio specifico, in grado di collegare le informazioni provenienti dalla struttura microscopica dell'interfaccia e le proprietà macroscopiche globali della dispersione. Il corso inizia con la descrizione macroscopica dell'interfaccia (meccanica e termodinamica), per poi passare agli aspetti legati alle scale più piccole, ovvero le forze superficiali, la separazione di carica e la struttura delle interfasi. Inoltre, vengono esaminati i meccanismi di trasformazione di una fase dispersa, al fine di prevedere quantitativamente la dinamica di tali processi.

1. Meccanica e termodinamica delle interfacce (18 h) Tensione superficiale e interfacciale, equazione di Young-Laplace, risalita capillare, tensione e sforzo superficiale nei solidi; angolo di contatto ed equazione di Young; equazione di Kelvin ed effetto della curvatura interfacciale sulla tensione di vapore e sulla solubilità . 2. Caratterizzazione di un sistema disperso (5 h) Dimensione e forma delle particelle. Funzioni distributive della dimensione. 3. Nucleazione e crescita di particelle (9 h) Solubilità e sovrasaturazione. Equazione di Ostwald e dimensione critica. Teoria classica per la nucleazione omogenea ed eterogenea. Ruolo dei processi di trasferimento di materia e calore e della incorporazione superficiale nella velocità di crescita. 4. Forze di Van der Waals (6 h) Forze intermolecolari. Forze di Van der Waals tra particelle colloidali nel vuoto e in un fluido. Relazione con le tensioni superficiali e interfacciali. 5. Trasporto di particelle (3 h) Forze motrici viscose, browniane e gravitazionali per il moto di particelle colloidali. Diffusione di particelle cariche. 6. Effetti elettrici alle interfacce (9 h) Carica superficiale nelle sospensioni acquose e doppio strato elettrico. Equazione di Poisson-Boltzmann, distribuzione del potenziale e della carica elettrica. Fenomeni elettrocinetici e potenziale zeta. Forze di doppio strato elettrico tra particelle colloidali. 7. Agglomerazione e rottura (12 h) Stabilizzazione elettrostatica e sterica delle dispersioni. Aggregazione-coalescenza: cinetica e meccanismi (browniano, moto di taglio, turbolento, inerziale). Breakup di agglomerati e particelle. Forze di adesione e teorie del contatto.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;
Exam: Written test; Optional oral exam;
... L'esame mira ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel programma del corso e la capacità di applicare la teoria e i relativi metodi di calcolo alle applicazioni pratiche. Il percorso normale per superare l’esame comprende una prova scritta di 90 minuti seguita da una discussione orale facoltativa. La parte scritta dell’esame contiene brevi domande teoriche, per accertare la conoscenza degli aspetti fondamentali della materia, e semplici problemi numerici per verificare la capacità di prevedere quantitativamente la risposta di un sistema. Durante la prova non è consentito tenere o consultare appunti, dispense o libri. L'esito dell'esame viene comunicato sul portale della didattica insieme alla data in cui gli studenti possono visionare il test e sostenere l'esame orale facoltativo. Dopo la prova scritta, l'esame può concludersi (in questo caso il voto massimo è 27/30) oppure può proseguire con un ulteriore test orale, che mira a valutare in modo approfondito la comprensione della materia e la capacità di applicare i risultati teorici. E’ possibile anche seguire un percorso di esame alternativo, in cui la prova scritta è sostituita da quattro relazioni di calcolo estese da svolgere durante il corso. Una relazione è individuale, mentre le altre sono svolte in piccoli gruppi. In questo caso, però, l'esame orale è obbligatorio ed è utilizzato per valutare il contributo individuale alle relazioni, la conoscenza degli aspetti teorici del corso, la capacità di applicare le informazioni acquisite. Le relazioni e la prova orale contribuiscono in egual misura al punteggio finale.

Le slide del corso sono disponibili sul portale della didattica. Il testo suggerito è: J.C. Berg, An Introduction to Interfaces and Colloids: The Bridge to Nanoscience, World Scientific. Altri libri consigliati sono: H.J. Butt, K. Graf, M. Kappl, Physics and Chemistry of Interfaces, Wiley-VCH. P.C. Hiemenz, R. Rajagopalan, Principles of Colloid and Surface Chemistry, CRC Press. J.W. Mullin, Crystallization, Butterworth

L'obiettivo è sviluppare nell'allievo una visione il più possibile vicina alla realtà industriale nella quale sarà chiamato ad operare, considerando l'impianto situato in un determinato luogo e contesto socio-economico. L’insegnamento si prefigge quindi di far acquisire allo studente una preparazione ingegneristica e manageriale, affinché inizi a prendere coscienza delle responsabilità comportate dall'essere ingegnere. Un'altra competenza che si intende sviluppare è la capacità di analisi delle relazioni cause-effetto tra processo produttivo e qualità del prodotto. Nelle relazioni svolte in gruppo, lo studente dovrà poi mettere a frutto le sue capacità di apprendimento per sviluppare abilità comunicative, affiancate da obiettività e autonomia di giudizio, doti indispensabili per assumere responsabilità ai diversi livelli e qualifiche professionali.

L’insegnamento ha lo scopo di far conoscere i principi di funzionamento e costruzione degli impianti industriali impiegati nelle operazioni di produzione primaria e di trasformazione dei materiali metallici. Si parte da un’analisi dell'attività industriale nel suo complesso, considerando le esigenze di produttività , sviluppo organico, qualità e affidabilità della produzione. Lo studio dei processi metallurgici coinvolge gli aspetti relativi alla selezione degli impianti in base alle tipologie di prodotti e alla produttività richiesta. Le principali tipologie di impianti analizzati sono: processazione delle materie prime (metallurgia estrattiva), riduzione allo stato metallico, fusione, affinazione, colata, eventuale rifusione, riduzione termomeccanica, processi speciali, trattamenti termici. I processi di produzione dei materiali maggiormente trattati sono quelli degli acciai, delle leghe di Al e di Ni. L’insegnamento considera inoltre gli aspetti di sostenibilità sia economica sia ecologica dei processi metallurgici, discutendo le principali fonti di inquinamento e i consumi energetici dei diversi impianti. Le finalità dell'insegnamento sono: 1) sensibilizzare alle criticità dell'utilizzo delle materie prime dei processi di fabbricazione dei materiali metallici; 2) fornire i criteri di selezione delle tecnologie produttive, di organizzazione dei cicli produttivi, di conduzione e di gestione degli impianti stessi; 3) comprendere le fonti di difetti eventualmente introdotti dalla tecnologia di fabbricazione nei materiali metallici fabbricati; 4) comprendere i pregi e i difetti delle diverse tecnologie di fabbricazione primaria dei materiali metallici. Il programma ha un carattere teorico-pratico e viene completato con almeno una visita presso stabilimenti industriali (in base alla disponibilità , verificata di anno in anno, delle aziende del territorio. Questo insegnamento intende, inoltre, presentare allo studente il linguaggio tecnico internazionale proprio del settore: i materiali didattici saranno forniti parzialmente in lingua inglese.

Introduzione ai processi e agli impianti metallurgici. Analisi dei cicli di lavorazione tipici dei materiali metallici. Cenni di ingegneria industriale e logistica (fattori economici e tecnici nella scelta di un processo e di un impianto). Panorama delle materie prime critiche a livello internazionale ed europeo. Panoramica degli impianti estrattivi dei minerali e loro processo (principi di funzionamento ed esigenze impiantistiche correlate). Problematiche di frantumazione, separazione, arricchimento ed eventuale pre-trattamento dei minerali. Fattori che determinano la qualità delle materie prime dei processi metallurgici. Impianti di fusione dei materiali metallici (principi di funzionamento ed esigenze impiantistiche correlate). Teoria e pratica della siderurgia: equilibri di riduzione degli ossidi; reazioni metallo liquido-scoria; fabbricazione all'altoforno dell'acciaio (costruzione impianti e funzionamento); fabbricazione dell'acciaio al forno elettrico (costruzione impianti e funzionamento); affinazione; conversione a ossigeno; siderurgia secondaria; colata continua e in lingottiera; processi speciali di fusione in vuoto; rifusione. Esempi di impianti di fusione di materiali non ferrosi (Al, Ni). La sfida della decarbonizzazione nei processi siderurgici. Processi termomeccanici e di finitura previsti per la fabbricazione di semiprodotti piani e lunghi metallici. Introduzione alla deformazione a caldo, semi-caldo e a freddo. Laminazione primaria e secondaria. Esigenze impiantistiche e questioni di sicurezza correlate al trattamento termico dei materiali metallici. Tipologie di forni e modi di somministrare il calore. Atmosfere di processo. Trattamenti massivi. Trattamenti finiti & superficiali. Teoria ed esercitazione relativa allo scambio di calore applicato al caso pratico dei forni industriali.

Modalita di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale in gruppo;
Exam: Compulsory oral exam; Group project;
... L’esame si svolge in modo orale tramite la presentazione e discussione degli elaborati progettuali sviluppati nel corso delle esercitazioni e l’approfondimento di alcuni argomenti del programma non trattati nei lavori di progettazione. Le due parti dell’esame possono essere sostenute in momenti separati all'interno delle sessioni di esame. Il peso relativo delle relazioni sulle esercitazioni svolte sul voto complessivo è del 35%, mentre la restante parte del voto è assegnata in base all’andamento dell’esame orale. Entrambe le parti dell'esame devono raggiungere almeno i diciotto trentesimi, per poter esprimere il voto complessivo. L'esercitazione svolta con la modalità del TBL assegna un voto massimo di 28/30, mentre la seconda esercitazione, relativa a calcoli di scambio di calore applicati ai forni industriali, assegna un punteggio di al massimo 2 punti su 30. L'esame del progetto di gruppo tende a verificare la correttezza dei calcoli eseguiti e delle scelte operative condotte, in modo da verificare la competenza ingegneristica sviluppata. L'esame orale tende ad accertare l'acquisizione delle conoscenze e nozioni fornite durante le lezioni. Per gli studenti che non possano frequentare le attività di progetto, è previsto solo un esame orale, più esteso che copre l'intero programma svolto a lezione.

Poiché questo modulo di insegnamento comprende differenti aspetti inerenti i processi industriali dei materiali metallici, è stato sviluppato materiale didattico apposito che non coincide con un singolo testo disponibile sul mercato. Ai testi utilizzati per la costruzione del materiale didattico, si fa comunque esplicito riferimento nel materiale didattico stesso, al fine di favorire approfondimenti che si rendano eventualmente necessari. Lezioni: le diapositive in formato powerpoint utilizzate a lezione, sono messe a disposizione agli studenti iscritti all'insegnamento sul portale della didattica; oltre alle diapositive usate a lezione sono fornite dispense relative ai temi trattati nel corso. Nell'AA 2020-2021 le lezioni sono state erogate in modalità virtual classroom. Tali video-registrazioni dell'insegnamento sono messe a disposizione degli studenti. Esercitazioni: il tema del progetto, i testi di problemi proposti, le schede tecniche, le sintesi da norme e manuali sono forniti in aula e messi a disposizione sul portale della didattica. Se la crisi sanitaria lo permetterà , le esercitazioni di questo insegnamento saranno erogate in modalità mista.

L'obiettivo è sviluppare nell'allievo l'abilità di trasformare la materia in un materiale impartendo a questo termine una valenza ingegneristica. Identificare gli aspetti critici di un progetto proponendo il giusto materiale, riuscendo ad argomentare le motivazioni alla base della scelta effettuata. Lo studente maturerà competenze che lo aiuteranno ad impostare una corretta interazione con le altre figure professionali, tra cui il progettista in modo che progetto e materiale nascano già pensati l'uno per l'altro. Si vogliono inoltre stimolare l’autonomia di giudizio e di ragionamento, le capacità di comunicazione tecnica e non nonché le competenze trasversali. Quindi al termine dell'insegnamento si chiederà allo studente di: - Conoscere e comprendere, innanzi tutto, la scienza e la tecnologia dei materiali a livello di Laurea Triennale ed acquisire tutti gli approfondimenti relativi che verranno forniti nell'insegnamento - Conoscere i valori numerici di riferimento caratteristici dei più importanti materiali nonché le relative unità di misura. - Conoscere e comprendere i diagrammi di stato ternari - Conoscere e prevedere il comportamento di un materiale in determinate condizioni di esercizio, con particolare attenzione alle sue criticità . - Essere in grado di definire obiettivi, funzioni e indici di merito in relazione all'applicazione prevista identificando le sollecitazioni e i vincoli specifici e sapendo giustificare la scelta di una classe di materiali rispetto ad un’altra. - Sapere applicare in modo trasversale e sinergico le conoscenze acquisite all'ingegneria riuscendo ad interpretare un progetto, a coglierne gli aspetti critici e a selezionare il giusto materiale a fronte di una precisa richiesta progettuale, dialogando in modo tecnico e propositivo con il progettista. - Essere in grado di prendere una decisione progettuale in presenza di esigenze contrastanti, riuscendo a motivarla. - Avere la capacità di esprimersi usando un appropriato linguaggio scientifico e utilizzando una rigorosa concatenazione logica e critica nei ragionamenti basandosi sulle competenze acquisite. - Conoscere la terminologia internazionale di base (inglese).

L'insegnamento si rivolge a tutti coloro che intendono indirizzare le loro pregresse conoscenze di chimica, fisica, scienza e tecnologia dei materiali verso l'ingegneria dei materiali. Questo significa consolidare ed ampliare le conoscenze trasversali necessarie per poter identificare il giusto materiale per la realizzazione di un determinato componente che deve, a sua volta, soddisfare a stringenti richieste progettuali, talora contrastanti. Per realizzare efficacemente questo concatenamento di valutazioni, l'insegnamento offrirà gli strumenti per poter comprendere e prevedere il comportamento dei materiali in esercizio, spesso attraverso l’esposizione di casi studio. Lo studente verrà sensibilizzato a curare la capacità propositiva, in modo da poter partecipare attivamente alla fase di progettazione presentando le possibili alternative che i materiali tradizionali ed innovativi sono in grado di offrire coniugando anche considerazioni relative al loro processamento.

Introduzione, articolazione dell’orario, regole dell'insegnamento e linguaggio scientifico. 1 h Comportamento elastico: dalla legge della molla alla legge di Hooke, le curve di Condon-Morse e le proprietà fisiche collegate, modulo di Young e sua influenza su diverse proprietà , significato e limiti fisici del coefficiente di Poisson. Calcolo del modulo di Young effettivo in caso di deformazione contrastata in una o più direzioni. 6h Rapido ripasso e brevi approfondimenti sulla struttura dei solidi cristallini ed esercizi di calcolo. Anisotropia dei materiali mono e policristallini. 3 h Legge di Hooke e Schmid. Difetti reticolari: breve ripasso ed approfondimenti. Peierls-Nabarro. Analisi dei contributi al rafforzamento di un materiale e relativi esercizi. Calcolo dell'energia e delle tensioni associate alle dislocazioni. Modelli dei bordi di grano, legge di Hall-Petch, geminati. Definizione di grana cristallina secondo il sistema internazionale e le norme ASTM, esercizi di calcolo: 10.5 h. Quasi cristalli e nuove definizioni di materiale cristallino. I vetri metallici: produzione, caratteristiche ed applicazioni: 3 h La visione d’insieme: come procedere alla scelta di un materiale per una specifica applicazione integrando le proprietà richieste, i vincoli imposti dalle tecnologie di fabbricazione e gli obiettivi funzionali, di costo e ambientali? L’approccio di Ashby: 1.5 ore La deformazione plastica è sempre indesiderata? E se lo è come possiamo evitarla? Il problema della rigidezza. Individuazione degli indici di merito per sollecitazioni in campo elastico e plastico. Esercizi di calcolo. 14.5 h Frattura e tenacità a frattura, valutazione della KIC, transizioni duttile e fragile e sua correlazione con le simmetrie cristalline. Cricca di transizione, ampiezza della zona plastica. Materiali fragili 3 h Design combinato (cricche e elasticità ): 1.5 h Sollecitazioni a fatica nei materiali: meccanismi e leggi di Coffin, Basquin e Goodman-Miner. Come migliorare la resistenza alla sollecitazione a fatica? Esercizi di calcolo 6 h. Esempi applicativi di progettazione di componenti: 2 h Meccanismi di diffusione (descrizione ed esercizi), effetto Kirkendall e sue ricadute nel settore dei nanomateriali: 3 h Termodinamica delle trasformazioni: primo ordine, secondo ordine, breve approfondimento sulla fusione, decomposizione spinodale: 3 h Come progettare componenti che lavorano in temperatura? Mappe di AShby che coinvolgono proprietà termiche. Formule empiriche per ricavare i valori di alcune proprietà termiche. Approfondimento sul creep. Definizione e valutazione del tempo di vita: esempi ed esercizi di calcolo. Sfruttare le proprietà termiche per la progettazione di componenti. Esercizi di calcolo: 9 h Diagrammi di stato: Diagrammi di stato ternari, trasformazioni invarianti, curve di reazione e di sottrazione e loro lettura al riscaldamento e al raffreddamento. Esercizi in aula con studenti: 9 h *Introduzione e contestualizzazione delle attività di laboratorio, funzionamento e potenzialità degli strumenti con particolare riferimento al plasma, alla nanotomografia computerizzata, alla caratterizzazione reologica, alla stampa 3D e alla tecnica di elettrospinnatura per la realizzazione di membrane e filtri nanofibrosi: 6 h *Attività di laboratorio legata alla caratterizzazione reologica di materiali con selezione dei materiali da caratterizzare da parte delle diverse squadre di studenti: 2 h *Attività di laboratorio legata all’utilizzo del plasma per le modifiche di superfici: 1h *Attività di laboratorio legata alla biofabbricazione di scaffold: elettrospinnatura e stampa 3D: 3 h *Attività di laboratorio legate alla microtomografia computerizzata e al suo utilizzo nel settore dei materiali con selezione dei materiali da caratterizzare da parte delle diverse squadre di studenti: 2h *Attività di laboratorio legata all’osservazione al microscopio elettronico di superfici di frattura, e materiali vari, mappe composizionali e ricostruzioni della topografia superficiale. 2h Esercitazioni in 3 gruppi da 3 squadre ciascuno per la predisposizione dei contenuti del lavoro collaborativo: 6h Presentazione e discussione del lavoro collaborativo: 2h Ore di tutoraggio con i collaboratori alla didattica per la caratterizzazione eventuale di materiali oggetto del lavoro collaborativo.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Elaborato grafico prodotto in gruppo;
Exam: Written test; Group graphic design project;
... Esame scritto suddiviso in due parti: una breve (45') contenente 5 domande volte all'accertamento delle nozioni di base ritenute indispensabili per l'insegnamento. Si potrà utilizzare solo la calcolatrice. Una seconda prova (1h e 15') , che verrà svolta subito dopo la prima, contenente 4 domande (domande aperte e/o esercizi numerici). Solo in caso di esito positivo del primo accertamento scritto verrà valutato anche il secondo scritto. La valutazione terrà in considerazione sia le conoscenze apprese che il grado di comprensione delle stesse nonché l'abilità di utilizzare il linguaggio tecnico appropriato, esponendo le proprie conoscenze in modo organizzato, consequenziale e critico. La votazione finale sarà basata sulla valutazione della attività di presentazione e la relativa discussione svolta durante il corso (8 punti) e sulla valutazione delle due prove scritte (22 punti). Verranno inoltre assegnati dei test da svolgere in itinere sulla piattaforma moodle per l'assegnazione di ulteriori 2 punti.

I file Pdf delle slide proiettate a lezione ed utilizzate per le esercitazioni di laboratorio verranno caricati sul portale della didattica. -Michael Ashby, Hugh Shercliff amd David Cebon, Materials Engineering, science, processing and design, Buttherworth-Heinemann -D.R. Askeland The Science and Engineering of Materials, Chapman and Hall

The primary objective of this subject is to provide students with an understanding of manufacturing tools and techniques for implementation of (computer-)integrated manufacturing systems. At the end of the semester, students will: - know the structure of flexible manufacturing systems; - know principles for setting automation levels and process integration in relation to production rates; - know the fundamentals of additive manufacturing; - be able to identify design features that make automation difficult; - be able to describe the basic concepts of numerical control; - be able to identify the basic programming methods used in manufacturing; - be able to compare various robot geometries and working parameters; - be able to effectively manage production flow within an industrial firm, moving pieces, lots, tools, transferring information and orders, monitoring the implementation of operations; - to be able to program the workload for all the centres of production and service included in a company, or better, in a production department; - to schedule the progress of the production job under operation, by verifying the coherence with the plans set be able to identify the most appropriate production technology according to the product requirements.

This subject deals with manufacturing systems and automated production systems. An overview of modern manufacturing systems and techniques used in manufacturing facilities is presented. The numerical control of machines is introduced, the design of (computer) Numerical Control (CNC) machine tools, such as turning and machining centers, is explained and fundamentals of CNC programming are discussed. Components related to automated production systems, i.e. industrial robots, as well as measurements and inspection principles are investigated. Basic concepts of manufacturing by means of additive techniques (formerly known as Rapid Prototyping) will be analyzed. The subject will also briefly examine unconventional machining such as Electrical Discharge Machining (EDM), electrochemical machining, chemical milling, ultrasound machining, electron beam machining and laser processing. Moreover, in order to have a comprehensive view of a manufacturing system, students will be guided to address some problems of industrial production management, mainly concerning medium-term programming and scheduling, through presentation of formal models from which the more widespread industrial procedures are derived.

Numerical Control of Machine Tools - Basic Concepts - Machine Tools Structure (Design Principles, Materials, Loads, Slideways) - Tools And Workpiece Management (Automatic Tool Changers, Tool Magazines, Tool Changing Methods, Tools Management, Automatic Pallet Changer) - Drives and Actuation System (Spindle Drives, Feed Drives, Ballscrews, Linear Motors) - Feedback Devices (Optical Encoders, Inductosyns, Resolver, Tachometer) - Machine Control Unit (Man Machine Interface, Numerical Control Kernel, Interpreter, Interpolator, Position Control, Programmable Logic Control, Adaptive Controls) - Applications Industrial robotics - Basic Concepts - Structures of Robotic Systems (Cartesian, Cylindrical, Polar, Jointed-Arm or articulated, SCARA and wrist configurations) - End Effectors (Grippers and tools) - Robot Control Systems - Sensor Technology (Internal and external sensors, Machine vision) - Applications Measurements and Inspection Principles - Basic Concepts - Inspection Techniques - Coordinate Measuring Machines (CMM) - Computer-Aided Inspection - Applications Introduction to Additive Manufacturing - Basic Concepts - Additive Manufacturing processes and basic principles of Design for Additive Manufacturing - Applications Non-conventional machining - Basic Concepts - Mechanical Processes: Ultrasonic Machining (UM), Abrasive-jet (AJM), Water-jet (WJM) and Abrasive Water-jet (AWJM) - Thermal Processes: Electrical-Discharge Machining (EDM – WEDM) and High-Energy-Beam Machining: Electron-beam (EBM), Plasma-arc cutting (PAC) and Laser (LBM) - Chemical Machining (CM) - Electrochemical Machining (ECM) - Applications Fundamentals of Manufacturing Systems - Introduction to Manufacturing Systems - Single-Station Manufacturing Cells - Automated Production Lines and Assembly Systems - Cellular Manufacturing - Flexible Manufacturing Systems Management of production systems - Introduction to industrial systems analysis - Production planning - Aggregate Production Planning - Master Production Planning - Material Requirement Planning (MRP) - Analysis of main scheduling methods - Just in Time (JIT)

Modalita di esame: Prova orale facoltativa; Prova scritta in aula tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
Exam: Optional oral exam; Computer-based written test in class using POLITO platform;
... The aim of the final exam is to verify the student’s knowledge on modern integrated manufacturing systems. The final exam is basically an oral exam. The exam consists of 5 (five) open questions and covers all the material that was presented during lectures and seminars. Theoretical questions may include the request for drawing/sketches or solving simple problems. The exam starts with 1 (one) open question, that requires a written answer, about management of production systems topics; this first part of the oral exam accounts for 7/30. The second part of the exam consist of 4 (four) open questions about all the other topics; this second part of the exam accounts for 23/30. The final score of the exam is given by the sum of the scores obtained in each of the two parts.

PowerPoint slides presented during lectures and other teacher’s lecture notes uploaded on the Portale della Didattica. Groover, M. P. (2014). Automation, Production Systems, and Computer Integrated Manufacturing (4th ed.). Prentice Hall Groover, M. P. (2011). Fundamentals of modern manufacturing: materials, processes, and systems (4th ed.). Hoboken, NJ: J. Wiley & Sons Kalpakjian, S., & Schmid, S. R. (2008). Manufacturing processes for engineering materials (5th ed.). Upper Saddle River, N.J.: Pearson Education De Toni, A. F., Panizzolo, R., & Villa, A. (2013). Gestione della produzione. ISEDI. (an excerpt in English will be uploaded on the Portale della Didattica)

The course aims at providing: - design rules for technological materials, accounting for the required application performances and for their whole life cycle - concepts on multiscale materials design: chemical analysis basic formulation; processing and post-processing elaboration; thermal treatment and surface finishing refining - influence of nano/micro-scale materials features on macroscopic properties; how to define ultimate performances of materials - awareness for exploring multi-materials development projects and for potential substitution of consolidated materials - review consolidated examples of advanced materials design - ability to use practical tools for materials design and selection - vision for exploring future trends on materials design

Industry 4.0 claims for the continuous introduction of affordable and sustainable technological innovations. Newly conceived materials and related production and transformation routes can pave the way to new disruptive products/technologies. The design of such developments has nowaday to account not only for technical performances and costs, but also for the efficient use of raw materials, for energy savings and for the whole service life and post-life of products. In this framework the analysis of a new

The course will aim at describing: (a) Design tools for materials design & development (b) Consolidated success stories in materials design • Review of design criteria (e.g. lightweight, high temperature protection, etc.) • Design and development of materials processing • Design scale up through TRL scale • End of life disposal, re-use and recycling Design laboratory • Laboratory of Thermocalc: alloy definition • Laboratory of simulation of microstructure evolution Consolidated success stories in materials design • Composite structures Design o Composite materials: Properties and related applications o Reinforcing charges: relative weight, mechanical properties, bonding properties, etc. o Recycling issues of composite • Friction materials and other CMC • Multiphase steels for automotive • Development concepts in superalloys • Thermal protection TPS like • Scalmalloy and other Additive Manufacturing materials Future trends Nature mimic design of materials … Frontal teaching activities will be backed by numerous lab activities designed to help students to understand the most important properties of the materials under study and to familiarize students with the tests currently used for the validation of new materials both at R&D level and at manufacturing level. In particular: (a) lectures on FRP materials will follow the following programme: - Introduction. Preliminary information on composites, historical evolution and applications. - Polymeric matrixes. Basic knowledge on plastics: classifications, definitions and properties of unreinforced plastics. Time-temperature-transformation diagram for thermoset resins. Lab on thermal and mechanical properties: DSC and DMA. Evaluation of Tg, optimization of cure cycle, effect of temperature and creep phenomena. - Reinforcements. Basic knowledge on glass fibers, carbon fibers, emerging polymeric fibers: classification, properties and effect on the polymer matrix properties (isotropic and anisotropic composites). Lab on microstructure: determination of volume fractions for fibers, resin, and pores in FRPs. Lab on mechanical properties: tensile test, flexural test. Effect of fiber orientation and volume fraction. Effect of stacking sequence in laminates. - Basic micro- and macro-mechanics models: from properties and volume fractions of the constituent phases to the stiffness matrix of a single lamina to the stiffness matrix of a laminate to correlate applied loads to stress distribution. Numerical examples. (b) lectures on CMC materials will follow the following programme: (c) lectures dedicated to the steel world will follow the following programme: - Recall on traditional steels, their application and relative economic values - Advanced Steels: Properties, related applications and relative added value with respect to the application - Modern Steelmaking in relation to the devoted market sector - Powder Metallurgy as manufacturing route for steel semi-products - Decarburization challenge for Steel - Advanced heat treatment processes: atmospheric, vacuum and low pressure technologies and processes Educational visits and seminars by industry representatives will be organized depending on the availability of companies

Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa; Elaborato progettuale in gruppo;
Exam: Written test; Optional oral exam; Group project;
... For attending student: the grading system includes evaluation of project report and related discussion (max 14/30); written test (max 16/30); and optional oral test. The written test (1 hr) is based on a questionnaire with eight multiple choice questions (max 8/16), two open questions (max 8/16) that are addressed to verify the student’s learning and knowledge of the course content. The evaluation of the multiple choice questions considers only the correct answers; no negative points will be applied for wrong or missing answers. The use of any support material is not allowed for the entire duration of the test. The minimum mark for passing the written exam is 10. The project will be explained during the lessons with related examples. The deadline to deliver the project report is 1 week before the written exam date. The minimum mark for passing the project reporting is 8. The optional oral test, that is also addressed to verify the student’s learning and knowledge of the course content, consists of an interview, approximately 15 minutes long, on the course program. Should the oral test be undertaken, the final mark could be increased or decreased by a maximum of 2 points. To pass the exam, both parts, i.e. the technical report and the written test, must achieve a sufficient passing grade independently. For non-attending student: the grading system includes written test and optional oral test. The written test (2 hrs) is based on a questionnaire with 16 multiple choice questions (max 16/30), two open questions (max 8/30) and one exercise (max 6/30) that are addressed to verify the student’s learning and knowledge of the course content. The evaluation of the multiple choice questions considers only the correct answers; no negative points will be applied for wrong or missing answers. The use of any support material is not allowed for the entire duration of the test. The minimum mark for passing the written exam is 18. The optional oral test, that is also addressed to verify the student’s learning and knowledge of the course content, consists of an interview, approximately 15 minutes long, on the course program. Should the oral test be undertaken, the final mark could be increased or decreased by a maximum of 2 points.

ASHBY.....

Knowledge and understanding: Through lectures, seminars, educational visits and experimental labs, the student will learn the science and technology of fiber-reinforced composites, ceramic matrix composite and semiconductor materials. Applying knowledge and understanding: Upon successful completion of this course, the student will be able to apply his/her knowledge to the selection of constituent phases (matrix and fiber) to obtain composites and semiconductor materials with specific properties, relevant to different application field. Making judgments: Through written reports and open presentation of the lab activities, the student will be able to understand, discuss collectively and critically, as well as to expose, the results obtained in the experimental laboratories. Communication skills: Written reports improve the ability of presenting experimental data and general understanding in an effective and concise way; group presentations allow to express the acquired concepts with an appropriate language and to hold a discussion about the course topics. Learning skills: the activities described so far, allow the students to acquire the methodological tools that are necessary to continue their educational career and to become familiar with the ever-continuing update on scientific achievements that is required in cutting-edge technological fields.

The innovation of materials, starting from their design, through their production processes, to their transformation into sustainable and effectively marketable products is one of the pillars of the Industry 4.0 paradigm. Indeed, materials are the indispensable platform on which to base the development of new technologies. At the same time the economic and environment sustainability of materials/products manufacturing and transformation routes is a key enabling factor to claim for the future of our world and of our society. Within this framework, this course, that is mainly focused on composite materials (both polymeric and ceramic matrixes) for engineering applications and semiconductor materials, provides graduates with the scientific fundamentals of major composite engineering materials and semiconductor materials. Further to theoretical study of the properties of different materials, laboratory activities will develop the ability to apply the acquired knowledge to the critical study of materials properties and how they relevantly apply to the different engineering applications. With the aim of fostering a robust understanding of the relationship between material properties and in-service performance in different application areas, at the end of the course, the students know: - the common matrixes and reinforcements used for composites; - the fundamental information about the microstructure-processing-properties relationship for composite materials; - how to produce and how to test a composite material; - basic micro- and macro-mechanics models of composite materials; - identify the role of different materials within electronic devices; - the main processes involved in the semiconductor manufacturing and device fabrication; - understand the technological process flow for a given electronic device.

The course will aim at describing: - microstructure, properties, and specific characterization methods for fiber-reinforced plastics (FRP), with an emphasis on high-performance polymer matrixes reinforced with continuous fibers (4,5 CFU); - microstructure and properties of ceramic matrix composites (CMC) (0,5 CFU); - semiconductor materials and related manufacturing techniques (2 CFU). Frontal teaching activities will be backed by numerous lab activities (10 ore for each student) designed to help students to understand the most important properties of the materials under study and to familiarize students with the tests currently used for the validation of new materials both at R&D level and at manufacturing level. In particular: (a) lectures on FRP materials will follow the following programme: - Introduction. Preliminary information on composites, historical evolution and applications. - Polymeric matrixes. Basic knowledge on plastics: classifications, definitions and properties of unreinforced plastics. Time-temperature-transformation diagram for thermoset resins. - Reinforcements. Basic knowledge on glass fibers, carbon fibers, emerging polymeric fibers: classification, properties and effect on the polymer matrix properties (isotropic and anisotropic composites). - Basic micro- and macro-mechanics models: from properties and volume fractions of the constituent phases to the stiffness matrix of a single lamina to the stiffness matrix of a laminate to correlate applied loads to stress distribution. Numerical examples. - Non-destructive test (NDT): ultrasonic, x-ray, acoustic emission, thermal, optical, electrical methods. (b) lectures on CMC materials will follow the following programme: - Ceramic matrixes: crystalline, amorphous and vetroceramics. - Main industrial example of CMC. (c) lectures dedicated to semiconductor materials will follow the following programme: -Introduction to semiconductors and a brief overview of the historical reasons for the growth of the semiconductor market - Brief overview of key physics concept about Semiconductor Materials (crystal structure, energy band, charge carriers, doping) - Wafer production (Silicon, Compound Semiconductor Growth) - Introduction to main semiconductor main semiconductor manufacturing steps (thermal oxidation, growth techniques, epitaxy, photolithography (mask generation), CVD, PVD, RF & DC Plasma generation, plasma processing for deposition and etching, wet and vapour etching processes. Lab will be organized on preparation and characterization (microstructure and mechanical properties) of the studied materials. Educational visits and seminars by industry representatives will be organized depending on the availability of companies.

E' possibile sostenere l?esame in anticipo rispetto all?acquisizione della frequenza

• Ever J. Barbero. “Introduction to composite materials design� - Boca Raton: CRC Press, 2018. - L. Carlsson, D. Adams, B. Pipes. “Experimental characterisation of advanced composite materials�, CRC Press. - Mel M. Schwartz. Composite Materials, Volume I: Properties, Non-Destructive Testing, and Repair, Prentice Hall - Simon M. Sze and Gary S. May, “Fundamentals of semiconductor fabrication� Wiley - W. Menz, J. Mohr, O.Paul, “Microsystem Technology�, Wiley-VCH ed.

Materials forming (Non metallic materials forming Technologies)Knowledge and understanding on: - Rheology of polymeric fluids - Viscoelastic behavior of polymeric fluids - Fundamentals of conventional and emerging processing technologies for plastics and polymer-matrix and ceramic-matrix composites - Fundamentals of emerging ceramic processing technologies Apply knowledge and understanding and make judgments about: - Ability to select appropriate materials and processes for the production of a specific object/part (material selection in terms of physical-mechanical and functional properties, cost and sustainability; process selection in terms of geometry / size, productivity, cost and sustainability) Communication skills on: - Ability to draw up a technical report - Ability to present Learning skills on: - Ability to use professional databases for the selection of materials / processesMetal forming technologiesA fundamental aspect of the course deals with the evaluation of characteristics and properties of the finished product, also as function of the adopted technology. A particular analysis will be devoted to the evaluation of the technical/economic aspects, also in terms of the results deriving from quality control. The close contact with the more relevant industries, by means of targeted visits, provides a practical content for the course, and promotes a continuous updating on evolution and technological innovation.

Materials forming (Non metallic materials forming Technologies)One of the paradigms of the so-called fourth industrial revolution (Industry 4.0) concerns the production of semi-finished and finished products with sustainable materials and processing technologies. Knowledge of the operating principles of both conventional and emerging forming technologies is essential for the correct selection and processing of materials for optimized and sustainable production activities. Based on these considerations, the course provides an introduction to the main processing technologies of non-metallic materials for the production of semi-finished and finished products. In particular, after an introduction to the rheological behavior of materials, conventional and emerging technologies for polymeric and composite materials will be described together with innovative forming technologies for ceramic materials. The criteria for selecting materials and technologies based on specific applications will also be discussed. The acquired knowledge will finally be used for the development of a group project on the selection of materials and transformation technologies suitable for the production of semi-finished or finished products.Metal forming technologiesThe course is aimed at deepening the knowledge related to the metal forming processes and technologies. After an introduction of the fundamental principles related to the different techniques, processes and the equipment used in metal forming will be examined. In particular, the manufacturing of finished parts, made of metal alloys and composites is studied and analyzed especially in terms of the applications of technology in different industrial sectors

Materials forming (Non metallic materials forming Technologies)I - Rheology of thermoplastic polymers. Chemo-rheology of thermoset polymers. II - Processing technologies for thermoplastic and thermoset polymers: compounding, extrusion, injection molding, blow molding and other technologies, additive manufacturing III - Processing technologies for polymer-matrix and ceramic-matrix composites: hand lay-up and spray lay-up, autoclave vacuum bagging, resin transfer molding, compression molding, filament winding IV - Advanced processing for ceramic materials: additive manufacturing V - Teamwork: Students' teams (max 5 students/team) - Material and process selection for the production of a specific object/part/component - Resources: Granta EduPack - Output: written technical report and related presentationMetal forming technologiesFOUNDRY Principles of solidification of the alloys. Flow diagram and processing cycle typical of a foundry. Models, shapes and dies, traditional and special forming methods. Gravity casting, centrifugal casting and die casting. Investment Casting. Squeezecasting, Rheocasting, Thixomolding. Finishing operations and quality control; typical alloys and their fields of application, quality assurance. PLASTIC DEFORMATION Mold Casting and continuous casting. Recall of the theory of plasticity and of the theoretical fundamentals of the plastic deformation. Hot, semi-hot and cold deformation. Primary and secondary rolling. Forging, pressing, direct and inverse extrusion, drawing, blanking and forming of thin sheets. Residual stresses and analysis of the most common defects. Alloys for plastic deformation, properties and characteristics of the pieces obtained, quality control. POWDER METALLURGY Production Techniques and characterization of the product Pressing in molds: obtainable shapes and limits. Special compaction processes, cold and hot isostatic pressing. Sintering in furnaces: thermodynamic aspects of the process, furnaces and sintering atmospheres. Metal Injection Molding: characteristics and applications, raw materials and production cycle. FAST Techniques: SPS, EDS, CDS Free-form processes and 3D printing. Additive Manufacturing: main techniques and typical products DESIGN CRITERIA AND COST ANALYSIS Technical/economic comparison among the different alternative technologies and selection criteria for process optimization. Cost indexes. Design of a forming process, tools and form factors. In the laboratories, the characteristics of formability, properties and microstructural characteristics of the materials will be examined as function of the different technologies adopted, with the observation and analysis of finished pieces.

Materials forming (Non metallic materials forming Technologies)Modalita di esame: Elaborato progettuale in gruppo; Prova scritta in aula tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo; Metal forming technologiesModalita di esame: Prova scritta (in aula);
Materials forming (Non metallic materials forming Technologies)Exam: Group project; Computer-based written test in class using POLITO platform; Metal forming technologiesExam: Written test;
... Materials forming (Non metallic materials forming Technologies)The final grade of the "Materials forming" course (10 CFU) is given by the weighted average of the grades obtained in the modules "Metal forming technologies" (6 CFU) and "Non metallic materials forming technologies" (4 CFU). With regard to the "Non metallic materials forming technologies" module, the assessment is carried out with the following methods and criteria: - Test A: final written test (maximum grade 20 points). - Test B: written technical report and oral presentation of the group project (maximum grade 10 points). Test A consists of multiple choice questions (from 5 to 10) and open questions (from 3 to 5) on the topics illustrated during classroom lessons. Test A is carried out in the classroom using the student's personal PC and has a maximum duration of 60 minutes. Test B (delivery of the written technical report and oral presentation) is carried out in the classroom in the last week of the lesson. Alternatively, the test can be carried out on subsequent dates to be agreed. In the attribution of the final scores, the level of theoretical knowledge acquired and the ability to apply the knowledge acquired (Tests A and B) are predominantly assessed. The level of independent judgment and communication skills will also be taken into consideration (Test B).Metal forming technologiesThe verification of learning takes place through the final examination, which certifies the acquisition of knowledge and skill expectations. In particular, the examination consists of an oral test in which the analysis of the specific characteristics of the different manufacturing processes are considered and discussed. Students, divided in groups made of 2, will also be required to produce and illustrate into details a report on the proper manufacturing technique/s (at an industrial scale) of a given component, assigned during the course. Templates for the correct preparation and writing of the report will be shown during the course and made available on the portal. The final mark will take into account the level of knowledge of the topics of the exam, as well as the critical analysis and communication skills of the student.

Materials forming (Non metallic materials forming Technologies)- Slides and notes provide by the professor. - C. Bonten, Plastics technology, Hanser, 2019 (ISBN 978-1-56990-767-2; E-Book ISBN 978-1-56990-769-9) Metal forming technologiesKalpakjian, Mechanical Technology, Pearson, 2014 J. Beddoes, Principles of Metals Manuafcturing Processes, Elsevier, 2006 A. Salak, Ferrous Powder Metallurgy, Cambridge International Science Pub., 1995 G. Dieter, Mechanical Metallurgy, McGraw.Hill, Tokio, 1988. M.P. Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing: Materials, Processes, and Systems, Wiley, 2012 Slides used during classes are uploaded on the course portal web. Exercise lessons: the topic of the final project, practical exercises, materials and plants datasheet, parts of international standards and handbooks are given during front lessons and uploaded on the portal web.

Knowledge and understanding: Through lectures, seminars, educational visits and experimental labs and team work , the student will learn the science and technology of ferrous and non ferrous metals alloys and their metallurgical processes. Applying knowledge and understanding: upon successful completion of this course, the student will be able to apply his/her knowledge to: • Select and describe how to obtain ferrous and non ferrous metals with specific properties • Describe and distinguish between different processes for fabricating objects/components made in selected alloys. Making judgments: Through written reports and open presentation of the lab activities and team work, the student will be able to understand, discuss collectively and critically, as well as to expose, the results obtained in the experimental laboratories. Communication skills: Written reports improve the ability of presenting experimental data and general understanding in an effective and concise way; group presentations allow to express the acquired concepts with an appropriate language and to hold a discussion about the course topics. Learning skills: the activities described so far, allow the students to acquire the methodological tools that are necessary to continue their educational career and to become familiar with the ever-continuing update on scientific achievements that is required in cutting-edge technological fields

The innovation of materials is one of the pillars of the Industry 4.0 paradigm. Materials represent the core for the design and development of new products, which are obtained in an always growing percentage by means of advanced and innovative manufacturing techniques. Within this framework, this course is organized into two parts aimed at providing graduates with the scientific fundamentals of ferrous and non ferrous metals for industrial advanced applications. The first part of the course will deal with advanced engineering steels, providing graduates with the scientific fundamentals of their related primary manufacturing processes, considering how the production technology can influence the ultimate properties and service performance of materials. The current market steel product availability of materials chemistry and products (e.g. blocks, plates, wires, etc.) will be discussed as well as the trends for next future development. The second part of the course will deal with non ferrous metals alloys (based on the Al, Cu and Ti systems), covering the primary manufacturing processes and how materials chemistry impact onto the properties and performances of the final products. An application driven technology for non ferrous metals will be given to students, aiming at providing knowledge to define the technical requirements as function of the selected application. By the end of the course students will be able to: - evaluate the properties, related applications and relative added value with respect to the application for advanced steels; - understand the modern steelmaking in relation to the devoted market sector and to the environment impact; - analyse the role of heat treatment processes and related technologies on advanced steel properties; - evaluate the role of heat treatment processes on non ferrous materials properties; - understand the relationship between properties and applications for non ferrous metals alloys.

Part 1: Advanced ferrous alloys Recall on traditional steels, their application and relative economic values. - Advanced Steels: properties, related applications and relative added value with respect to the application. - Modern Steelmaking in relation to the devoted market sector. - Decarburization challenge for Steel. - Powder Metallurgy as manufacturing route for steel semi-products. - Advanced heat treatment processes: atmospheric, vacuum and low pressure technologies and processes. Part 2: Non ferrous alloys -Al Alloys: Recall on basic alloys and their properties. Advanced Al alloys: properties, applications and related added value. New applications and markets. Heat treatment processes and their influence on the final components properties -Cu Alloys: Recall on basic alloys and their properties. Metallurgy of Cu alloys: properties, applications and related added value. New applications and markets. Heat treatment processes and their influence on the final components properties -Ti and Ti Alloys: Chemical compositions, structure and properties. Main Sectors of applications Ti aluminides Lab will be organized on thermal and mechanical properties of the studied materials. Educational visits and seminars by industry representatives will be organized depending on the availability of companies.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula);
Exam: Written test;
... The grading system includes: written test and optional oral test. The written test (2 hrs) is based on a questionnaire with multiple choice questions and open questions that are addressed to verify the students learning and knowledge of the course content. The optional oral test, that is also addressed to verify the students learning and knowledge of the course content, consists of an interview, approximately 15 minutes long, on the course program. Should the oral test be undertaken, the final mark is the average of the marks obtained in the two tests (written test + oral test), otherwise the score of the written test applies.

• Seetharaman, S., Treatise on Process Metallurgy, Vol. 3, Industrial Processes. - C. Leyens and M. Peters, “Titanium and Titanium Alloys, Fundamentals and Applications�, Wiley

It is expected the student will acquire knowledge in: - Regulations and standards for Quality Management Systems. - Common statistical data analysis techniques (descriptive statistics, outlier management, normality tests, regression, hypothesis test and ANOVA) for typical materials engineering measurements. - Metrological characteristics of instrument in materials engineering applications. - Measurement uncertainty evaluation. - Statistical Process Control: use of control charts, process capability analysis and sampling plans. It is expected the student will be able to: - Implement methods for the management and control of quality in measurements typical of materials engineering. - Gather data from laboratory experiments and process them to present test results. - Analyse the information derived from experiments and identify how to use such information in materials engineering design and control. - Design inspection procedures, which includes selecting appropriate measuring instruments and control strategies, and data analysis procedure for quality control in materials engineering. - Use common software to implement statistical data analysis for quality control.

The course aims to provide: - The basic concepts of probability and statistics used to manage and analyse the results of experiments. - The ability to understand general information about the features in the field of metrology tools and measuring system. - Knowledge concerning the elaboration and presentation of measurement and test results in materials engineering. - The concept of measurement uncertainty and its evaluation in materials engineering applications. - The main quality management and control methods used in industrial contexts.

1. Preliminary Concepts. Introduction to Quality standards, terms and definitions, historical notes on the introduction of quality control in industrial field for production and manufacturing, ISO 9000. Information contained in measurement data, the measuring management according to quality control, ISO 17025. 2. Basics statistic for quality control. Random variables. Statistical indexes of position and dispersion. Main statistical distributions (binomial, hypergeometric, Poisson, normal, t-Student, chi-squared, lognormal, F-Fisher). Confidence level and risk of error. Confidence intervals. 3. Tools for experimental data analysis: descriptive statistics and graphical representation (scatter plot, box-plot, histogram). Outlier management. Normality tests, regression, hypothesis testing, ANOVA. 4. Measurement uncertainty evaluation: main metrological characteristics of measuring instruments (resolution, accuracy, precision). Evaluation of uncertainty contribution: type A and type B. Law of uncertainty propagation. Expanded uncertainty. Table for uncertainty budget. 5. Statistical Process Control (SPC). Variability and natural tolerances of a process. Control charts for variable and attributes. Process capability analysis. Acceptance control: sampling plans.

Modalita di esame: Test informatizzato in laboratorio;
Exam: Computer lab-based test;
... The student to pass the exam will be required to have acquired the expected learning outcomes of the course. The exam will consist of two parts: - the evaluation of the technical report (individual or in small groups) drafted as an outcome of the experimental laboratories and related data analysis; - a written test. Both technical report's and written test's evaluation will weight 1/2 of the final score (i.e. 16 points each). To pass the exam, both parts, i.e., the technical report and the written test, must achieve a sufficient passing grade independently. The written test will consist of a set of exercises covering the topics of the course and some multiple answer questions about the theoretical section of the course. For the latter questions, the correct answers have a positive value, the wrong answers have a negative value and the not given answers a zero value. The written test exam will be delivered via a computer lab-based test using the Exam platform. During the written test, numerical tables and nomograms presented during the course may be exploited, while the use of books, notes or other supporting material of any kind is forbidden. The written test will last about 90 minutes, the exact duration being dependent on particular difficulty of the questions. The exam results will be published typically after about one week after the written test date. Students will be allowed to withdraw. Students will be allowed to see the written test on a date to be communicated upon the publishing of the exam results on the Portale della Didattica. The technical report on experimental laboratories activities will be submitted by students in a separate moment with respect to the written exam, though within the examination session. Once the assessment of the technical report will be defined by the teacher(s), in addition to the mark, feedback will be given to students about the quality of their work. If a positive mark will be obtained on this part of the exam, it will not be possible to withdraw the mark received for it.

• D. C. Montgomery, Introduction to Statistical Quality Control, 7th Ed., J. Wiley, New York, 2012. ISBN-13:978-1118146811. - D. C. Montgomery, Engineering Statistics, 5th Ed., J. Wiley, New York, 2010. ISBN-13: 978-0470631478. - G. Barbato, A. Germak, G. Genta, Measurements for Decision Making, 1st Ed., Società Editrice Esculapio, Bologna, 2013. ISBN-13: 978-8874885756.

With emphasis on engineering tools that can support Sustainable Development, the student is expected to gather basic knowledge about the socio-economic-environmental characterisation of energy and mineral resources, and environmental engineering projects. He/she should gain a basic understanding of resource management issues and their relationship to property rights, externalities, market structure, and discount rates, as well as the economic analysis tools and evaluation techniques used in environmental economics and the analysis of natural resources and construction of engineering works. He/she should understand what is meant by sustainable development and how sustainability concepts are applied to energy, minerals and in engineering projects. He/she should be able to conduct a life cycle assessment and interpret the results in terms of environmental management and sustainable development, in a context of a more circular economy.

The overarching framework for this course is sustainable engineering and industrial ecology, i.e., the theory and practice of engineering within a complex, interconnected world that faces many economic, environmental and social challenges. The objective is to build on basic concepts of market economics as they apply to minerals, energy, the environment, and engineering projects. Students will be taught the skills necessary to understand and evaluate the socio-economic-environmental consequences of energy and mineral production, as well as environmental engineering projects, and their relationship to biotic resources and the environment. At the end of the course, the student is expected to know the basic concepts relevant to the role of natural and environmental resources in the economic system, the environmental issues connected with the production and use of energy and minerals, and to understand how resources and engineering can contribute (positively or negatively) to sustainable development through a more circular economy.

•Role of natural resources in the economy and man’s efforts to modify the earth to his needs. Role and evolution of energy and minerals in the economy: past, present and future perspectives. National material flow accounts. Birth and evolution of the “Environmental debate�. •Sustainable engineering. Engineers need to solve problems in the real world, one that is fast changing, complex, and interconnected. Because the challenges engineers must face today differ from those of prior generations, and because societies are looking for solutions that are consistent with a sustainable future, the course will address how the practice of engineering is fundamentally changing. Basic concepts of sustainable development, from societal and intergovernmental perspectives, and linkage of industrial ecology to sustainability. •Sustainable development as applied to energy and mineral resources and engineering projects. Sustainability and business management in the energy and mineral industries. Recent SD thinking, sustainability assessments, indicators of sustainability, corporate reporting, and codes of conduct. •Mineral economics and policy. Basic microeconomic theory as applied to non-renewable resources. Economic significance of mineral raw materials and the resource industry, including minerals and energy in GDP and national income and product accounts. Principles of minerals economics, including scarcity and resource depletion, the nature of economic rent. Market structure, international aspects, and trade of minerals. Raw Materials Policy and the EU. Critical Raw Materials. •Energy resources economics and policy. Primary and secondary energy sources. Demand and supply of energy. Conventional energy sources: oil, gas and coal. Renewable energies. Evolution of the international energy strategies from the birth of OPEC to present days. Energy Management and Industrial Energy Analysis. •Environmental economics. Progression from environmental to ecological economic theory; core concepts, including public goods, common property resources, pollution, and externalities. Market and non-market valuation of damages. The internalization of externalities. Environmental policies and public/private instruments. Applications of the foregoing to energy, mineral, and engineering projects. •Circular economy. Elements of Circular Economy, starting for the EC COM/2015/0614 final: Closing the loop - An EU action plan for the Circular Economy. The European Commission has adopted an ambitious new Circular Economy Package to help European businesses and consumers to make the transition to a stronger and more circular economy, where resources are used in a more sustainable way. The overarching goal is to maximise the benefits to society from all raw materials, products and waste, fostering energy savings and reducing Greenhouse emissions, covering the full lifecycle of products. •Life Cycle Assessment (LCA). A methodology to evaluate the environmental performances of production and consumption systems. Origin and basic principles of LCA according to the ISO 14040 standards. Use of LCA software applications. Basics of Life Cycle Management and green communication. The IT laboratory will be used in order to carry out those practice exercises which require the use of the software packages SimaPro, GaBi and openLCA.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Elaborato progettuale in gruppo;
Exam: Written test; Group project;
... The final examination consists of a written test (1,5 hours) made of open (essay) questions and short exercises (oral examination not allowed). Examples of written tests from previous years will be distributed via Portale della didattica. The final mark is given 60% according to the mark obtained in the written examination (passmark 16/30) and 40% according to the mark obtained in the Team Project report. In order to attend the final exam it is necessary: -to register via web site of the Politecnico within the deadline; -to submit the Team Project report any time, but not later than 5 days before the written examination. The written examination must be in legible English. The use of teaching material during the exam is not allowed.

Powerpoint Slides available at the Politecnico web site. References: Field, Environmental Economics, Chapters 5 and 6, McGraw-Hill, Irwin, 2009. Gibson, et al., Sustainability Assessment, Chapter 3, Earthscan, 2005. Hacket, Environmental and Natural Resource Economics, Chapters 3 and 4, M.E. Sharpe, 2006. IEA, World Energy Outlook, International Energy Agency. IEA, Renewables Information. International Energy Agency. Tilton, Mineral Economics: an overview of the discipline, 2007. Turner, Pearce and Bateman, 1993, Chapters 5 and 8, Johns Hopkins, 1993. Additional supplementary articles and materials (uploaded in the Politecnico web site)

Comprensione e conoscenza dei seguenti concetti: - caratteristiche dei materiali compositi, e della relazione tra composizione, struttura e proprietà ; - materiali utilizzati nell'ambito dei materiali compositi, con particolare attenzione alle differenze rispetto ai materiali "tradizionali"; - effetto della scala e dell'interazione tra matrice e rinforzo sulle proprietà dei compositi; - modelli meccanici e fisici in grado di simulare il comportamento dei materiali compositi; - proprietà e tecniche di caratterizzazione tipiche dei materiali compositi, compresa l'analisi dei dati; - modalità di preparazione dei materiali compositi. Capacità di progettare un materiale composito per raggiungere uno specifico obiettivo progettuale in termini di proprietà .

Questo insegnamento presenta l’ampia classe dei materiali compositi. Tali materiali nascono dall’abbinamento di diverse tipologie di materiali, che tramite un’opportuna progettazione possono operare in maniera sinergica per ottenere proprietà non facilmente realizzabili con materiali “tradizionali�. Per questo motivo l’insegnamento richiama e utilizza numerose nozioni presentate nei corsi di base di scienza dei materiali, integrandole con le caratteristiche specifiche necessarie per descrivere opportunamente la scienza e la tecnologia dei materiali compositi. In particolare, il corso: presenta i materiali utilizzati per realizzare i compositi, matrici e rinforzi, con particolare attenzione alle fibre e ai metodi per la loro organizzazione spaziale all’interno dei compositi; distingue tra macro-, micro- e nano-compositi, chiarendo l’effetto della dimensione del rinforzo dal punto di vista della modellazione meccanica, delle proprietà attese, della caratterizzazione e della realizzazione; descrive le modalità di modifica dei materiali utilizzati per ottimizzare le proprietà finali dei compositi, chiarendo la relazione tra i meccanismi microscopici e le proprietà macroscopiche osservate; descrive le principali tecniche di caratterizzazione e gli standard principali utilizzati nell’ambito; mostra come è possibile costruire modelli analitici e numerici per descrivere le principali proprietà dei compositi; chiarisce le possibilità di ottimizzazione a disposizione dell’ingegnere tipiche dei materiali compositi, le cui proprietà possono essere modulate in funzione dell’obiettivo progettuale richiesto.

Generalità e peculiarità dei materiali compositi. Matrici e rinforzi. Tessuti e altri metodi di organizzazione spaziale dei rinforzi. Macro-, micro- e nano-compositi e loro peculiarità . Compositi multiscala. Funzionalizzazione dei materiali per applicazioni nell'ambito dei compositi. Compositi strutturali e funzionali. Compositi naturali. Micro- e macro-meccanica dei compositi. Meccanismi di rafforzamento e tenacizzazione nei compositi. Tecniche di preparazione dei compositi a matrice polimerica, metallica e ceramica. Tecniche di caratterizzazione dei compositi e standard relativi. Cenni di teoria delle misure e anlisi dati. Modelli analitici e numerici. Progettazione di materiali compositi. Degrado e riciclo dei materiali compositi. Impatto ambientale.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria;
Exam: Written test; Compulsory oral exam;
... L’apprendimento è verificato tramite un esame finale individuale scritto e orale. La prova scritta consiste di esercizi di calcolo e, a discrezione del docente, quesiti sui temi del corso, a risposta chiusa o aperta. Durante la prova orale gli studenti sono tenuti a rispondere in maniera chiara, esauriente e completa a domande sui temi trattati durante il corso. L’allievo svolge la prova scritta senza avvalersi dell’aiuto di testi o appunti ma con un formulario fornito dal docente, e con l’utilizzo di una macchina calcolatrice tascabile per eseguire i calcoli. Il punteggio finale, espresso in trentesimi, si ottiene combinando il punteggio della prova scritta con gli esiti della prova orale. L'obiettivo dell'esame è verificare la comprensione e la conoscenza dei temi trattati durante il corso. I quesiti sono scelti in modo da verificare l’apprendimento di ogni aspetto trattato nell'insegnamento.

Di seguito alcuni testi di riferimento per l'insegnamento: Suggerito: F.L. Matthews, R.D. Rawlings, Composite Materials: Engineering and Science, Chapman & Hall, Londra 1994; In italiano: C. Badini , Materiali Compositi per l'Ingegneria Nuova Ed., Celid, Torino 2013. Altri testi verrano consigliati durante il corso.

L' obiettivo del'insegnamento è che gli studenti comprendano e conoscano: - i meccanismi fisico-chimici alla base del funzionamento dei semiconduttori; - la fisica dei dispositivi basati su tali materiali; - l'interazione tra particelle (elettroni, fotoni) e la materia; - la relazione struttura-proprietà dei materiali semiconduttori; - il funzionamento dei principali dispositivi di base; - i principi base dei materiali per elettronica e optoelettronica; - le principali tecnologie utilizzate per la preparazione dei materiali semiconduttori; - alcune tecniche di caratterizzazione; - alcuni materiali, processi o applicazioni innovativi. L'insegnamento mira a far sì che gli studenti comprendano i fenomeni fisici alla base dei materiali funzionali e le modalità con cui la tecnologia cerca di risolvere i problemi. La pura conoscenza, senza un'adeguata comprensione, non viene perseguita durante l'insegnamento.

L'insegnamento di Scienza e Tecnologia dei Materiali Funzionali si pone come obiettivo il far conoscere agli studenti la classe dei materiali semiconduttori e le problematiche relative al concetto di materiale funzionale. L'insegnamento tratta: della teoria necessaria per comprendere il funzionamento di un semiconduttore, del funzionamento di alcuni dispositivi di base, dei processi tecnologici utilizzati per ottenere i materiali semiconduttori e per costruire i dispositivi, di alcune tecniche di caratterizzazione, di alcuni materiali, processi e applicazioni innovativi nell'ambito dei materiali funzionali. L'insegnamento si pone come obiettivo anche la familiarizzazione con la modalità di calcolo tipica dell'ambito dei materiali semiconduttori, tramite esercitazioni mirate, e lo sviluppo della capacità di spiegazione ed esposizione di argomenti affini a quelli dell'insegnamento, tramite esercitazioni e laboratori di gruppo.

L'insegnamento verte sui seguenti argomenti: Classificazione dei materiali. I materiali semiconduttori. Richiami di cristallografia e difetti, con particolare attenzione ai materiali semiconduttori. Richiami di fisica dello stato solido. Trasporto nei semiconduttori. Drogaggio. Giunzione pn. Transistor. Precursori del silicio e dei materiali III-V. Crescita dei monocristalli di silicio, dei materiali III-V e di altri semiconduttori. Wafering dei substrati e controlli di processo. Clean room e siti produttivi. Tecniche litografiche, di deposizione, di ossidazione, attacchi chimici e diffusione, impiantazione ionica. Tecnologia dei circuiti integrati. Tecnologia dei dispositivi optoelettronici. Tecniche di caratterizzazione: microscopia ottica ed elettronica, microscopie SPM, cenni a RBS. Tecniche di crescita epitassiale. Eterogiunzioni. Quantum well. Dispositivi optoelettronici. Materiali per dispositivi fotonici. Materiali per fotovoltaico. Cenni a disponibilità , riciclo e sicurezza dei materiali funzionali. Esercitazioni di calcolo: onde e particelle, trasporto nei semiconduttori, giunzione pn. Esercitazione di processo simulato. Esercitazioni e laboratori di gruppo: smontaggio apparecchiature elettroniche; microscopio a forza atomica: misura e analisi dati; osservazione microcircuiti al SEM.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria; Elaborato scritto individuale;
Exam: Written test; Compulsory oral exam; Individual essay;
... L’esame consisterà di tre parti: - realizzazione di una relazione, denominata "come funziona", in cui ogni studente dovrà scegliere un oggetto, dispositivo, tecnologia, o processo, e descriverlo in un numero limitato di caratteri, privilegiando la parte di spiegazione rispetto alla parte descrittiva. All'esame orale dovrà presentare in pochi minuti tale relazione, spiegando come funziona l'oggetto/dispositivo/... da lui/lei scelto. - scritto di durata pari a 2 h, durante il quale gli studenti devono risolvere alcuni esercizi, simili ad altri già visti durante le esercitazioni, sia di calcolo sia di processo simulato . Lo scopo di questo scritto è da una parte dare prova di competenza nell'esecuzione di calcoli complessi, senza commettere errori, dall'altra di familiarizzarsi con il processo logico di costruzione di dispositivi. Saranno presenti anche alcune domande teoriche. Durante lo scritto non si potrà consultare materiale didattico ma verrà fornito un formulario nel quale sono presenti tutti i dati e tutte le formule necessarie a completare gli esercizi proposti. Per lo scritto è necessaria una calcolatrice che permetta di fare calcoli con logaritmi e esponenziali. - orale. Innanzitutto gli studenti dovranno presentare in pochi minuti la relazione da loro svolta, dimostrando anche di saper rispondere a domande di spiegazione e approfondimento dell'argomento trattato. In seguito gli studenti dovranno essere in grado di dimostrare la comprensione degli argomenti trattati durante l'insegnamento. Durante l'orale sarà privilegiata, per il superamento dell'esame, la comprensione dei fenomeni rispetto alla pura conoscenza mnemonica. Le tre parti dell'esame saranno utilizzate per determinare una valutazione complessiva degli studenti. Approssimativamente la relazione vale non più del 25% del punteggio totale, e lo scritto non più del 30%. Tuttavia il docente si riserva di variare tali percentuali a seconda dei casi specifici.

Non esiste un libro di testo univoco, la bibliografia dell'insegnamento sarà citata man mano durante le lezioni. Tuttavia come riferimenti generali si consigliano: - Sze. Dispositivi a semiconduttore. Ed. Hoepli - M. J. Madou - Fundamentals of Microfabrication and Nanotechnology, CRC Press I docenti si premureranno di fornire agli studenti le diapositive proiettate, prima o dopo la lezione.

Knowledge and understanding: Through lectures, seminars, educational visits and experimental labs, the student will learn the science and technology of surfaces. Learning skills: the activities described so far, allow the students to acquire the methodological tools that are necessary to continue their educational career and to become familiar with the ever-continuing update on scientific achievements that is required in cutting-edge technological fields. Communication skills: written open questions will improve the ability of presenting the key contents of the course and to provide evidence of their understanding in an effective and concise way and to express the acquired concepts with an appropriate language. Applying knowledge and understanding: Upon successful completion of this course, the student will be able to apply his/her knowledge to • describe and compare different materials that show similar surface properties, • describe and distinguish between different processes for designing and enegineering, • appraise reasons for selecting the best process for modification, structuring and coating of a surface for a given application.

The innovation of materials is one of the pillars of the Industry 4.0 paradigm, and surfaces play a key role in the innovation process. Through modification, structuring and coating of the surface the most diverse functions and functionalities – and therefore future-oriented products and systems – can be realized, expanding the potential application of materials and giving life to new and augmented products. Within this framework, this course aims at providing graduates with the fundamental knowledge of surface science and technology with an application-driven design of surface engineering. By the end of this module, students will be able to appreciate the multidisciplinary approach of surface science and technology, with a clear understanding of the main Tribological and Functional Applications, as well as fundamentals of surface design to protect them from Environmental degradation. Finally, the student will be able to evaluate the best combination of technological processes to design the surface of selected materials for a given application.

The Course is organized in three main parts : Functional applications • Surface cleaning processes • Organic coatings and paints • Hybrid surface treatments and coatings • Surface Micro and nanopatterning • Surface requirements in electronic devices Tribological applications • Cutting tools & forming dies • Wear mechanisms and related surface requirements • Plasma physics; physical vapor deposition; Special focus on Arc PVD deposition techniques • Coating materials & specific characterization Environmental degradation protection • High temperature applications o Thermal spraying processes o EBM-PVD o TBC o Oxidation protection layers; EBC • Wet corrosion o Electrochemical processes (e.g., electroplating, galvanizing deposition…) Brief overview of the main methods for surface characterization.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;
Exam: Written test; Optional oral exam;
... The grading system includes a written test and optional oral test. The written test (2 hrs) is based on a questionnaire with multiple choice questions and open questions that are addressed to verify the students learning and knowledge of the course content. The optional oral test, that is also addressed to verify the students learning and knowledge of the course content, consists of an interview, approximately 15 minutes long, on the course program. Should the oral test be undertaken, the final mark is the average of the marks obtained in the two tests (written test + oral test), otherwise the score of the written test applies

This teaching module offers an innovative point of view on surface science and engineering, synthesising many concepts of physics, chemistry and material and surface engineering in such a way that no texts or books available on the market can completely cover the course topics. To cope with this issue, students will be provided with various teaching resources, such as slides, reports and handouts. For some specific topics books could be available, and they will be highlighted.

Knowledge and understanding: Through lectures, seminars, educational visits and experimental labs, the student will learn the science and technology of surfaces. Learning skills: the activities described so far, allow the students to acquire the methodological tools that are necessary to continue their educational career and to become familiar with the ever-continuing update on scientific achievements that is required in cutting-edge technological fields. Communication skills: written open questions will improve the ability of presenting the key contents of the course and to provide evidence of their understanding in an effective and concise way and to express the acquired concepts with an appropriate language. Applying knowledge and understanding: Upon successful completion of this course, the student will be able to apply his/her knowledge to • describe and compare different materials that show similar surface properties, • describe and distinguish between different processes for designing and enegineering, • appraise reasons for selecting the best process for modification, structuring and coating of a surface for a given application.

The innovation of materials is one of the pillars of the Industry 4.0 paradigm, and surfaces play a key role in the innovation process. Through modification, structuring and coating of the surface the most diverse functions and functionalities – and therefore future-oriented products and systems – can be realized, expanding the potential application of materials and giving life to new and augmented products. Within this framework, this course aims at providing graduates with the fundamental knowledge of surface science and technology with an application-driven design of surface engineering. By the end of this module, students will be able to appreciate the multidisciplinary approach of surface science and technology, with a clear understanding of the main Tribological and Functional Applications, as well as fundamentals of surface design to protect them from Environmental degradation. Finally, the student will be able to evaluate the best combination of technological processes to design the surface of selected materials for a given application.

The Course is organized in three main parts : Functional applications • Surface cleaning processes • Organic coatings and paints • Hybrid surface treatments and coatings • Surface Micro and nanopatterning • Surface requirements in electronic devices Tribological applications • Cutting tools & forming dies • Wear mechanisms and related surface requirements • Coating materials Environmental degradation protection • High temperature applications - Thermal spraying processes - EBM-PVD - TBC - Oxidation protection layers; EBC • Wet corrosion - Electrochemical processes (e.g., electroplating, galvanizing deposition…) Brief overview of the main methods for surface characterization.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;
Exam: Written test; Optional oral exam;
... The grading system includes a written test and optional oral test. The written test (2 hrs) is based on a questionnaire with multiple choice questions and open questions that are addressed to verify the students learning and knowledge of the course content. The optional oral test, that is also addressed to verify the students learning and knowledge of the course content, consists of an interview, approximately 15 minutes long, on the course program. Should the oral test be undertaken, the final mark is the average of the marks obtained in the two tests (written test + oral test), otherwise the score of the written test applies

This teaching module offers an innovative point of view on surface science and engineering, synthesising many concepts of physics, chemistry and material and surface engineering in such a way that no texts or books available on the market can completely cover the course topics. To cope with this issue, students will be provided with various teaching resources, such as slides, reports and handouts. For some specific topics books could be available, and they will be highlighted.

The expected learning outcomes in terms of knowledge and skills can be resumed as follows: - Knowledge: to evaluate, in view of sustainable production, the performance of a manufacturing system through the analysis of processes and consumed resources; - Skills: to select sustainability indicators and criteria for analysis, to associate them with models and analytical methods, and to estimate the level of performance of a company or of a production system.

This optional class aims to provide students of the Master of Science in Management Engineering the conceptual basis and the methodological approaches related to Sustainable Manufacturing, from the guidelines to the tools for the performance analysis of a manufacturing system. This knowledge, together with the classical tools for the evaluation of efficiency, effectiveness and economy of a production system, will be necessary for the implementation of decision-making strategies in sustainable production. The teaching of such tools is completed by some examples of application in real industrial cases.

In the following, the list of the main topics is presented: - Introduction to the fundamental concepts of Sustainable Development with respect to the international manufacturing scenario; - Assessment of the environmental, economic, and social issues of Sustainable Manufacturing; - Identification of the main drivers of resource depletion during the materials life cycle; - Approaches and methodologies for the evaluation of production systems; - Application of Life Cycle Analysis, Life Cycle Inventory, Eco-audit tools; - Economics of end-of-life scenarios and assessment of recycling benefit awarding; - Indicators for the analysis of the sustainability of production processes; - Environmental analysis of machining, forming, and additive manufacturing processes; - Technologies enabling green manufacturing; - Analysis and evaluation of industrial application cases.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula);
Exam: Written test;
... The exam consists of a written test containing theoretical questions, and exercises on the application of models and procedures discussed during the lectures. The exam usually lasts from two hours to two hours and thirty minutes. The student may withdraw within the first hour, and the use of books and/or other material is forbidden. The teacher will discuss the results of the written exam individually with each student who requests for it.

[1] Set of presentations for each topic will be available for the students on the Teaching Portal (www.polito.it). [2] Recommended books: - Michael F. Ashby. Materials and the Environment: Eco-informed Material Choice (Second Edition) Elsevier (2013). ISBN: 978-0-12-385971-6. - David A. Dornfeld, Editor. Green Manufacturing - Fundamentals and Applications. Springer (2013). ISBN 978-1-4419-6015-3. [3] Additional material (i.e. papers from the international literature) will be suggested during the lectures.

L’insegnamento si propone di fornire le conoscenze specifiche sulle proprietà dei materiali macromolecolari, sulle principali tecnologie di trasformazione dei materiali polimerici termoplastici e sui problemi inerenti i processi per l'ottenimento di prodotti su scala industriale. In particolare si dovranno conoscere le tecniche di ottenimento di oggetti in plastica più diffuse (stampaggio a iniezione ed estrusione) e altre meno utilizzate (soffiaggio, termoformatura). Saranno infine oggetto di studio le tecnologie per formare altri materiali plastici quali blend, gomme, espansi e saranno trattate le tecnologie per l'ottenimento e la modificazione di film e rivestimenti polimerici (coatings e vernici) e lo studio di adesivi. Lo studente dovrà essere in grado di selezionare il materiale adatto e la tecnologia di trasformazione da applicare per ottenere un oggetto in materiale plastico

L’insegnamento prevede lo studio delle tecniche di trasformazione dei materiali polimerici termoplastici, con particolare attenzione anche ad alcuni elementi di progettazione. Si presenteranno dapprima le principali classi di polimeri, gli additivi e le cariche. Seguirà l’approfondimento relativo alla reologia dei polimeri che verrà collegato alle tecniche di compounding per la preparazione dei materiali plastici e alle principali tecniche di trasformazione: estrusione e stampaggio a iniezione. Verranno poi presentate le altre tecniche di trasformazione e alcune tecnologie specifiche quali blends, espansi e gomme, sistemi vernicianti e adesivi. Verranno quindi presentate le modalità di selezione dei materiali polimerici per la progettazione di oggetti in plastica.

Il programma del corso sarà strutturato in diverse parti: 1) Materiali polimerici (commodities, tecnopolimeri, biopolimeri), additivi di processo e di prodotto, cariche riempitive, cariche funzionalizzanti, cariche di rinforzo, nanocariche, cariche naturali 2) Tecnologie di trasformazione: Reologia. Reometria. Relazioni reologia/processing. Caratteristiche e problemi connessi ai processi di formatura dei polimeri termoplastici. Produzione di manufatti con polimeri termoplastici. Processi di compounding. Miscelazione reattiva. Stampaggio a iniezione, estrusione di tubi, film e lastre. Termoformatura, soffiaggio e stampaggio rotazionale, tecniche post-formatura. Blend polimerici. Tecnologia delle gomme. Produzione di polimeri espansi e relative tecnologie 3) Tecnologie dei rivestimenti polimerici: preparazione dei substrati e trattamenti superficiali. Studio dei sistemi adesivi e sigillanti. 4) Modalità di definizione dei parametri e scelta dei materiali e delle tecnologie di trasformazione per differenti oggetti in plastica.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale in gruppo;
Exam: Written test; Compulsory oral exam; Group project;
... Risultati di apprendimento attesi: Conoscenza delle tecniche di trasformazione dei materiali polimerici, Conoscenza delle esperienze svolte presso i laboratori didattici sulle tecniche di trasformazione. Conoscenza delle tecnologie di formatura avanzate. Capacità di progettazione e scelta di materiali e tecnologie per la produzione di manufatti in materiale plastico. Criteri, regole e procedure per l’esame: L'esame finale mira a verificare l'acquisizione delle conoscenze e delle capacità obiettivo dell'insegnamento (descritte nel campo Risultati di apprendimento attesi) tramite la valutazione dell'attività TBL, di una parte scritta, una progettazione e una parte orale. In particolare: - L'attività TBL prevede una presentazione multimediale del progetto sviluppato durante le esercitazioni sperimentali (7pt.) - La parte scritta è finalizzata a verificare una preparazione di base minima necessaria per affrontare la progettazione e l'esame orale e prevede 1 domanda aperta su: Reologia e Tecniche di trasformazione, (4 pt. 20 minuti). Lo studente potrà accedere alle successive prove solo se avrà acquisito la sufficienza (2.5pt.). - La prova di Progettazione è finalizzata a verificare l'acquisizione delle conoscenze relative a scelta del materiale (polimeri, cariche e additivi) più idoneo per la realizzazione di oggetti in plastica e la relativa tecnica di formatura dell’oggetto (5pt. 45 minuti) - La parte orale mira ad approfondire, a partire dal risultato della prova di progettazione, le tematiche del corso: reologia e materiale, processo di trasformazione, attività svolte durante i laboratori, tecniche speciali. (pt. 14). Un punto supplementare è riservato alla chiarezza e completezza nell’esposizione orale e permette di ottenere la lode. - Ulteriori 2 pt. potranno essere acquisiti attraverso la preparazione di una presentazione o di un elaborato scritto riguardante gli argomenti trattati nel corso dell’approfondimento su sistemi vernicianti e adesivi. Sarà data particolare enfasi alla capacità critica con la quale gli studenti avranno affrontato le tematiche proposte, anche in relazione all’individuazione di possibili esempi di applicazione reale/industriale delle tematiche proposte. Per le studentesse e gli studenti non frequentanti l'esame sarà così strutturato: - La parte scritta è finalizzata a verificare una preparazione di base minima necessaria per affrontare la progettazione e l'esame orale e prevede 1 domanda aperta su: Reologia e Tecniche di trasformazione, (4 pt. 20 minuti). Lo studente potrà accedere alle successive prove solo se avrà acquisito la sufficienza (2.5pt.). - La prova di Progettazione è finalizzata a verificare l'acquisizione delle conoscenze relative a scelta del materiale (polimeri, cariche e additivi) più idoneo per la realizzazione di oggetti in plastica e la relativa tecnica di formatura dell’oggetto (5pt. 45 minuti) - La parte orale mira ad approfondire, a partire dal risultato della prova di progettazione, le tematiche del corso: reologia e materiale, processo di trasformazione, tecniche speciali. (pt. 21). Un punto supplementare è riservato alla chiarezza e completezza nell’esposizione orale e permette di ottenere la lode.

Slides relative alle tematiche trattate preparate dal docente e per approfondimenti ed ulteriore consultazione: Polymer Processing, D.H. Morton-Jones, Fabbricazione di componenti in materiali polimerici; A.M. De Filippi, Scienza e tecnologia dei Materiali Polimerici; S. Bruckner, G. Allegra, M. Pegoraro, F.P. La Mantia. Polymer Science & Technology, second edition Joel R. Fried – Prentice Hall PTR Manuale delle Materie Plastiche 10° edizione, Hansjurgen Saechtling – Ed. Tecniche nuove Manuale dello stampaggio progettato, Giorgio Bertacchi – Ed. Tecniche nuove Polymer Processing, Principles and Design, D.G. Baird, D.I. Collias – Ed. Wiley Processing di Materiale Polimerici - Scuola AIM - Diderotiana Editrice La «Plastica» Conoscerla per apprezzarla, G. Locati, A. Fiocca – Ed Regione Piemonte Plastics Reinforcement and Industrial Applications, T.R. Crompton CRC Press Taylor & Francis Group; August 25, 2015 Filled Polymers: Science and Industrial Applications, Jean L. Leblanc CRC Press Taylor & Francis Group; October 14, 2009 Industrial Polymers, Specialty Polymers, and Their Applications, ManasChanda, SalilK. Roy CRC Press Taylor & Francis Group; July 18, 2008

Ci si attende l'acquisizione delle conoscenze necessarie per poter comprendere le potenzialità delle diverse classi di materiali nell’ottica di una loro applicazione in campo biomedico. Le conoscenze acquisite saranno utili per lo studio e la progettazione di dispositivi biomedici e protesici ove la scelta del materiale gioca un ruolo importante, con particolare attenzione alle problematiche legate, da un lato alla trasformazione dei materiali, dall’altro al loro impatto con il corpo umano e il mondo biologico. Il corso consentirà l'acquisizione di competenze relative al problem-solving e alla comunicazione scientifica nel settore biomedicale. Il corso fornisce la base utile per chi intende approfondire i temi relativi ai Materiali per applicazioni in Biomedicina.

L’insegnamento si propone di descrivere le problematiche relative allo studio, la progettazione, la caratterizzazione e l'utilizzo di materiali per applicazioni biomediche, correlandone la struttura e le proprietà con i possibili campi di utilizzo. Verranno descritte le caratteristiche principali di componenti e strumenti con i quali gli ingegneri impiegati nel settore biomedico si troveranno a lavorare, quali impianti e dispositivi medicali, e le proprietà dei biomateriali utilizzati per loro realizzazione. Oltre alla trattazione degli aspetti teorici, sarà previsto l'approfondimento della materia tramite esercitazioni pratiche (project oriented study) con l'obiettivo di concretizzare i concetti appresi durante le lezioni nel contesto della futura vita professionale.

Breve storia dei biomateriali. Definizione di Tossicità , Biocompatibilità e Bioattività ; loro criteri di valutazione in vivo e in vitro. La risposta dei tessuti viventi all'impianto di materiali estranei. L'interfaccia fra i materiali protesici e i tessuti biologici. Problematiche inerenti la progettazione, la trasformazione e l'utilizzo dei materiali in campo biomedico e dei dispositivi medicali, per applicazioni nei seguenti settori: • Ortopedico (artroprotesi, chirurgia vertebrale e del cranio), • Dentale (implantologia orale, materiali da restauro), • Cardio-vascolare (protesi valvolari, protesi vascolari, stent coronarici e periferici, tradizionali e medicati), • Oftalmico (lenti intraoculari, lenti a contatto, dispositivi per la chirurgia dell’occhio), • Chirurgico e implantologico dei tessuti molli (suture, materiali per la ricostruzione delle pareti addominali, stomie, cute artificiale), Verranno approfondite poi le relazioni fra, struttura, proprietà e settori di utilizzo delle principali classi di biomateriali quali i metalli e le leghe, i polimeri, i ceramici bioinerti, i ceramici bioattivi, i vetri e i vetroceramici bioattivi, i materiali a base di carbonio, i materiali compositi, i materiali biologici. Per alcuni di essi verranno approfonditi i metodi di sintesi e di lavorazione.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Elaborato progettuale in gruppo; Prova scritta in aula tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
Exam: Written test; Group project; Computer-based written test in class using POLITO platform;
... Obiettivi che l'esame intende accertare, coerentemente con i risultati di apprendimento attesi: - verificare l'apprendimento delle potenzialità delle diverse classi di materiali per applicazioni in campo biomedico. - verificare la conoscenza delle nozioni di base per la corretta scelta dei materiali per la progettazione di dispositivi biomedici e protesici. - verificare la conoscenza delle problematiche legate alla trasformazione dei materiali per uso biomedico. - verificare la conoscenza dell'impatto dei materiali sul corpo umano e il mondo biologico. - verificare la conoscenza delle basi utili all'approfondimento di temi relativi ai Materiali per applicazioni in Biomedicina. - verificare la capacità di applicare le conoscenze acquisite nella risoluzione di problemi reali. L’apprendimento è verificato tramite la valutazione del progetto di gruppo realizzato e presentato durante le esercitazioni, nonché tramite un esame finale individuale scritto, della durata di 40 minuti. Il massimo punteggio ottenibile in seguito alla valutazione del progetto di gruppo è di 15 punti (+1 per particolare merito a discrezione della docente) e si ritiene sufficiente con un punteggio minimo di 9 punti. Il punteggio viene attribuito in base ai criteri esposti nella rubrica valutativa (Uso del tempo, Uso degli strumenti, Uso delle conoscenze, Chiarezza e correttezza delle informazioni trasmesse, Efficacia della presentazione). A questo punteggio si aggiungerà quello conseguito durante l'esame scritto, erogato durante la regolare sessione di esami, che servirà a valutare le conoscenze acquisite durante le lezioni frontali. Lo scritto consterà di 10 quiz multiscelta su tutto il programma, da 1,5 punti a domanda (totale 15 punti). Ad ogni risposta sbagliata sarà applicata una penalizzazione pari a 0,3 punti. Ogni risposta non data varrà 0 punti. Il quiz si ritiene superato con un punteggio minimo di 9 punti. Il voto finale (somma del voto conseguito in seguito alla valutazione del progetto e di quello conseguito con l'esame scritto) avrà come massimo punteggio acquisibile 31/30 (che equivale a 30 e lode) e la sufficienza si ritiene acquisita con un punteggio minimo di 18/30. Nel caso di non superamento del quiz o di rifiuto del voto finale, il punteggio relativo all'elaborato verrà mantenuto valido anche per gli appelli e le sessioni successive. Durante la prova scritta non sarà consentito l’uso di materiale didattico. Dopo la correzione della prova scritta verranno comunicati giorni e orari per chi desidera visualizzare l’elaborato e comprendere le motivazioni della valutazione ottenuta.

Lucidi delle lezioni. Letture di riferimento per approfondimenti (principalmente alcune reviews bibliografiche) saranno suggeriti per le varie parti del Corso durante la discussione in aula. Gran parte dei contenuti possono essere approfonditi sui "Volumi della collana di Ingegneria Biomedica" dedicati ai Biomateriali (Pietrabissa - Di Bello - Patron Editore)

L'obiettivo è di sviluppare nell'allievo la comprensione dei fenomeni relativi agli strati superficiali e subsuperficiali di un materiale, la conoscenza degli aspetti teorici dei fenomeni di superficie e, dove possibile, la capacita' di progettare specifiche modifiche della superficie. Si desidera rendere l'allievo capace di modellare i fenomeni superficiali a livello teorico, anche attraverso l'utilizzo di leggi ed equazioni matematiche. L'insegnamento ha inoltre l'obiettivo di permettere ai futuri ingeneri di gestire le criticità relative ai possibili fenomeni di danneggiamento o deterioramento delle proprietà superficiali, e, sulla base delle finalità di applicazione in esercizio dei vari componenti, di selezionare un opportuno trattamento di modificazione superficiale. Per questa ultima finalità si forniranno agli allievi le competenze atte a eseguire un confronto critico tra le varie tecniche di trattamento e una identificazione dei parametri di processo che permettano di ottimizzare una particolare tecnica per la specifica applicazione. Al termine dell'insegnamento si chiederà allo studente di: - conoscere i modelli di riferimento delle diverse possibili interazioni meccaniche fra le superfici dei corpi (meccanismi di usura adesiva, abrasiva, erosiva, ecc.) e le grandezze che influenzano tali interazioni. - conoscere i modelli di riferimento delle diverse possibili interazioni chimiche e termiche fra le superfici dei corpi (modi generali di corrosione, contatto con particolari atmosfere di processo, fatica termica, ecc.) e le grandezze che influenzano tali interazioni. - derivare dalle sollecitazioni che i componenti subiranno in esercizio le scelte dei possibili materiali da utilizzare per la loro costruzione e/o dei possibili trattamenti di modificazione superficiale da applicare - selezionare criticamente i trattamenti oltre che sulla base dei vincoli posti dall'esercizio finale a cui i componenti sono destinati anche sulla base dei limiti imposti, ad esempio, dalla forma e peso dei componenti,dalle produttività richieste, dalla necessità di non alterare con la temperatura alcune caratteristiche del materiale massivo, dal costo del processo, necessità di modificare superfici esposte o parzialmente coperte (es. fori o sottosquadri), impatto ambientale, ecc. - applicare i trattamenti di modificazione superficiale al miglioramento degli aspetti decorativi, di resistenza meccanica e alle specifiche richieste funzionali. Ai fini dell'autonomia di giudizio e della comunicazione tecnica: - creare matrici di confronto fra i diversi trattamenti di modificazione superficiali identificando i vari parametri di giudizio (es. temperatura operativa sul pezzo, tipo di materiali che si possono depositare, limitazioni geometriche al trattamento, costi di processo, produttività , particolari atmosfere di processo, spessori delle modifiche superficiali introdotte, ecc.). - scomporre in fenomeni degradativi (meccaniche e corrosive) elementari le sollecitazioni subite in esercizio da particolari componenti. - conoscere la terminologia internazionale, in particolare quella inglese. Queste conoscenze e abilità vengono acquisite attraverso lo studio di alcuni casi concreti analizzati durante l'insegnamento, che vengono proposti in quanto esemplari, ovvero rilevanti per le applicazioni tecniche e adatti a introdurre la gamma di metodi che nel complesso l'ingegnere dei materiali deve padroneggiare.

La superficie rappresenta sia il modo di apparire di un corpo sia il tramite attraverso cui un corpo interagisce chimicamente, fisicamente e meccanicamente con altri corpi solidi, liquidi e gassosi. L'insegnamento si propone l'obiettivo di fornire le conoscenze relative ai fenomeni di tipo chimico, fisico, termico e meccanico che coinvolgono la superficie, intesa sia come interfaccia con l'ambiente circostante sia come insieme di strati superficiali di un materiale in cui le proprietà sono diverse da quelle della sua porzione interna. L'insegnamento intende inoltre conferire le competenze che permettano la manipolazione delle tecnologie appropriate per ottenere, in modo efficace dal punto di vista economico, adeguate e specifiche proprietà superficiali. Ciò significa, per esempio, progettare modifiche di superfici di solidi al fine di: migliorarne l'estetica; aumentare la durabilità dell'oggetto; poter utilizzare per il substrato materiali poco costosi, modificando la sola porzione superficiale dell'oggetto; ottenere proprietà specifiche e diverse da quelle dell'interno del materiale.

Oggetto di insegnamento sono le tecniche sperimentali e i procedimenti di calcolo che consentono di prevedere e valutare le proprietà chimico-fisiche, meccaniche e termiche delle superfici dei materiali. Gli argomenti sono scelti in modo da mettere in evidenza un esauriente spettro di metodi e casi rappresentativi delle principali classi di problemi che si incontrano nell'attività dell'ingegnere. - Introduzione alla chimica, fisica ed ingegneria delle superfici. (2 ore) - Definizione di superficie. Rilassamento e ricostruzione delle superfici. (4 ore) - Tecnologie del vuoto per la preparazione e il trattamento di superficie. (2 ore) - Tecniche di caratterizzazione cristallografica di superfici: Reticolo Reciproco e LEED. (4 ore) - Tecniche di caratterizzazione chimica di superfici: spettroscopia di fotoemissione, spettroscopia Auger, tecnica EELS. (10 ore) - Analisi morfologica (microscopie a sonda). (3 ore) - Adsorbimento. Fisisorbimento e Chemisorbimento. Modello di Langmuir. Modello BET e misura dell’area superficiale specifica. (3 ore) - Proprietà acido-base delle superfici. Definizione e caratterizzazione. (2 ore) - Proprietà idrofiliche e idrofobiche delle superfici. Definizione e caratterizzazione. (2 ore) - La spettroscopia infrarossa dell'adsorbimento di molecole sonda nella caratterizzazione delle superfici. (2 ore) - Proprietà , reattività chimica e modificazione delle superfici dei solidi COVALENTI (silice, carboni attivi). (3 ore) - Proprietà , reattività chimica e modificazione delle superfici dei solidi METALLICI (chemisorbimento; superfici estese e metalli dispersi; effetto del supporto su metalli dispersi). (2 ore) - Proprietà , reattività chimica e modificazione delle superfici dei solidi IONICI e IONICO-COVALENTI (MgO, Al2O3). (2 ore) - Superfici interne di solidi nanoporosi: ZEOLITI. (2 ore) - Applicazioni in CATALISI ETEROGENEA (generalità , sintesi dell'ammoniaca) e ADSORBIMENTO e SEPARAZIONE (generalità , separazione di ossigeno e azoto dall’aria). (2 ore) - Riepilogo del concetto di superficie fisica, meccanica, tecnologica e fisico-chimica, delle caratteristiche geometriche della superficie, dei fenomeni relativi al contatto fra le superfici e delle alterazioni che derivano da tale contatto. (4 ore) - Generazione di tensioni residue nelle operazioni tecnologiche e relative ripercussioni in esercizio; natura microscopica della generazione di attrito nei materiali. (4 ore) - Lubrificazione e Lubrificanti. (2 ore) - Meccanismi di usura adesiva, abrasiva, erosiva, per fatica di contatto. (6 ore) - Metodi di protezione da usura e corrosione: trattamenti di modificazione superficiale -processi meccanici, processi termochimici, elettrodeposizione, processi fisici e chimici da fase vapore, termospruzzatura. (8 ore) - Analisi di casi specifici di degradazione superficiale e metodi di protezione. (2 ore) - Laboratorio sperimentale: modifica e caratterizzazione di superfici. (9 ore)

Modalita di esame: Prova orale obbligatoria;
Exam: Compulsory oral exam;
... L’esame finale consiste in un colloquio orale volto ad accertare l'acquisizione dei risultati dell'apprendimento. Al fine di verificare in modo rigoroso il raggiungimento degli obiettivi di apprendimento, e quindi l'acquisizione delle conoscenze e capacità di comprensione e delle capacità di applicarle, la verifica si articola in domande di diversa natura: conoscenza specifica di fenomeni inerenti la superficie e dei trattamenti di modificazione superficiale, esecuzione di confronti tra diverse tecnologie di modificazione superficiale mettendo in evidenza i parametri distintivi e le potenziali applicazioni. Il voto massimo che si potrà ottenere nell’esame orale è di 28/30. A tale voto sarà aggiunto il punteggio della relazione di laboratorio (minimo zero, massimo quattro punti). La relazione di laboratorio concorre all’ottenimento della lode. Il punteggio minimo per poter passare l’esame orale è di 18/30, indipendentemente dal punteggio ottenuto nella relazione di laboratorio.

Poiché questo modulo di insegnamento è una particolare sintesi di molti aspetti della chimica, fisica e ingegneria delle superfici è stato sviluppato materiale didattico apposito che non coincide con testi disponibili sul mercato. Per alcuni argomenti specifici relativi ai fenomeni di usura si fa riferimento al seguente testo: G. Straffelini "Attrito e usura", Ed. Tecniche Nuove, Milano, 2005. Le diapositive utilizzate durante le lezioni, vengono messe a disposizione degli studenti iscritti all'insegnamento sul portale della didattica.

Conoscenza dei principali meccanismi di degradazione termica, fotossidativa, meccanica, di combustione e di biodegradazione dei materiali polimerici. Conoscenza della normativa vigente sul riclo dei materiali polimerici. Conoscenza delle principali metodologie di riciclo

L'obiettivo dell’insegnamento è di fornire allo studente conoscenze specifiche riguardo: 1) i fenomeni di degradazione che avvengono durante il ciclo di vita dei polimeri; 2) la valutazione della durabilità dei polimeri e la loro stabilizzazione; 3) le possibilità di riciclo dei polimeri a fine vita

Degradazione termica: principi e meccanismi per polimeri vinilici, polimeri con gruppi funzionali in catena, Cenni di cinetica di degradazione; Tecniche di analisi termica (TGA, DSC, TVA, DMA, TG-FTIR, TG-MS, Py-GC-MS) Fotodegradazione: Principi e meccanismi Termo e foto-ossidazione: Principi e meccanismi Stabilizzazione: Additivi Metodi sperimentali per studi di foto-ossidazione e invecchiamento (Esposizione naturale e Esposizione accelerata) Ritardo alla fiamma di materiali polimerici: Problematica, principi, meccanismi, Norme e test di combustione, Ritardanti di fiamma Biodegradazione: Biodegradazione e normative, Compostaggio Valorizzazione e riciclo dei rifiuti plastici. Valutazioni economiche e aspetti normativi del riciclo dei plastici. Riciclo chimico. Riciclo energetico, rifiuti plastici come combustibili, degradazione termo-meccanica, riciclo meccanico. Tecnologie di riciclo dei plastici post-impiego. Tecniche di macinazione e separazione. Applicazioni industriali. Esempi di riciclo di polimeri industriali. Studio di ecodesign

Modalita di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale in gruppo;
Exam: Compulsory oral exam; Group project;
... Risultati di apprendimento attesi: Conoscenza dei principali meccanismi di degradazione termica, fotossidativa, di combustione e di biodegradazione dei materiali polimerici. Conoscenza della normativa vigente sul riciclo dei materiali polimerici. Conoscenza delle principali metodologie di riciclo Criteri, regole e procedure per l'esame. L’esame consiste in: Elaborato progettuale di gruppo relativo alle esperienze di laboratorio (Parte Degradazione) (6 pt.) Elaborato progettuale di gruppo relativo a Design for recycling (6 pt.) Prova orale in cui si approfondiranno le tematiche svolte nel corso relative alla parte di degradazione di riciclo dei materiali polimerici. La valutazione dell’esame orale vale 18pt. Un punto supplementare è riservato alla chiarezza e completezza nell’esposizione orale e permette di ottenere la lode. Per le studentesse e gli studenti non frequentanti l'esame consisterà in un'unica prova orale che verterà su tutto il programma dell'insegnamento (30 pt.) Un punto supplementare è riservato alla chiarezza e completezza nell’esposizione orale e permette di ottenere la lode.

Appunti del docente Per approfondimenti ed ulteriore consultazione: Degradazione, stabilizzazione e ritardo alla fiamma di polimeri, A. Frache, G. Camino, 2012 Edizioni Nuova Cultura Riutilizzo dei materiali polimerici, M.B. Coltelli, M. Aglietto, 2015 Edizioni Nuova Cultura Polymer recycling: science technology and applications. J. Scheirs, 1998 Wiley

1) Knowledge and understanding ability Develop a thorough knowledge of major organizational theories and organizational behavior theories; develop an understanding of the importance of management and organization in any business sector. 2) Capability to apply knowledge and understanding The course will provide the conceptual tools to face a method and critical approach to the complex and dynamic reality of working in the business and organizational world. Several examples and cases will be discussed in class to apply theoretical concepts and tools to practical situations 3) Capability to approach the subject in a critical manner Thanks to the class discussions students will be able to elaborate on personal reflections on the current transformations that the working context is facing. They will also be challenged to think about the consequences of digital transformation in the workplace and reflect on social responsibility issues. 4) Communication abilities The dialogue with the professor and among them will allow students to develop interaction and communication capabilities. Cases will be discussed in class in each lesson to enhance students’ participation. 5) Learning ability The course aims to develop the students’ self-learning abilities through individual activities and study. The Professor will provide students with numerous cases and materials for individual study of the topics discussed in class.

The course aims to introduce students to the current challenges of working in business and organizations. Within the degree program in “Digital skills for Sustainable Societal Transition�, the course’s purpose is to develop the "human skills" of students and future workers in organizations. Students will be introduced to the broad theoretical apparatus derived from theories of organization and organizational behavior to understand their implications in terms of management. The course will be divided into three parts. The first part will introduce the topic of "people management," including concepts fundamental to the DISST degree program, including diversity management and motivation. The second part will focus on the group dimension ("group management") to understand group behavior and leadership fundamentals. In the third part, we will focus on "organizational structure," with emphasis on the topics of organizational culture, change management, conflict, and negotiation. Throughout the course students will be challenged to think about the challenges that technological and digital development poses to work within an organizational context.

Part 1: People management • Diversity in Organizations • Attitudes and Job Satisfaction • Personality and Values • Perception and Individual Decision Making • Emotions and Moods • Motivation Concepts • Motivation: From Concepts to Applications Part 2: Group Management • Foundations of Group Behavior • Understanding Work Teams • Power and Politics • Communication • Leadership Part 3: The Organization System • Foundations of Organization Structure • Organizational Culture • Human Resources Management - Policies and Practices • Change management and Stress Management • Conflict and Negotiation

Modalita di esame: Prova scritta (in aula);
Exam: Written test;
... The exam tests the knowledge and understanding of the concepts and theories presented in the lectures. It is based on a written text (1 hour and 30 minutes) including 15 written multiple-choice questions and one true or false question. The questions will assess conceptual knowledge, understanding, and application. Evalutation methods: multiple choice questions: 2 marks correct answer, 0 wrong answer, 0 no answer True or false question: 1 correct answer, -1 wrong answer, 0 no answer The exam will not differ for attending or nonattending students. During the examination, consultation of any materials is strictly prohibited.

Robbins, P. R, Judge, T.A. 2022. Organizational Behavior. Updated Eighteen edition. Global edition. Pearson, UK. Specific files will be provided by the Professor with cases for class discussion

Presentare le basi del metodo a elementi finiti, la sua applicazione all’analisi delle sollecitazioni e le metodologie numeriche utilizzate nella simulazione del processo a iniezione. conoscere le principali regole della progettazione del processo di stampaggio ad iniezione e saperle applicare nella soluzione di problemi o inconvenienti relativi al processo sapere applicare il codice di simulazione sapere scegliere le migliori variabili di processo saper scegliere i trattamenti termici sui materiali metallici

L'insegnamento ha lo scopo di fornire agli studenti i concetti fondamentali del metodo degli elementi finiti (FEM) e alcune esemplificazioni di simulazioni di processi di formatura per materiali plastici e metallici.

Nella prima parte del corso verranno svolte lezioni ed esercitazioni con lo scopo, partendo dai concetti fondamentali di meccanica strutturale (visti nella laurea triennale), di fornire le basi del metodo degli elementi finiti per la modellazione del comportamento meccanico in condizioni statiche. Lezioni • Richiami di meccanica dei solidi continui: stato di tensione e deformazione, equilibrio e compatibilità , legge costitutiva, condizioni di cedimento fragile e duttile. • Formulazione matriciale degli elementi asta e trave: vettori spostamenti e forze nodali, matrice di rigidezza dell’elemento, vettori dei carichi nodali equivalenti. • Matrice di rigidezza della struttura, gradi di libertà elemento e gradi di libertà struttura, assemblaggio, applicazione di carichi e vincoli, procedura di soluzione del sistema di equazioni. • Elementi finiti continui nel piano: coordinate naturali e funzioni di forma; integrazione numerica, calcolo della matrice di rigidezza mediante equazione dei lavori virtuali; elementi a tre e quattro lati, lineari e quadratici; carichi nodali equivalenti. • Principi di modellazione: errore di discretizzazione, convergenza, raffinamento della mesh. • Cenni su elementi finiti nello spazio: elementi continui tetraedro e “brick�; elementi piastra e guscio. Esercitazioni • In aula - Soluzione manuale di semplici strutture formate da elementi travi e aste • Al computer - Introduzione all’uso di un codice di calcolo FEM strutturale: procedure di costruzione del modello, soluzione di esempi di difficoltà crescente, presentazione grafica dei risultati con linee di livello (contour) e grafici cartesiani Nella seconda parte, relativa alla simulazione del processo di stampaggio a iniezione di materiali polimerici, verranno svolte esercitazioni presso i LAIB relativi a: - Richiami di reologia e analisi del flusso del polimero nel processo di stampaggio a iniezione - Presentazione della simulazione del processo con il software Moldex3D - Presentazione dell'interfaccia utente e dei principali comandi - Messa a punto della fase di stampaggio con determinazione del punto di iniezione, sistema di raffreddamento, scelta del materiale e delle variabili di processo (temperatura fuso, temperatura stampo, tempo e pressione di mantenimento) - Analisi del risultato delle simulazioni Nella terza parte verranno svolte esercitazioni presso i LAIB relativi al tema della simulazione dei fenomeni di scambio termico in manufatti e processi industriali legati ai materiali metallici. - Brevi richiami dei concetti legati alla fisica del trasferimento di calore. - Introduzione ai software utilizzati, tra cui principalmente software di tipo open source. - Presentazione interfaccia utilizzo (GUI), preparazione geometrie e mesh. - Definizione del modello per alcuni casi studio (materiali, condizioni di processo, …) - Risoluzione dei casi studio e analisi dei risultati.

Modalita di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale in gruppo;
Exam: Compulsory oral exam; Group project;
... L'esame consiste di: - Elaborato progettuale relativo alla parte FEM (max 4/30); - Elaborato progettuale relativo alla parte di simulazione dello stampaggio ad iniezione (max 4/30); - Elaborato progettuale relativo alla simulazione dei trattamenti termici (max 4/30); - Prova scritta parte FEM costituita da un esercizio di calcolo matriciale di strutture e da due quesiti di teoria a risposta aperta (9/30); - Prova orale relativa a simulazione dello stampaggio ad iniezione e dei trattamenti termici (9/30). Un punto supplementare è riservato alla particolare completezza degli elaborati, della parte scritta e/o orale e permette di ottenere la lode.

Registrazione delle lezioni Slide in pdf Tutorials per i software di simulazione Elementi finiti, A. Gugliotta, A. Somà , N. Zampieri, Quine The finite element method in solid mechanics, M. Bonnet, A. Frangi, C. Rey, McGraw -Hill Manuale dello stampaggio progettato, G. Bertacchi Ed. tecniche Nuove Molding Simulation: Theory and Practice, Maw-Ling Wang, Rong-Yeu Chang, and Chia-Hsiang (David) Hsu, Ed. Hanser Publications

nowledge and understanding: Through lectures, seminars, educational visits and experimental labs, the student will learn the science and technology of fiber-reinforced composites, ceramic matrix composite and advanced steels and their metallurgical processes. Applying knowledge and understanding: Upon successful completion of this course, the student will be able to apply his/her knowledge to the selection of constituent phases (matrix and fiber) to obtain composites and advanced steels with specific properties, relevant to different field applications. Making judgments: Through written reports and open presentation of the lab activities, the student will be able to understand, discuss collectively and critically, as well as to expose, the results obtained in the experimental laboratories. Communication skills: Written reports improve the ability of presenting experimental data and general understanding in an effective and concise way; group presentations allow to express the acquired concepts with an appropriate language and to hold a discussion about the course topics. Learning skills: the activities described so far, allow the students to acquire the methodological tools that are necessary to continue their educational career and to become familiar with the ever-continuing update on scientific achievements that is required in cutting-edge technological fields.

The joining of materials was identified as a key enabling technology to innovative and sustainable manufacturing. High performance structures and components integrating dissimilar materials and a large number of functions can be obtained only by combining various materials into a multi‐material structure. This course aims at providing knowledge of state of the art in current and emerging joining technologies with a focus on specific industrial and related issues, with applications in energy, environment, etc. The students will be introduced to science communication methods and should prepare a short seminar on a specific topic related to materials joining.

The course will aim at describing:  Introduction to joining; fundamentals on wettability and adhesion  The mechanisms of joint formation  Selection of the most appropriate joining system (process and materials), according to final application requirements and materials properties  Joining processes: mechanical Joining, direct joining, indirect joining.  Mechanical joining (threaded fasteners, rivets) and other related joining methods…….  Direct joining and Indirect joining  Welding; the metallurgy of welding, brazing, soldering and friction stir welding. Welded joints. Mechanical properties, response to loading of butt and fillet weld beads. Strength prediction of the welded joints under static and fatigue conditions. Fundamentals and calculation examples.  Adhesive Bonding: adhesives and the bonding process. Structural adhesive joints. Types (butt joints, single- and double-lap joints), basic loading conditions. Essential information on stresses in the joints and strength prediction. Fundamentals and calculation examples.  Glasses and Glass-ceramic as joining materials for similar and dissimilar materials.  Joining of Specific Materials and Structures (metals, ceramics, polymer and composite materials); similar and dissimilar combinations.  Joining of ceramics  Joints for a specific environment: Joining of different materials for hydrogen related technologies; joining for nuclear applications  Methods to improve joining: surface modification. Plasma and laser treatments, design of interfaces  Characterisation of joints  Non destructive evaluation of joints  Hands-on laboratory activity: processing and characterization of joints; manufacturing of joints at the lab scale; characterization: mechanical tests and morphological investigation

Modalita di esame: Prova scritta (in aula);
Exam: Written test;
... The grading system is different for attending and non-attending students. For attending students: Written test; Group project; lab activity report The grading system includes evaluation of a group project report on a specific case study and related discussion (max 10/30); written test (max 15/30); lab activity report (5/30). The written test (1 hr) is based on a questionnaire with 3 multiple choice questions, two open questions that are addressed to verify the student’s learning and knowledge of the course content. The evaluation of the multiple choice questions considers only the correct answers; no negative points will be applied for wrong or missing answers. The use of any support material is not allowed for the entire duration of the test. The group project will be explained during the lessons with related examples. Group of students may select a "case study" project and give a power point presentation on a topic related to joints for relevant applications. The deadline to deliver the project report is 2 weeks before the written exam date. The lab activity report is based on experimental activity carried out on joining topics in Politecnico labs. To pass the exam, the written test must achieve a sufficient passing grade (≥ 8) For non- attending students The written test (2 hrs) is based on a questionnaire with 6 multiple choice questions , four open questions (that are addressed to verify the student’s learning and knowledge of the course content. The evaluation of the multiple choice questions considers only the correct answers; no negative points will be applied for wrong or missing answers. The use of any support material is not allowed for the entire duration of the test. The minimum mark for passing the written exam is 18.

Learning material provided by teachers

A fundamental aspect of the course deals with the evaluation of characteristics and properties of the finished product, also as function of the adopted technology. A particular analysis will be devoted to the evaluation of the technical/economic aspects, also in terms of the results deriving from quality control. The close contact with the more relevant industries, by means of targeted visits, provides a practical content for the course, and promotes a continuous updating on evolution and technological innovation.

The course is aimed at deepening the knowledge related to the metal forming processes and technologies. After an introduction of the fundamental principles related to the different techniques, processes and the equipment used in metal forming will be examined. In particular, the manufacturing of finished parts, made of metal alloys and composites is studied and analyzed especially in terms of the applications of technology in different industrial sectors

FOUNDRY Principles of solidification of the alloys. Flow diagram and processing cycle typical of a foundry. Models, shapes and dies, traditional and special forming methods. Gravity casting, centrifugal casting and die casting. Investment Casting. Squeezecasting, Rheocasting, Thixomolding. Finishing operations and quality control; typical alloys and their fields of application, quality assurance. PLASTIC DEFORMATION Mold Casting and continuous casting. Recall of the theory of plasticity and of the theoretical fundamentals of the plastic deformation. Hot, semi-hot and cold deformation. Primary and secondary rolling. Forging, pressing, direct and inverse extrusion, drawing, blanking and forming of thin sheets. Residual stresses and analysis of the most common defects. Alloys for plastic deformation, properties and characteristics of the pieces obtained, quality control. POWDER METALLURGY Production Techniques and characterization of the product Pressing in molds: obtainable shapes and limits. Special compaction processes, cold and hot isostatic pressing. Sintering in furnaces: thermodynamic aspects of the process, furnaces and sintering atmospheres. Metal Injection Molding: characteristics and applications, raw materials and production cycle. FAST Techniques: SPS, EDS, CDS Free-form processes and 3D printing. Additive Manufacturing: main techniques and typical products DESIGN CRITERIA AND COST ANALYSIS Technical/economic comparison among the different alternative technologies and selection criteria for process optimization. Cost indexes. Design of a forming process, tools and form factors. In the laboratories, the characteristics of formability, properties and microstructural characteristics of the materials will be examined as function of the different technologies adopted, with the observation and analysis of finished pieces.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula);
Exam: Written test;
... The verification of learning takes place through the final examination, which certifies the acquisition of knowledge and skill expectations. In particular, the examination consists of an oral test in which the analysis of the specific characteristics of the different manufacturing processes are considered and discussed. Students, divided in groups made of 2, will also be required to produce and illustrate into details a report on the proper manufacturing technique/s (at an industrial scale) of a given component, assigned during the course. Templates for the correct preparation and writing of the report will be shown during the course and made available on the portal. The final mark will take into account the level of knowledge of the topics of the exam, as well as the critical analysis and communication skills of the student.

Kalpakjian, Mechanical Technology, Pearson, 2014 J. Beddoes, Principles of Metals Manuafcturing Processes, Elsevier, 2006 A. Salak, Ferrous Powder Metallurgy, Cambridge International Science Pub., 1995 G. Dieter, Mechanical Metallurgy, McGraw.Hill, Tokio, 1988. M.P. Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing: Materials, Processes, and Systems, Wiley, 2012 Slides used during classes are uploaded on the course portal web. Exercise lessons: the topic of the final project, practical exercises, materials and plants datasheet, parts of international standards and handbooks are given during front lessons and uploaded on the portal web.

Al termine dell’insegnamento, studenti e studentesse avranno acquisito una conoscenza e una comprensione approfondita delle principali definizioni nonché dei dibattiti relativi alla diplomazia tecno-scientifica, così come dei processi storici che hanno caratterizzato le relazioni tra progetti tecnico-scientifici e dinamiche internazionali. Saranno inoltre in grado di applicare tali conoscenze per sviluppare una visione critica delle motivazioni complesse che guidano la cooperazione tecno-scientifica a livello globale, e di individuare le problematiche specifiche del settore tecnologico nei processi di diplomazia e nelle relazioni internazionali contemporanee.

La diplomazia tecno-scientifica è un ambito in crescente rilievo nel dibattito accademico e politico, che riguarda l’interazione tra scienza, tecnologia e relazioni internazionali. Enti nazionali e sovranazionali, come l’Unione Europea, la includono tra le priorità strategiche per affrontare sfide globali come il cambiamento climatico, la sicurezza energetica e la regolazione delle tecnologie emergenti. Il ruolo della cooperazione tecnico-scientifica si rivela centrale anche in situazioni di crisi geopolitica, come dimostra il caso del progetto ITER, in cui la collaborazione tra Unione Europea, Stati Uniti e Russia è proseguita nonostante le tensioni legate alla guerra in Ucraina. L'insegnamento introduce studenti e studentesse alle pratiche storiche e contemporanee della diplomazia tecno-scientifica, evidenziando come oggetti, infrastrutture, standard, progetti e conoscenze tecnico-scientifiche influenzino le relazioni tra Stati. Attraverso l’analisi di casi studio ed esempi concreti, l’insegnamento fornisce strumenti per comprendere criticamente il ruolo della tecnica e della tecnologia nelle dinamiche globali e per formare ingegneri, architette, architetti, e designer in grado di operare in contesti internazionali complessi.

1. Che cos’è la diplomazia tecno-scientifica (9 ore) La parte introduttiva dell'insegnamento è dedicata alla presentazione delle principali nozioni, definizioni e concettualizzazioni della diplomazia tecno-scientifica, con l’obiettivo di fornire una base teorica per l’analisi dei casi e delle pratiche contemporanee. 2. Critiche alla retorica della diplomazia tecno-scientifica (11 ore) A partire dall’analisi di esperienze e istituzioni spesso citate come esempi di diplomazia tecno-scientifica, si esamineranno le principali critiche a una narrazione idealizzata e apolitica del ruolo della scienza e della tecnologia nelle relazioni internazionali. 3. Storia delle relazioni tra scienza, tecnologia e relazioni internazionali (20 ore) Questa sezione esplorerà lo sviluppo storico del ruolo della scienza e della tecnica nello Stato e nella diplomazia, dalla seconda metà del XIX secolo fino all’epoca contemporanea. Saranno analizzate le trasformazioni politiche, istituzionali e culturali che hanno ridefinito queste relazioni nel tempo. 4. Analisi di casi studio (20 ore) Questa parte dell'insegnamento sarà dedicata a un’analisi approfondita di casi concreti di diplomazia tecno-scientifica, attraverso progetti internazionali o strategie statali. Saranno discussi esempi come: - il ruolo della scienza e della tecnica nella politica estera di vari stati, tra cui Cina e Stati Uniti; - la geopolitica dello smartphone e la guerra dei chip; - il ruolo del CERN nell’integrazione europea nel passato e nel presente; - il progetto ITER e la fusione nucleare come strumenti di distensione politica alla fine della Guerra Fredda; - intelligenza artificiale, interessi nazionali e diplomazia.

Modalita di esame: Prova scritta in aula tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
Exam: Computer-based written test in class using POLITO platform;
... L’esame consiste in una prova scritta della durata di 2 ore, composta da: 10 domande a risposta multipla (ognuna con quattro opzioni, una sola corretta); 2 domande a risposta aperta. Ogni risposta corretta vale +2 punti. Le risposte errate o non date valgono 0 punti. Le domande a scelta multipla sono progettate per verificare la conoscenza e la comprensione da parte di studenti e studentesse delle principali definizioni e concettualizzazioni di diplomazia tecno-scientifica, delle critiche ad essa rivolte, nonché dei processi storici analizzati durante l’insegnamento. Esse contribuiscono alla valutazione dei primi due risultati di apprendimento attesi, ovvero: la comprensione dei dibattiti e delle definizioni chiave; e la conoscenza dei principali sviluppi storici del rapporto tra scienza, tecnica e relazioni internazionali. Ciascuna risposta aperta può ottenere un massimo di 5 punti. Le domande aperte valutano la capacità critica di applicare le conoscenze acquisite, discutendo in autonomia due dei casi studio affrontati nell'insegnamento. In particolare, misurano la capacità di: sviluppare una riflessione autonoma sulle motivazioni complesse che guidano la cooperazione tecno-scientifica internazionale; individuare e analizzare le problematiche specifiche del settore tecnologico nei processi diplomatici. Tali aspetti corrispondono ai restanti risultati di apprendimento attesi, relativi alla capacità di analisi critica, autonomia di giudizio e applicazione contestuale delle conoscenze. Durante la prova scritta non è consentito consultare testi, appunti o materiali didattici, né utilizzare dispositivi digitali con accesso al web (smartphone, smartwatch, tablet, ecc.). L’esame è considerato superato con un punteggio minimo di 18/30. Il punteggio massimo conseguibile è 30/30. L’esito della prova scritta sarà comunicato su portale della didattica entro una settimana dallo svolgimento dell’esame.

Bibliografia essenziale: - Ruffini, Pierre-Bruno. Science and Diplomacy: A New Dimension of International Relations. New York, NY: Springer Berlin Heidelberg, 2017. - Royal Society/AAAS. New Frontiers in Science Diplomacy. London: Royal Society, 2010 https://royalsociety.org/topics-policy/publications/2010/new-frontiers-science-diplomacy. - Royal Society/AAAS. Science Diplomacy in an Era of Disruption. London: Royal Society, 2025. https://www.aaas.org/sites/default/files/2025-02/Final_Science%20diplomacy_15%20years%20on_report_WEB.pdf - Directorate-General for Research and Innovation (European Commission), Rasmus Gjedssø Bertelsen, Laurent Bochereau, Effrosyni Chelioti, Ã�gota Dávid, Dovilė Gailiūtė-JanuÅ¡onė, Martina Hartl, et al. A European Framework for Science Diplomacy: Recommendations of the EU Science Diplomacy Working Groups. Publications Office of the European Union, 2025. https://data.europa.eu/doi/10.2777/9235330. - Turchetti, Simone, Matthew Adamson, Giulia Rispoli, Doubravka Olšáková, and Sam Robinson. “Introduction: Just Needham to Nixon? On Writing the History of ‘Science Diplomacy.’â€� Historical Studies in the Natural Sciences 50, no. 4 (September 23, 2020): 323–39. https://doi.org/10.1525/hsns.2020.50.4.323.

L’obiettivo dell’insegnamento è far sì che gli studenti abbiano la capacità di analizzare le richieste derivanti da uno specifico settore applicativo e di individuare le combinazioni di materiali e processi più adatte a soddisfare tali richieste e a garantire la sostenibilità delle soluzioni proposte. Tale impostazione è denominata in inglese application driven design. Grazie alle conoscenze apprese, lo studente potrà eventualmente formulare ipotesi su come migliorare i materiali attualmente esistenti o valutare l'utilizzo di materiali innovativi. Ulteriore risultato di apprendimento atteso è la conoscenza approfondita delle tendenze e degli sviluppi della tecnologia degli accumulatori a base litio, relativi materiali e processi sostenibili e una panoramica delle tendenze di sviluppo futuro nel campo. Per quanto riguarda l’attività di laboratorio, si vuole che lo studente sia in grado di identificare correttamente i materiali e i processi da utilizzare per uno specifico progetto ingegneristico. I lavori di progetto saranno sviluppati mediante la metodologia Ashby e con il supporto del software GRANTA Design.

L'insegnamento prende spunto da alcuni settori strategici per i materiali strutturali, quali quelli dell’autoveicolo, della propulsione aeronautica, della produzione e accumulo di energia, per studiare i criteri con cui si progettano i materiali. Si parte dalle esigenze specifiche di ogni settore, temperature operative, sollecitazioni critiche, criteri di sicurezza e rispetto delle normative di riferimento, li si coniuga con le esigenze di sostenibilità ambientale ed economica e si definiscono così le strategie con cui sono stati sviluppati i materiali esistenti e con cui si stanno sviluppando i materiali del futuro. Si inizierà con un inquadramento generale dei criteri di sviluppo dei materiali che fornirà la terminologia, l'approccio e i vincoli da considerare nel progetto ingegneristico, e introdurrà i concetti di tempi di sviluppo e introduzione sul mercato delle innovazioni dei materiali e di Technology Readiness Level (TRL) ed Manufacturing Readiness Level (MRL). In seguito, l'insegnamento si articolerà in moduli dedicati a ogni settore applicativo, che proporranno un approccio comune alle esigenze specifiche di ogni settore. Si eseguirà pertanto un'analisi di: - le richieste di prestazioni; - le strategie di progettazione sui materiali; - le tecnologie di fabbricazione e trasformazione; - il panorama degli attuali materiali di riferimento per il settore e dei relativi metodi di lavorazione adottati; - gli spazi di ulteriore miglioramento; - i compromessi fra obiettivi tecnologici, di sostenibilità ambientale ed economica. Affianco alle lezioni teoriche si svolgono anche due laboratori di analisi critica di progetti di prodotti metallurgici e di preparazione di materiali e dispositivi in ambito batterie.

Introduzione all'insegnamento, alla terminologia e ai concetti di Time to Market, Buy to Fly ratio, TRL, MRL, ecc. Identificazione delle richieste dello specifico settore applicativo/componente e loro traduzione in specifiche di progetto (metodo della matrice di confronto tra esigenze del prodotto e requisiti dei materiali). Moduli dedicati ai settori applicativi presi in esame: I - Resistenza strutturale nel settore automotive - Design composizionale e microstrutturale; - Acciai alto & ultra-alto-resistenziali; - Acciai per trasmissione di potenza; - Leghe di alluminio alto resistenziali. II - Resistenza alle medie e alte temperatura per la propulsione aeronautica e la produzione di energia - Metodi di fabbricazione e trasformazione tradizionali (forgiato e casting) e innovative (fabbricazione additiva; NSHIP); - Superleghe di Ni, Fe, Co; - Acciai aeronautici - Barriere termiche; - Leghe di Titanio; - Intermetallici; - Compositi a Matrice Ceramica; - Corrosione a caldo, caratteristiche e soluzioni massive e di rivestimento. III - Tecnologie di accumulo elettrochimico dell’energia - Principi fondamentali e aspetti elettrochimici di base. - Materiali attivi (catodi, anodi, elettroliti) e componenti, panoramica degli attuali e futuri sviluppi. - Metodi di produzione, assemblaggio e sviluppo, tecniche di caratterizzazione avanzate e modelling computazionale. - Caratteristiche e norme di sicurezza, programma qualità e test batterie. - Pericoli e criticità , anche relative al trasporto, smaltimento e riciclo. - Tipologie e campi di applicazione, panoramica sui sistemi futuri post-litio. Laboratorio I: assegnazione di casi studio relativi agli ambiti ingegneristici trattati nelle lezioni teoriche e richiesta di analisi del problema tramite metodologia Ashby per l'identificazione dei materiali e dei processi ottimali da utilizzare per lo specifico progetto ingegneristico. Il laboratorio sarà sviluppato tramite esercitazioni dedicate alla comprensione del metodo Ashby e l'utilizzo del software Granta Design. Laboratorio II: ciclo di esperimenti sullo sviluppo, assemblaggio e caratterizzazione di materiali e dispositivi nel settore delle batterie. A conclusione del lavoro si eseguirà una presentazione del lavoro svolto sulla base di progetti definiti con il docente e di analisi bibliografica per ipotizzare gli spazi di sviluppo futuri nel campo delle batterie.

Modalita di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale in gruppo;
Exam: Compulsory oral exam; Group project;
... L’esame si svolge in modo orale tramite la presentazione e discussione degli elaborati progettuali sviluppati nel corso delle esercitazioni di laboratorio e l’approfondimento degli argomenti teorici visti a lezione. Le diverse parti dell’esame possono essere sostenute in momenti diversi all'interno delle sessioni di esame. Il peso relativo delle relazioni sulle esercitazioni svolte sul voto complessivo è del 40%, mentre la restante parte del voto è assegnata in base all’andamento dell’esame orale. Entrambe le parti dell'esame devono raggiungere almeno i diciotto trentesimi, per poter esprimere il voto complessivo. L'esame dell'elaborato progettuale di gruppo tende a verificare la correttezza del metodo applicato, la completezza degli approfondimenti personali, il rigore nell'esecuzione degli esperimenti, nella raccolta dati e nella relativa trattazione. L'esame orale tende ad accertare l'acquisizione delle conoscenze e nozioni fornite durante le lezioni. La valutazione di entrambe le parti dell'esame è utile per verificare la competenza ingegneristica sviluppata. Per gli studenti che non possano frequentare le attività di progetto, è previsto un esame orale più esteso che copre l'intero programma svolto a lezione.

Il materiale di supporto alle lezioni sarà reso disponibile agli studenti e le lezioni saranno videoregistrate. Visto il carattere dell'insegnamento che coinvolge diversi settori applicativi, non esiste un unico testo di riferimento. Gli appunti raccolti durante le lezioni insieme al materiale di supporto sono considerati fonti sufficienti per la preparazione dell'esame. Eventuali testi di approfondimento. - Rana, Radhakanta; Singh, Shiv Brat. Automotive Steels : Design, Metallurgy, Processing and Applications. Woodhead Limited, 2016. Web. - Reed, Roger C. The Superalloys. Cambridge: Cambridge UP, 2006. Web. - F.C. Campbell; Manufacturing Technology for Aerospace Structural Materials; Elsevier. - H.M. Flower; High Performance Materials in Aerospace; Chapman & Hall. - H. Berg; Batteries for Electric Vehicles, Materials and Electrochemistry; Cambridge UP, 2015, Web.

Le informazioni dettagliate sull’insegnamento tirocinio sono consultabili sulla GUIDA STUDENTI, sezione TIROCINIO, dell’anno accademico in corso.

Modalita di esame: Accertamento (esame senza voto);
Exam: Check;