Perseguendo l’obiettivo di realizzare strutture smart in materiale composito adottando la tecnologia additiva BAAM (Big Area Additive Manufacturing) moldless, il WP2 ha affrontato inizialmente lo sviluppo di estrusori sensorizzati, finalizzati a combinare la fibra lunga con la matrice termoplastica in modo ottimale nonché di depositare sul manufatto la fibra con pressione e temperatura tali da massimizzare l’adesione e quindi le prestazioni meccaniche finali del manufatto. L’estrusore integra sia i sensori necessari per monitorare i principali parametri tecnologici della stampa che un controllore in grado di adattarli in tempo reale ai movimenti dell’estrusore, garantendo così le prestazioni ottimali del manufatto stampato. Il sistema concepito integra un sistema di pre-fusione della matrice termoplastica che viene quindi messa in pressione per bagnare in maniera ottimale le fibre lunghe di carbonio (le prestazioni meccaniche del manufatto sono in gran parte dovute a quanto bene fibra e matrice sono integrate). Si procede quindi alla poltrusione del filamento fibra + matrice a velocità e temperatura dettate dal processo produttivo. Anche la pressione di contatto con cui il filamento viene deposto sulla struttura viene regolato in modo tale da ottenere la migliore adesione possibile tra i diversi strati costituenti il laminato. Infine, l’estrusore è dotato di un sistema di taglio del filamento che viene utilizzato per terminare la stampa. Con minime modifiche è inoltre possibile sostituire la fibra di carbonio con una fibra di vetro che viene utilizzata per il monitoraggio della struttura smart realizzata. La fibra ottica può quindi essere posizionata in qualsiasi punto della struttura e in qualsiasi posizione nello spessore del manufatto stesso.

Il sistema BAAM per applicazioni meccaniche è stato predisposto basandosi sull’utilizzo di due robot antropomorfi cooperanti, con basi montate su guide lineari per realizzare il settimo grado di libertà e con logiche di controllo opportunamente modificate al fine di poter ottenere le desiderate forze di contatto tra i due end effector, pur nel rispetto delle condizioni di sicurezza. I due robot antropomorfi si sono resi necessari per eliminare la necessità dello stampo: mentre un robot deposita il filamento, l’altro genera la forza di contrasto che permette di depositare il filamento stesso con la dovuta pressione di contatto. Come precedentemente descritto, il controllo di estrusore e robot deve essere coordinato per garantire la qualità del manufatto finale e l’ottimizzazione dei parametri di processo.
Nell’ambito dell’attività sono state svolte diverse prove di stampa BAAM con materiale polimerici per la messa a punto del sistema di stampa completo partendo da provini dumbbell (per la verifica delle prestazioni del composito realizzato con il processo sviluppato rispetto a processi più tradizionali con laminati preimpregnati) fino a manufatti semplificati e di una certa complessità. Sono state affrontate inoltre le problematiche legate alla progettazione, per sviluppare soluzioni che consentano di tener conto, fin dalle prime fasi di progettazione, delle specifiche del sistema sviluppato, oltre a permettere l’integrazione del sistema di monitoraggio integrato.