Nuove dimensioni estetiche e strutturali nel processo di progettazione di bow-window metallici grazie al processo WAAM

Questo lavoro è parte del progetto RocWAAM, presso il Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano, il cui obiettivo è l'esplorare di nuovi campi di applicazione della tecnologia Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). Il caso presentato, suggerito dalla Edilanzutti s.p.a., indaga la fattibilità di un bow-window utilizzando WAAM. Questa tecnologia, nota per la sua efficacia con oggetti di grandi dimensioni, mira a presentare un'alternativa estetica, funzionale ed economica ai componenti progettati in maniera convenzionale.
Il lavoro approfondisce la definizione di bow-window, esamina la tecnologia WAAM nell'ingegneria civile ed esplora le dimensioni estetiche e strutturali del processo di progettazione. Il design del bow-window metallico è stato concepito per ottimizzare l'illuminazione naturale dell'ambiente abitativo attraverso l'uso di una parete metallica inclinata e vetrate angolate, fornendo un valore aggiunto al design.
Per la stampa si sono valutate leghe metalliche come quella d’acciaio inossidabile AISI 316L, quella di alluminio AlSi5 e una di rame Cu6328. Il peso ridotto e le proprietà meccaniche dell'al- luminio hanno evidenziato vantaggi significativi rispetto all'acciaio AISI 316 L e al rame Cu6328. Questo lavoro offre un contributo innovativo al design di bow-window utilizzando WAAM, sfruttando un braccio robotico a sei assi più due assi ausiliari per esplorare le forme realizzabili.

This work is part of the RocWAAM project, underway at the Department of Mechanics of the Politecnico di Milano, whose objective is to explore new fields of application for Wire Arc Addi- tive Manufacturing (WAAM) technology. The case presented, commissioned by Edilanzutti s.p.a., investigates the feasibility of a bow-window using WAAM. This technology, known for its effectiveness with large objects, aims to present an aesthetic, functional, and economical alterna- tive to conventionally designed components.
The paper delves into the definition of a bow-window, examines WAAM technology in civil en- gineering, and explores the aesthetic and structural dimensions of the design process. The design of the metal bow-window was conceived to optimize the natural illumination of the living space through the use of a sloping metal wall and angled glazing, thus providing added value to the design.

Le Bow Windows permettono di avere una grande libertà geometrica e sono facilmente integrabili in un edificio esistente

Il lavoro si concentra sull'analisi della possibilità di produrre finestre aggettanti, altrimenti dette bow windows, utilizzando la tecnologia Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). Particolare attenzione viene data alla libertà geometrica ottenibile con questa tecnologia e al potenziale di integrazione di una nuova struttura di finestre in edifici esistenti. Attraverso la prototipazione, l'obiettivo è quello di validare la geometria costruita con gli angoli di sporgenza teorici.

La ricerca è stata condotta presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica del Politecnico di Milano. Il progetto nasce sotto suggerimento di Edilanzutti S.p.a. con l’obiettivo di individuare limiti ed opportunità della tecnologia WAAM nell’ingegneria civile. Il caso di studio si sviluppa all’interno del progetto RocWAAM, finalizzato allo studio per l’applicazione della WAAM nei settori degli stampi, dell'edilizia civile e dell'energia.

Il team RocWAAM, sotto la guida scientifica del Dipartimento di Ingegneria Meccanica del Politecnico di Milano, ha l'obiettivo di sviluppare il know-how e diffondere la WAAM a livello industriale. Il partenariato coinvolge Arroweld, Fronius e ABB in carico del hardware, Fontana Group, Edilanzutti e Baker Hughes come ideatori di casi studio e BLM Group per il confronto con il mondo laser.

L'obiettivo è quello di ottenere un bow window funzionale che sia anche esteticamente coerente con le forme complesse ottenibili attraverso le tecnologie di produzione additiva. Questo progetto intende proporre una soluzione nuova rispetto ai tradizionali bow window in legno o vinile, formalmente interessante e producibile in tempi relativamente brevi con la tecnologia WAAM.

Dopo una prima definizione del termine “bow window” e un'indagine sulla tecnologia WAAM e la sua applicazione, si procede con la fase di progettazione conclusasi con la selezione dei materiali tramite requisiti progettuali e l’osservazione del comportamento del materiale selezionato in alcune geometrie ritenute critiche.

Il Bow Window e la WAAM

Definizione di Bow Window

Al giorno d'oggi il termine bow-window viene utilizzato come termine generico per definire particolari tipi di finestre aggettanti. Le ragioni per cui si adottano sono molteplici, ma le principali sono l'aumento della luce naturale e della ventilazione. L'installazione è molto complessa e si compone di diversi passaggi.
Attualmente i bow-windows in metallo presenti sul mercato si possono dividere in tradizionali (Fig. 1a), massicci con finestrature minime, e moderni (Fig. 1b), caratterizzati da struttura mini- male e massimizzazione della superficie vetrata.

Perché produrre un Bow Window con Wire Arc Additive Manufacturing

L’utilizzo della tecnologia WAAM per la produzione di bow windows introdurrebbe potenzialmente diversi vantaggi. Innanzitutto, la finestra di applicazione della tecnologia (oggetti di grandi dimensioni con poca accuratezza geometrica) incontra esattamente le caratteristiche del componente. Il processo in oggetto collocandosi nella famiglia di tecnologie additive per la deposizione diretta di energia, consente, inoltre, di realizzare progetti unici e complessi, riducendo al minimo gli scarti e caratterizzandosi rispetto alle altre tecnologie della stessa famiglia per l’elevata efficienza. Il WAAM è infatti ad oggi il processo con la più elevata produttività tra i processi additivi, permettendo di ridurre significativamente i tempi di produzione rispetto alle tecnologie convenzionali.

Un altro aspetto vantaggioso è il potenziale incremento della resistenza strutturale ottenuto tramite la sostituzione del materiale. Proprio l’utilizzo della tecnologia WAAM, infatti, offre grande versatilità nella selezione delle leghe metalliche, in grado di soddisfare contemporaneamente le esigenze di resistenza e di corrosione. Infine, il materiale di input sottoforma di filo metallico è di facile gestione per quanto riguarda lo stoccaggio e la reperibilità, e garantisce un’efficienza di utilizzo pari al 100%.

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La presente relazione è stata presentata in occasione del XXIX Congresso CTA, svoltosi a Milano il 26 e 27 settembre 2024.