Proposte di tesi

Cara studentessa, caro studente,

in questa pagina trovi le proposte di tesi attualmente disponibili. Ogni proposta riporta il problema, gli obiettivi, i metodi, i prerequisiti e alcune letture preliminari.

Prima di scegliere, ti chiedo di studiare con attenzione le letture preliminari della proposta che ti interessa. Ciò fatto, scrivimi una email per chiedere un appuntamento: nel colloquio verificheremo insieme la tua comprensione del materiale e la fattibilità della tesi nei tempi che hai a disposizione. Per scrivere puoi usare il collegamento “Richiedi questa tesi” in fondo a ciascuna proposta, che apre un messaggio con l’oggetto già compilato; indica nel messaggio il tuo corso di laurea e il periodo in cui vorresti laurearti.

La scelta diventa definitiva solo dopo il colloquio.

Progettazione di una pinza cedevole stampabile in 3D
Stampa 3D di impasti a base di farina: reologia e parametri di estrusione

Progettazione di una pinza cedevole stampabile in 3D

Stato: disponibile
Livello: laurea triennale
Relatore: prof. Giuseppe Tomassetti
Co-relatore: prof. Nicola Pio Belfiore

Il problema

Un meccanismo cedevole (compliant mechanism) trasmette moto e forze attraverso la deformazione elastica dei suoi elementi, anziché attraverso coppie cinematiche rigide. Le cerniere sono sostituite da tratti sottili e flessibili; il meccanismo può quindi essere realizzato in un pezzo unico, senza giochi, attriti né montaggio. Questa caratteristica rende i meccanismi cedevoli particolarmente adatti alla stampa 3D. Una pinza (gripper) cedevole stampata in materiale polimerico è un caso di studio semplice da realizzare, ma che richiede di collegare la cinematica del meccanismo, la meccanica delle travi inflesse e il comportamento del materiale stampato.

Obiettivi

Scegliere una configurazione di pinza cedevole, ad esempio derivata da un quadrilatero articolato con cerniere flessibili.
Studiarne la cinetostatica con un modello a parametri concentrati (cerniere flessibili come molle torsionali) e ricavare la relazione tra forza di azionamento, apertura delle griffe e forza di presa.
Verificare il modello con un’analisi agli elementi finiti e controllare le tensioni nelle cerniere flessibili.
Stampare un prototipo e misurarne la curva forza–spostamento, confrontandola con le previsioni.

Metodi e strumenti

Modello a parametri concentrati e teoria della trave; analisi agli elementi finiti (software commerciale o libero, da concordare); progettazione CAD e stampa 3D a filamento (FDM); prova sperimentale semplice di forza e spostamento.

Prerequisiti

Scienza delle Costruzioni (trave di Eulero–Bernoulli, energia elastica) e Meccanica applicata alle macchine (cinematica dei meccanismi piani). Sono utili, ma non indispensabili, nozioni di CAD e di elementi finiti.

Letture preliminari

N. P. Belfiore, P. Simeone, “Inverse kinetostatic analysis of compliant four-bar linkages”, Mechanism and Machine Theory 69 (2013) 350–372. doi:10.1016/j.mechmachtheory.2013.06.008
L. L. Howell, S. P. Magleby, B. M. Olsen (a cura di), Handbook of Compliant Mechanisms, Wiley, 2013. doi:10.1002/9781118516485
M. Verotti, A. Dochshanov, N. P. Belfiore, “A comprehensive survey on microgrippers design: mechanical structure”, Journal of Mechanical Design 139(6) (2017) 060801. doi:10.1115/1.4036351
M. Verotti, A. Dochshanov, N. P. Belfiore, “Compliance synthesis of CSFH MEMS-based microgrippers”, Journal of Mechanical Design 139(2) (2017) 022301. doi:10.1115/1.4035053
O. Sigmund, “On the design of compliant mechanisms using topology optimization”, Mechanics of Structures and Machines 25(4) (1997) 493–524. doi:10.1080/08905459708945415
M. Mayyas, “Design characterization of 3D printed compliant gripper”, Meccanica 57(3) (2022) 723–738. doi:10.1007/s11012-022-01474-z
A. Rodríguez-Panes, J. Claver, A. M. Camacho, “The influence of manufacturing parameters on the mechanical behaviour of PLA and ABS pieces manufactured by FDM: a comparative analysis”, Materials 11(8) (2018) 1333. doi:10.3390/ma11081333

Per cominciare sono sufficienti le letture 1, 3 e 6; le altre servono durante il lavoro.

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Stampa 3D di impasti a base di farina: reologia e parametri di estrusione

Stato: disponibile
Livello: laurea magistrale
Relatore: prof. Giuseppe Tomassetti
Co-relatore: da definire

Il problema

Nella stampa 3D per estrusione un impasto viene spinto attraverso un ugello e depositato strato su strato. Perché il pezzo stampato mantenga la forma, l’impasto deve scorrere facilmente nell’ugello e, una volta depositato, comportarsi come un solido capace di sostenere il peso degli strati successivi. Questo compromesso dipende dalla reologia del materiale (soglia di snervamento, viscosità, recupero dopo il flusso) e dai parametri di processo (diametro dell’ugello, velocità di estrusione e di avanzamento, altezza dello strato). Per un impasto semplice di farina e acqua, il legame tra composizione, reologia e qualità della stampa non è ancora descritto in modo quantitativo.

Obiettivi

Caratterizzare dal punto di vista reologico e meccanico un impasto di farina e acqua al variare del contenuto d’acqua.
Descrivere il flusso nell’ugello con un modello di fluido viscoplastico (ad esempio Herschel–Bulkley) e stimare la pressione di estrusione richiesta.
Studiare sperimentalmente l’effetto dei parametri di estrusione sulla fedeltà geometrica e sulla stabilità di forma di semplici geometrie stampate.
Proporre un criterio di stampabilità che leghi le grandezze reologiche misurate ai parametri di processo.

Metodi e strumenti

Prove reologiche (curve di flusso, prove oscillatorie, prove di recupero) e prove meccaniche semplici sull’impasto; modelli di fluido viscoplastico per il flusso in un condotto; campagna di stampa con variazione controllata dei parametri; misura della geometria dei campioni stampati per analisi d’immagine.

Prerequisiti

Scienza delle Costruzioni e nozioni di base di meccanica dei fluidi. Sono richiesti interesse per il lavoro sperimentale e disponibilità a lavorare in laboratorio.

Letture preliminari

T. C. R. Outrequin, C. Gamonpilas, W. Siriwatwechakul, P. Sreearunothai, “Extrusion-based 3D printing of food biopolymers: a highlight on the important rheological parameters to reach printability”, Journal of Food Engineering 342 (2023) 111371. doi:10.1016/j.jfoodeng.2022.111371
J. In, H. Jeong, S. C. Min, “Material requirements for printing cookie dough using a fused deposition modeling 3D printer”, Food Science and Biotechnology 31(7) (2022) 807–817. doi:10.1007/s10068-022-01092-1
J. Luo, G. Xia, A. Ji, L. Liu, Z. Deng, B. Nie, “Investigation of extrusion parameters affecting 3D print performance of wheat flour and citrus pectin dough”, Foods 15(19) (2026) 3361. doi:10.3390/foods15193361
A. Pradhan, D. Saha, P. P. Tripathy, “A multivariate study on the effect of 3D printing parameters on the printability of gluten-free composite dough”, Journal of the Science of Food and Agriculture 105(4) (2025) 2578–2593. doi:10.1002/jsfa.14031
L. Masbernat, S. Berland, C. Leverrier, G. Moulin, C. Michon, G. Almeida, “Structuring wheat dough using a thermomechanical process, from liquid food to 3D-printable food material”, Journal of Food Engineering 310 (2021) 110696. doi:10.1016/j.jfoodeng.2021.110696
Z. Y. Bugday, A. Venkatachalam, P. D. Anderson, R. G. M. van der Sman, “Rheology of paste-like food inks for 3D printing: effects of nutrient and water content”, Current Research in Food Science 9 (2024) 100847. doi:10.1016/j.crfs.2024.100847
Y. Bugday, A. Alicke, P. Anderson, R. van der Sman, “Understanding the large deformation response of paste-like 3D food printing inks”, Applied Rheology 35 (2025) 20250042. doi:10.1515/arh-2025-0042
R. G. M. van der Sman, P. Voudouris, J. R. Hamoen, “Extrapolation of classical rheometry of plant protein pastes to extrusion conditions”, Food Hydrocolloids 150 (2024) 109663. doi:10.1016/j.foodhyd.2023.109663

Per cominciare sono sufficienti le letture 1, 3 e 6; le altre servono durante il lavoro.

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Altre proposte: tesi triennali in Meccanica.

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