Valutazione dell'impatto impatto ambientale ed economico di componenti automobilistici ottenuti tramite stampa 3D.

This thesis analyzes the integration of advanced design, economic evaluation, and environmental assessment applied to the development of a mechanical component optimized for production through additive manufacturing. The main objective is to systematically evaluate the potential and critical issues associated with the adoption of additive technologies, going beyond the structural performance of the component by including economic and environmental impacts throughout its life cycle. The first phase of the work, carried out by the Polimarche Racing Team, the Formula SAE team of UNIVPM, focused on the design stage of the component manufactured using SLM technology. During this phase, finite element structural analyses (FEM) and topological optimization activities were performed with the aim of reducing the component’s mass while ensuring compliance with the mechanical requirements imposed by the loading conditions. The final geometry was conceived by taking into account the specific characteristics of additive manufacturing processes, exploiting their geometric freedom and seeking to overcome the limitations of conventional manufacturing technologies. Following the design phase, an economic analysis based on the Life Cycle Costing (LCC) methodology was conducted to estimate the overall costs associated with the component’s life cycle. This analysis was supported by cost engineering software capable of automatically deriving production times and costs from the CAD model and process parameters. The LCC approach made it possible to identify the main cost drivers, evaluate alternative production scenarios, and analyze trade-offs between initial investment costs and operating costs. In parallel, a Life Cycle Assessment (LCA) was carried out with the aim of quantifying the environmental impacts associated with the component throughout its life cycle. The analysis, conducted in accordance with relevant international standards, enabled the evaluation of different environmental impact categories and the identification of the life cycle phases most responsible for the overall impacts. The results provided a quantitative basis for comparing different design and production choices, highlighting the role of the manufacturing process and energy consumption in the final outcomes. The integration of structural, economic, and environmental analyses represents one of the core elements of this work. The adopted approach goes beyond an evaluation limited to technical performance alone, offering a multidimensional perspective on the analyzed component. The results show that additive manufacturing can be an effective solution in terms of design freedom and structural optimization, while also highlighting the need for a critical assessment of the associated costs and environmental impacts. In conclusion, this work demonstrates how the combined use of advanced design tools, LCC, and LCA constitutes a robust and replicable approach to support more informed design decisions, contributing to the development of technically efficient, economically sustainable, and environmentally responsible solutions

Il presente lavoro di tesi analizza l’integrazione di progettazione avanzata, valutazione economica e valutazione ambientale applicata allo sviluppo di un componente meccanico ottimizzato per la produzione mediante additive manufacturing. L’obiettivo principale è quello di valutare in modo sistematico le potenzialità e le criticità associate all’adozione di tecnologie additive, andando oltre le prestazioni strutturali del componente includendo gli impatti economici e ambientali lungo il suo ciclo di vita. La prima fase del lavoro, svolta dal Polimarche Racing Team, team di Formula SAE dell’UNIVPM, si è concentrata sulla fase di progettazione del componente realizzato mediante tecnologia SLM. In questa fase sono state condotte analisi strutturali agli elementi finiti (FEM) e attività di ottimizzazione topologica, con l’obiettivo di ridurre la massa del componente mantenendo il rispetto dei requisiti meccanici imposti dalle condizioni di carico. La geometria finale è stata concepita tenendo conto delle specificità dei processi di additive manufacturing, sfruttandone la libertà geometrica e cercando di superare i limiti delle tecnologie produttive convenzionali. A valle della progettazione, è stata eseguita un’analisi economica basata sulla metodologia di Life Cycle Costing (LCC), finalizzata alla stima dei costi complessivi associati al ciclo di vita del componente. Tale analisi è stata supportata da un software di cost engineering in grado di derivare automaticamente tempi e costi di produzione a partire dal modello CAD e dai parametri di processo. L’approccio LCC ha consentito di individuare le principali voci di costo, valutare scenari produttivi alternativi e analizzare i trade-off tra costi di investimento iniziale e costi operativi. Parallelamente, è stata condotta una analisi Life Cycle Assessment (LCA) con l’obiettivo di quantificare gli impatti ambientali associati al componente lungo il suo ciclo di vita. L’analisi, svolta in conformità alle norme internazionali di riferimento, ha permesso di valutare diverse categorie di impatto ambientale e di identificare le fasi del ciclo di vita maggiormente responsabili degli impatti complessivi. I risultati ottenuti hanno fornito una base quantitativa per il confronto tra differenti scelte progettuali e produttive, evidenziando il ruolo del processo produttivo e del consumo energetico nei risultati finali. L’integrazione delle analisi strutturali, economiche e ambientali rappresenta uno degli elementi centrali del lavoro. L’approccio adottato consente infatti di superare una valutazione limitata alle sole prestazioni tecniche, offrendo una visione multidimensionale del componente analizzato. I risultati mostrano come l’additive manufacturing possa rappresentare una soluzione efficace in termini di libertà progettuale e ottimizzazione strutturale, ma evidenziano al contempo la necessità di una valutazione critica dei costi e degli impatti ambientali associati. In conclusione, il lavoro dimostra come l’utilizzo combinato di strumenti di progettazione avanzata, LCC e LCA costituisca un approccio solido e replicabile per supportare decisioni progettuali più consapevoli, contribuendo allo sviluppo di soluzioni tecnicamente efficienti, economicamente sostenibili e ambientalmente responsabili