GESTIONE DI MATERIALI SOSTENIBILI NELLA PROGETTAZIONE, SVILUPPO E PROTOTIPAZIONE DI ANTENNE PER L'AUTOMOTIVE: IL CASO ASK INDUSTRIES

Recently, the automotive sector has been increasingly focused on replacing original component materials with new formulations that offer more efficient performances together with a redesign of the products in an optimization perspective.This research aligns with this trend by focusing on the lightweighting of die-casting components, specifically in the context of automotive antenna systems. Roof antenna, specifically Radio Shark Fin Antenna (RSFA) manufactured by ASK Industries,was the focus of this research.The company has undertaken internal development to completely redesign the antenna to meet the stringent demands from carmakers regarding lightweight, strength, performance and recyclability.The goal was to provide an antenna with the same dimensions and electrical performance, focusing on developing new technologies to produce components based on lightweight and sustainable materials. The metallic base of the antenna realized in zinc alloy received the greatest attention initially because of its weight. To overcome the temperature-dependent mechanical resistance and weight issues, the research explored the replacement of the zinc alloy (Zamak 5) with aluminum alloys.Two potential families of aluminum alloys have been identified as alternatives to ZAMAK 5:a primary alloy EN AC- 44300(AlSi12(Fe))and a secondary alloy EN AC-46100(AlSi11Cu2(Fe)).Preliminarily, Finite Element Method (FEM) simulations were performed to compare the mechanical performance of the aluminum and zinc alloy bases. The transition from Zamak5 material to aluminum alloys proved beneficial. Aluminum alloys demonstrated higher creep resistance than Zamak 5, weight reduction (42%) and dimensional stability. The aluminum alloy base exhibited minimal deflection at high temperatures, ensuring stable performance over time, while the zinc base showed greater deflection at the same temperature. Moreover, the corrosion resistance of metallic base components protected by three different surface treatments (anodizing, cataphoresis, and chromium (VI)-free passivation known as Surtec 650) was investigated.Microchemical analyses were carried out using a scanning electron microscope (SEM - EDX) to compare the corrosive behavior of zinc and aluminum alloy prototypes before and after specific automotive tests.Surtec 650 and cataphoresis treatments exhibited beneficial effects in corrosive environments, while anodizing showed less favorable corrosion protection for aluminum alloys.The research also considered the redesign of the protective antenna cover due to changes in material and metal base geometry. Two different types of PC-ABS polymer blends (Bayblend T65 XF/Cycoloy Resin)were compared with the reference material,PC/ABS Bayblend T85XF. The aim was to ensure resistance to high temperatures(105°C), hydrolysis and high-humidity environments.Mechanical and rheological characterization indicated that Cycoloy Resin proved to be the superior material for the specific application of protective covers for the RSFA antenna. The adoption of aluminum alloys, advanced protective treatments, and careful material selection for aesthetic components demonstrate the automotive industry's commitment to achieving superior performance, cost-effectiveness, and environmental responsibility by contributing to efforts to develop more efficient, sustainable, and reliable materials for component manufacturing.

Di recente, l'industria automobilistica ha posto maggiore attenzione alla sostituzione dei materiali di componenti originali con nuove formulazioni che garantiscono prestazioni più efficienti e una riduzione del peso dei prodotti, nell'ottica dell'ottimizzazione.Questa ricerca si allinea a questa tendenza concentrandosi sulla riduzione del peso dei componenti realizzati in pressofusione,in particolare nel contesto di sistemi di antenna per veicoli.L’antenna a tetto,la Radio Shark Fin Antenna(RSFA) prodotta da ASK Industries,è stato al centro di questa ricerca.L'azienda ha intrapreso uno sviluppo interno per riprogettare completamente l'antenna al fine di soddisfare le rigorose richieste dei costruttori di veicoli in termini di leggerezza, resistenza, prestazioni e riciclabilità.L'obiettivo era fornire un'antenna con le stesse dimensioni e prestazioni elettriche,sviluppando al contempo nuove tecnologie per produrre componenti utilizzando materiali leggeri e sostenibili.La base metallica dell'antenna realizzata in una lega di zinco, ha ricevuto notevole attenzione a causa del suo peso.Per superare i problemi di resistenza meccanica dipendente dalla temperatura e di peso, la ricerca ha investigato la sostituzione della lega di zinco(Zamak5)con leghe di alluminio.Due potenziali famiglie di leghe di alluminio sono state identificate come alternative alla ZAMAK 5:una lega primaria EN AC- 44300(AlSi12(Fe))e una lega secondaria EN AC-46100(AlSi11Cu2(Fe).Preliminarmente, sono state eseguite simulazioni tramite metodo degli elementi finiti(FEM)per confrontare le prestazioni meccaniche delle basi in lega di alluminio e zinco.La transizione dal materiale Zamak5 alle leghe di alluminio si è rivelata vantaggiosa. Le leghe di alluminio hanno dimostrato una maggiore resistenza allo scorrimento viscoso rispetto alla Zamak5,riduzione del peso (42%) e stabilità dimensionale.La base in lega di alluminio ha mostrato una deflessione minima ad alte temperature, garantendo prestazioni stabili nel tempo,mentre la base in zinco ha mostrato una deflessione maggiore alla stessa temperatura.Inoltre, è stata studiata la resistenza alla corrosione dei componenti di base metallica protetti da tre diversi trattamenti superficiali (anodizzazione, cataforesi e passivazione priva di cromo(VI) nota come Surtec 650).Sono state effettuate analisi microchimiche utilizzando un microscopio elettronico a scansione (SEM - EDX) per confrontare il comportamento corrosivo dei campioni di zinco e lega di alluminio prima e dopo specifici test automotive.Il Surtec 650 e la cataforesi hanno mostrato effetti benefici in ambienti corrosivi, mentre l'anodizzazione ha mostrato una protezione alla corrosione meno favorevole per le leghe di alluminio.La ricerca ha anche preso in considerazione il redesign della cover protettiva dell'antenna a causa dei cambiamenti di materiale e della geometria della base metallica. Sono stati confrontati due diversi tipi di blend polimerici in PC-ABS (Bayblend T65 XF/Cycoloy Resin)con il materiale di riferimento,PC/ABS Bayblend T85XF. L'obiettivo era garantire resistenza alle alte temperature(105°C), all'idrolisi e agli ambienti ad alta umidità.Dall'analisi meccanica e reologica è emerso che la resina Cycoloy si è dimostrata il materiale migliore per l'applicazione specifica delle coperture protettive per l'antenna RSFA.L'adozione di leghe di alluminio, trattamenti protettivi avanzati e una selezione attenta di materiali per componenti estetici dimostrano l'impegno dell'industria automobilistica nel conseguire prestazioni superiori, convenienza economica e responsabilità ambientale contribuendo agli sforzi per sviluppare materiali più efficienti, sostenibili e affidabili per la produzione di componenti.