Nuova capacità MultiScale di Plastometrex per la caratterizzazione meccanica ad alta risoluzione
Plastometrex ha presentato la nuova capacità MultiScale, pensata per colmare un vuoto significativo nelle prove meccaniche tradizionali: la possibilità di misurare in modo diretto, non distruttivo e ad alta risoluzione le proprietà meccaniche di componenti sottili, saldati o caratterizzati da geometrie complesse, dove i metodi convenzionali spesso non sono applicabili o richiedono una pesante preparazione del campione.
Che cos’è MultiScale e quale problema risolve
MultiScale è un’estensione funzionale della piattaforma PLX-Benchtop di Plastometrex che consente di eseguire prove meccaniche localizzate su spessori minimi dell’ordine di 0,75 mm, mantenendo una buona accuratezza sui parametri chiave come snervamento e resistenza ultima a trazione. L’obiettivo è permettere test diretti sul componente finito, evitando la sezionatura distruttiva e offrendo mappe ad alta risoluzione delle proprietà attraverso zone critiche come giunti di saldatura, transizioni di spessore, cambi di processo o geometrie difficili da campionare con provini standard.
MultiScale sfrutta una spaziatura tra le indentazioni dell’ordine di 1,5 mm, così da costruire una vera e propria “mappa” delle proprietà meccaniche lungo il componente. Questo approccio aiuta i progettisti a identificare variazioni locali dovute alla storia termica, alle condizioni di saldatura, ai parametri di stampa additiva o a trattamenti successivi, che spesso non emergono dalle tradizionali prove di trazione eseguite su provini separati.
Tecnologia PIP alla base di MultiScale
Il cuore tecnologico della soluzione è la Profilometry‑based Indentation Plastometry (PIP), la stessa metodologia che Plastometrex ha contribuito a standardizzare con ASTM International attraverso lo standard E3499‑25.
La PIP combina:
- un indentatore (normalmente sferico) che applica un carico controllato sul materiale;
- un profilometro che rileva in modo dettagliato il profilo residuo dell’impronta;
- un algoritmo di analisi agli elementi finiti inverso, che ricava dalle misure la curva sforzo‑deformazione completa del materiale.
Rispetto all’analisi basata solo sulla curva carico‑spostamento, l’uso del profilo residuo aumenta la sensibilità ai meccanismi plastici, consentendo di ottenere dati comparabili alle prove di trazione ASTM con un consumo di materiale molto inferiore e, in molti casi, direttamente sul componente. Questa capacità è particolarmente interessante per la manifattura additiva metallica, dove la variabilità locale è significativa e i costi di provini dedicati sono elevati.
PLX‑Benchtop: piattaforma di prova non distruttiva compatta e rapida
MultiScale è disponibile per tutti gli utenti della macchina PLX‑Benchtop tramite il programma di abbonamento CORSICA+, che abilita nuove funzionalità software e aggiornamenti della piattaforma. PLX‑Benchtop è un sistema da banco compatto, pensato per test non distruttivi rapidi (tipicamente un test automatizzato di circa cinque minuti) che restituiscono parametri come carico di snervamento e resistenza ultima a trazione a partire da misure di indentazione.
Nella configurazione standard, PLX‑Benchtop utilizza un indentatore da 1000 µm. Con l’aggiunta della capacità MultiScale, la gamma di indentatori si amplia includendo punte da 250 µm e 500 µm, così da poter catturare il comportamento meccanico a scale diverse:
- scala “macro”, utile per un confronto diretto con le prove di trazione;
- scala intermedia, per osservare gradienti di proprietà lungo saldature o zone trattate;
- scala più fine, per studiare pareti sottili, dettagli geometrici o micro‑zone critiche.
La facilità d’uso e l’ingombro ridotto rendono la piattaforma adatta sia a laboratori centrali di caratterizzazione, sia a contesti produttivi o micro‑fabbriche, dove è necessario ottenere velocemente dati meccanici per supportare decisioni operative e controlli qualità in linea.
Dichiarazioni di Plastometrex e casi d’uso industriali
Il CTO di Plastometrex, Dr Jimmy Campbell, ha spiegato che la nuova capacità MultiScale nasce direttamente dalle esigenze degli utenti, molti dei quali lavorano con parti troppo sottili o troppo complesse per le prove meccaniche convenzionali. L’idea è “rendere testabile l’intestabile”, permettendo di ottenere dati di proprietà affidabili ovunque servano sul componente, senza ricorrere a processi distruttivi e costosi di preparazione del campione.
Secondo il CCO Dr Mike Coto, MultiScale offre agli ingegneri la possibilità di zoomare sui dettagli che governano il comportamento globale di un componente, supportando decisioni più informate in fase di progettazione e di processo. Ciò si traduce in una maggiore capacità di intervenire sui parametri di stampa, sulla procedura di saldatura o sui margini di sicurezza progettuali, mantenendo l’integrità strutturale ma riducendo il ricorso a fattori di sicurezza eccessivamente conservativi.
Plastometrex sottolinea come la PIP e i sistemi PLX trovino applicazione in diversi contesti:
- caratterizzazione rapida di componenti per manifattura additiva metallica;
- qualifiche di processo e audit in settori regolati come aerospazio ed energia;
- controlli qualità non distruttivi in campo, grazie alle varianti portatili della piattaforma.
Applicazione MultiScale su componenti NASA per l’additive manufacturing
Un caso emblematico dell’uso della capacità MultiScale è quello di NASA, che ha impiegato la tecnologia di Plastometrex per caratterizzare le variazioni locali di proprietà meccaniche all’interno di componenti destinati allo spazio, prodotti tramite manifattura additiva.
Utilizzando mappe di risposta sforzo‑deformazione ottenute direttamente sul componente, è stato possibile mettere in relazione in modo più stretto il processo (parametri di stampa, condizioni termiche, trattamenti) con la microstruttura e con le proprietà finali. In uno dei casi riportati, la resistenza allo snervamento è risultata diminuire di circa il 15% al ridursi dello spessore di parete, una tendenza che potrebbe non emergere con prove di trazione effettuate su provini ideali e non rappresentativi delle zone più sottili del pezzo reale.
Queste informazioni hanno consentito di ottimizzare il processo produttivo e di ridurre fattori di sicurezza eccessivamente prudenziali, mantenendo comunque i requisiti strutturali richiesti per l’impiego in ambiente spaziale. In questo modo, MultiScale permette di sfruttare in modo più efficiente il potenziale della manifattura additiva, limitando sovra‑progettazioni e riducendo peso e costi laddove i dati reali lo giustificano.
Integrazione con lo standard ASTM E3499‑25 e implicazioni per l’industria
Il lancio di MultiScale si inserisce in un percorso più ampio con cui Plastometrex ha spinto la riconoscibilità industriale della PIP. L’azienda ha infatti guidato lo sviluppo del nuovo standard ASTM E3499‑25, che definisce una procedura formalizzata per eseguire prove di Profilometry‑based Indentation Plastometry su metalli, offrendo un quadro di riferimento condiviso per laboratori, OEM e fornitori.
Lo standard E3499‑25 copre l’intero portafoglio di sistemi Plastometrex (PLX‑Benchtop, PLX‑HotStage per prove ad alta temperatura e PLX‑Portable per test in campo) e rende i dati PIP più facilmente accettabili nei contesti di audit qualità, qualifiche di processo e certificazioni. Con un riferimento ASTM chiaro, le aziende possono integrare più agevolmente la PIP nei flussi di controllo, ridurre il numero di provini distruttivi e standardizzare la raccolta di dati meccanici lungo la supply chain.
Per chi opera nella manifattura additiva, la combinazione tra standardizzazione PIP e capacità MultiScale offre la possibilità di:
- monitorare la variabilità intrinseca del processo direttamente sulle parti;
- documentare in modo tracciabile le proprietà meccaniche locali;
- costruire modelli e margini di progetto basati su dati reali, anziché su assunzioni conservative.
Prospettive di utilizzo in AM, saldatura e settori regolati
La capacità MultiScale, grazie alle diverse dimensioni di indentatore e alla spaziatura ridotta, si presta a essere adottata in più contesti applicativi:
- manifattura additiva metallica: caratterizzazione di pareti sottili, regioni di transizione, strutture reticolari accessibili e zone sottoposte a diverse strategie di scansione o trattamenti termici;
- giunti saldati e riparazioni: valutazione del gradiente di proprietà tra materiale base, zona termicamente alterata e metallo d’apporto, con la possibilità di correlare parametri di processo e risultati meccanici;
- aerospace, energia e difesa: raccolta di dati per qualifiche di componenti critici e per la riduzione dei margini di sicurezza dove i dati locali lo permettono, mantenendo al contempo il rispetto degli standard e delle certificazioni.
In prospettiva, soluzioni come MultiScale possono favorire una transizione da strategie di controllo qualità basate quasi esclusivamente su prove distruttive, a un modello ibrido in cui prove locali non distruttive, dati digitali e modelli numerici concorrono a costruire un gemello digitale più aderente al comportamento reale del componente.
