Un consorzio europeo per i materiali leggeri e sostenibili
Nel maggio 2025 ha preso ufficialmente avvio il progetto europeo Bio.3DGREEN, coordinato dal Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) con sede ad Hannover, in Germania. Il consorzio riunisce 14 partner provenienti da nove paesi tra Europa e Regno Unito, con competenze che spaziano dalla scienza dei materiali all’ingegneria laser, dall’intelligenza artificiale alla standardizzazione industriale. Tra i partner figurano: la Universidad Complutense de Madrid (Spagna), Atomising Systems Limited (Regno Unito), il Panepistimio Patron (Università di Patrasso, Grecia), Engitec Systems International Ltd (Cipro), MEAB Chemie Technik GmbH (Germania), DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (Germania), Ylisense PC IKE (Grecia), Tenneco Automotive Europe BVBA (Belgio), Centro Ricerche FIAT SCPA (Italia), PROZERO International APS (Danimarca), Stratagem Energy Ltd (Cipro), Neuraltech IKE (Grecia) e Alpes Lasers SA (Svizzera). La partecipazione del Centro Ricerche FIAT SCPA segnala il diretto interesse del settore automotive italiano verso questa tecnologia.
Il progetto è finanziato nell’ambito di Horizon Europe, il programma quadro dell’Unione Europea per la ricerca e l’innovazione, con una durata prevista dal maggio 2025 all’ottobre 2028, per un totale di circa tre anni e mezzo di attività.
L’ispirazione dalla natura: strutture porose per assorbire energia
Il punto di partenza scientifico di Bio.3DGREEN è il principio biomimetico, ossia l’imitazione di strutture che esistono in natura. Molti organismi viventi — dall’osso umano alle spugne marine — presentano geometrie interne porose e spugnose che consentono di assorbire urti, attenuare le vibrazioni e ridurre il rumore, tutto ciò con masse molto contenute. Questo tipo di architettura funzionale è noto in ambito ingegneristico come struttura NVH (Noise, Vibration and Harshness) e rappresenta una delle principali sfide progettuali nei settori automotive, aerospaziale e navale.
Attualmente, i materiali utilizzati per queste applicazioni sono in larga parte derivati da fonti fossili: gomme sintetiche, resine ingegneristiche, schiume poliuretaniche. Bio.3DGREEN punta a sostituire questi materiali con componenti a base di grafene prodotti partendo da materie prime rinnovabili, in particolare dall’olio vegetale. Il processo è concepito per essere carbon-positive, cioè in grado di avere un bilancio netto positivo sul carbonio durante la produzione.
La pasta a base biologica e il processo laser
Il materiale di partenza sviluppato nell’ambito del progetto è una pasta composta da componenti derivati dall’olio vegetale e da polvere metallica rivestita di nichel. Questa pasta viene processata attraverso un sistema di manifattura additiva basato su laser. Durante l’irradiazione laser, la pasta subisce una trasformazione chimica e strutturale che porta alla formazione di strutture tridimensionali aperte e porose, ovvero le schiume di grafene. Nella fase successiva del processo, la polvere metallica viene estratta dal componente e recuperata per essere riutilizzata in cicli produttivi successivi, riducendo al minimo lo spreco di materiale.
Il risultato finale è una struttura di grafene con celle aperte, geometria personalizzabile e proprietà meccaniche definite in funzione dell’applicazione. La possibilità di costruire queste architetture strato per strato tramite stampa 3D consente una libertà di forma che i processi tradizionali di schiumatura non sono in grado di offrire.
Le sfide tecnologiche del Laser Zentrum Hannover
Per il Laser Zentrum Hannover, ente capofila e coordinatore scientifico, le difficoltà principali riguardano la messa a punto del processo produttivo. Poiché questo sistema di materiali non era mai stato impiegato prima nella manifattura additiva, il laboratorio deve sviluppare sia un sistema di alimentazione adatto alla pasta, sia i parametri di processo ottimali. Uno degli aspetti più delicati è la selezione della lunghezza d’onda laser più adatta a controllare con precisione la conversione del materiale durante la stampa.
Alpes Lasers SA, partner svizzero del consorzio, è specificamente incaricata di sviluppare un laser a cascata quantistica ad alta potenza su misura per questa applicazione. Neuraltech IKE contribuisce con soluzioni di intelligenza artificiale e machine learning per ottimizzare i parametri di processo e le geometrie dei componenti in grafene stampati in 3D. DIN Deutsches Institut für Normung e.V. si occupa delle attività di standardizzazione, con l’obiettivo di identificare le lacune normative esistenti e avviare la definizione di standard europei o internazionali per questa classe di materiali.
Le applicazioni target: automotive, aerospazio e navigazione
Il progetto punta a dimostrare la validità dei componenti in schiuma di grafene bio-basata in quattro settori industriali concreti. Il principale è l’automotive: i componenti potrebbero trovare impiego nei sistemi di sospensione e nei pannelli di isolamento acustico. Nel settore aerospaziale, le schiume di grafene sono interessanti per la loro combinazione di leggerezza e capacità di assorbimento di energia in condizioni estreme. Nel settore navale, l’obiettivo è ridurre il rumore a bordo delle imbarcazioni, una sfida tecnica rilevante soprattutto per le navi passeggeri e per le unità militari. La presenza di Tenneco Automotive Europe BVBA, Centro Ricerche FIAT SCPA e PROZERO International APS conferma che il progetto ha fin dall’inizio un orientamento applicativo preciso, non solo sperimentale.
L’obiettivo finale in termini di livello di maturità tecnologica è il TRL 6, ovvero la dimostrazione di un prototipo di sistema in ambiente operativo reale.
Valutazione ambientale ed economica integrata nel progetto
Parallelamente allo sviluppo del processo, Bio.3DGREEN include sin dall’inizio un’analisi sistematica della sostenibilità. I partner sono incaricati di condurre Analisi del Ciclo di Vita (LCA) e Valutazioni dei Costi del Ciclo di Vita (LCC) per misurare l’impatto ambientale e la competitività economica della tecnologia rispetto ai materiali convenzionali. Questo approccio consente di verificare in anticipo se la soluzione è trasferibile all’industria non solo sul piano tecnico, ma anche in termini di costo e sostenibilità a lungo termine. L’integrazione nelle catene produttive circolari europee è uno degli obiettivi espliciti del progetto, in linea con le politiche industriali dell’Unione Europea.
