UC3M coordina un progetto internazionale sulla stampa 3D nei settori dei trasporti e della sicurezza
Gli scienziati del progetto DIAGONAL, coordinato dall’Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) e composto da dieci università e centri di ricerca europei e americani, stanno sviluppando una nuova generazione di materiali funzionalmente graduati, che sono quelli generalmente costituiti da diversi componenti (metalli , ceramiche, polimeri, ecc.) miscelati mediante stampanti 3D. Questo tipo di tecnologia, con applicazioni nel settore del trasporto aereo e della sicurezza, consentirà di ottenere materiali più efficienti, sostenibili e meno costosi.
Le strutture funzionalmente graduate sono costituite da uno o più materiali che vengono combinati utilizzando tecniche di produzione additiva (come la stampa 3D) in proporzioni che variano a seconda dello spazio. A differenza dei materiali compositi (leghe costituite da una matrice e un rinforzo), in ogni punto o zona la struttura funzionalmente graduata presenta proprietà diverse. “L’obiettivo è fare in modo che queste strutture ottimizzino le loro proprietà meccaniche. Ad esempio, un materiale può essere progettato in modo che in una certa area possieda proprietà migliori per supportare un certo carico meccanico, perché quella zona è dove dovrà supportare un maggiore quantità di peso o resistere a un impatto”, spiega Guadalupe Vadillo, responsabile del progetto presso UC3M e ricercatore presso il Dipartimento di meccanica del continuo e analisi strutturale dell’università.
I materiali funzionalmente graduati sono in grado di sopportare grandi aumenti termici, il che li rende particolarmente adatti per la costruzione di una fusoliera di un aereo o per i diversi componenti di un motore (sia aereo che razzo). Inoltre, possono inibire la propagazione di crepe e fessure. Questa proprietà li rende utili nelle applicazioni di difesa, come lo sviluppo di materiali più resistenti agli impatti ad alta velocità al fine di migliorare le prestazioni delle strutture protettive, secondo i ricercatori. L’interesse per i materiali funzionalmente graduati sta crescendo anche nelle applicazioni biomediche, come gli impianti ossei realizzati con questi materiali che raggiungono un comportamento meccanico ottimale con la biocompatibilità ossea desiderata. “Questi tipi di materiali, per le loro caratteristiche, stanno per portare una rivoluzione nel campo dell’ingegneria strutturale. Otterremo materiali più efficienti, sostenibili ed economici, perché tendono a ridurre al minimo i costi e i tempi di produzione (eliminando il materiale in eccesso) e consentono la personalizzazione delle proprietà meccaniche per applicazioni specifiche”, ha sottolineato Guadalupe Vadillo.
I ricercatori di UC3M si concentreranno sulla modellazione del comportamento di questi materiali; in particolare, nello sviluppo dell’aspetto computazionale che ha a che fare con le simulazioni numeriche. Questo servirà da base in modo che altri partner del progetto possano successivamente utilizzare questi dati per sviluppare e ottimizzare questi materiali.
Ora ci sono stampanti 3D in grado di stampare non solo materiali polimerici e metallici, ma anche ceramiche. Quando si tratta di combinare diversi materiali nella stessa struttura, come indagato in questo progetto, la sfida principale riguarda come ottimizzare le proprietà di questi compositi combinando le migliori caratteristiche di ciascun materiale. L’obiettivo è variare spazialmente le proprietà meccaniche in modo tale che la risposta della struttura a una data applicazione industriale possa essere personalizzata.
DIAGONAL (Ductility and Fracture Toughness analysis of functionally graded materials) è un progetto Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) Staff Exchanges (SE) coordinato da UC3M (GA 101086342) che si svolgerà dal 2023 al 2027. Coinvolge dieci università e centri di ricerca : quattro istituzioni europee beneficiarie (UC3M e Universidad de Sevilla, in Spagna; l’Institute of Fundamental Technological Research, in Polonia; e la IMT School for Advanced Studies Lucca, in Italia) insieme a sei istituzioni partner: quattro degli Stati Uniti (University della Florida, Northwestern University, Texas A&M University, University of Minnesota Twin Cities), uno dall’Australia (Monash University) e uno dal Brasile (Universidade Federal de Santa Maria).I progetti MSCA-SE mirano a creare reti per promuovere lo scambio di conoscenze tra diverse università e centri di ricerca a livello internazionale favorendo la mobilità dei suoi membri attraverso soggiorni di ricerca e attività di divulgazione (conferenze e simposi scientifici, corsi, seminari, ecc. ).
