Nuove alternative nella costruzione di auto e aerei: Tecniche innovative permettono la giunzione senza adesivi tra legno e metallo
I ricercatori della Graz University of Technology, guidati da Sergio Amancio, hanno sviluppato nuove tecniche di giunzione e produzione additiva che consentono di unire in modo estremamente robusto il legno, una risorsa rinnovabile, con metalli e compositi polimerici, senza l’uso di adesivi o viti. Queste tecnologie, che potrebbero rivoluzionare l’industria automobilistica, aeronautica e dell’arredamento, sono attualmente in attesa di brevetto.
Sostenibilità e innovazione nelle tecniche di giunzione
Il legno, essendo un materiale rinnovabile, leggero e resistente, offre vantaggi significativi rispetto a materiali meno sostenibili come metalli e compositi polimerici tradizionali. Tuttavia, una delle sfide principali è sempre stata quella di ottenere giunzioni robuste tra il legno e altri materiali utilizzati nei veicoli. Grazie alle nuove tecniche sviluppate dal team di Graz, questa sfida è stata superata. Le tecnologie testate utilizzano legno di faggio, quercia, poliammide rinforzata con fibra di carbonio, solfuro di polifenilene, acciaio inossidabile 316L e leghe Ti-64.
AddJoining: La stampa 3D per la giunzione attraverso i pori del legno
La tecnica AddJoining prevede l’utilizzo della stampa 3D per affissare e stampare direttamente un componente in materiale composito polimerico sulla superficie del legno. Il materiale stampato penetra nei pori del legno, dove avviene una reazione chimica simile a quella della colla con il legno, creando connessioni estremamente resistenti. “Dopo la frattura della giunzione, siamo riusciti a trovare polimero nei pori del legno e fibre di legno rotte nel polimero, il che suggerisce che la frattura è avvenuta nel legno e nel polimero, ma non nella giunzione stessa”, spiega Gean Marcatto, ricercatore postdoc presso l’istituto. Questo risultato dimostra la robustezza del legame creato con questa tecnica.
Questi test di successo sono stati eseguiti su legno non trattato. Per ottenere giunzioni ancora più durature, si potrebbero introdurre strutture micro o nano sulla superficie del legno mediante texturizzazione laser o incisione, aumentando così la superficie di adesione. Tuttavia, l’obiettivo del team era lavorare con il minor numero possibile di passaggi e, soprattutto, senza l’uso di prodotti chimici. “Possiamo utilizzare questa tecnologia particolarmente bene con geometrie 3D complesse, poiché i componenti vengono stampati direttamente sulla superficie nella forma desiderata”, aggiunge Sergio Amancio.
Giunzione ultrasonica: Una giunzione stabile e localizzata
Nella tecnica di giunzione ultrasonica, una vibrazione ad alta frequenza e bassa ampiezza viene applicata al componente in legno utilizzando un sonotrodo. Quando il legno entra in contatto con il componente base, che può essere un polimero o un materiale composito polimerico, l’attrito genera calore all’interfaccia, fondendo la superficie del polimero. Il polimero fuso penetra nella superficie porosa del legno, creando una giunzione stabile grazie a un mix di incastro meccanico e forze di adesione. Questa tecnica è particolarmente adatta per componenti di grandi dimensioni e strutture 2D, dove si richiede una giunzione localizzata e precisa. “Questa tecnica è particolarmente adatta per grandi componenti e strutture 2D poiché otteniamo una giunzione localizzata e precisa”, spiega Awais Awan, che ha dedicato la sua tesi di dottorato alla tecnologia di giunzione utilizzando l’energia ultrasonica. Anche queste giunzioni sono state sottoposte a test meccanici con grande successo.
Prospettive future
Il team di ricerca intende collaborare con partner dell’industria automobilistica, aeronautica e dell’arredamento per perfezionare ulteriormente queste tecnologie. L’obiettivo è rendere queste tecniche applicabili su scala industriale, favorendo l’uso del legno come alternativa sostenibile ai materiali tradizionali.
Questa area di ricerca è parte integrante del campo di competenza Advanced Materials Science, una delle cinque aree strategiche della Graz University of Technology.
