La realizzazione di prodotti di nano-materiali avanzati

14th August 2017
Posted By : Enaie Azambuja
La realizzazione di prodotti di nano-materiali avanzati

 

Le nanotecnologie e i nanomateriali stanno già cambiando molti prodotti, e si prevede che il mercato potrebbe crescere fino a un valore stimato di 2,6 bilioni di dollari americani. Con questa crescita dipendente dalla fabbricazione migliorata nel volume dei microcomponenti, il progetto FAST, finanziato dall’UE, indica la strada da percorrere?

Negli ultimi dieci anni si è assistito ad una marcata miniaturizzazione sia dei componenti di fabbricazione che delle apparecchiature associate, con scale tipicamente comprese tra la miniatura (< 50,0 mm), il microscopico (<1,0 mm) e perfino il submicroscopico (0,1 a 1,0 mm).

Tuttavia, le tecniche di fabbricazione, lavorazione e modellazione tradizionali limitano la gamma di materiali che possono essere elaborati, impedendo l’introduzione di nuovi strumenti, nuovi componenti e in ultima analisi, prodotti per il mercato.

Il progetto MICRO-FAST, finanziato dall’UE, ha voluto far fronte a questa sfida sviluppando una tecnologia di produzione completamente nuova per la produzione in volume di componenti di alta qualità, con forme nette e di dimensioni microscopiche utilizzando una vasta gamma di materiali in polvere (leghe metalliche, compositi, ceramiche e polimeri), a basso costo.

Dopo aver capito che non era praticamente possibile semplicemente ridimensionare la tecnica di sinterizzazione preesistente nota come FAST (Field Assisted Sintering Technique), il team di MICRO-FAST ha sviluppato con successo una procedura per micro componenti completamente nuova per la micro-scala (<5,0 mm).

Gli utensili di micro-modellazione hanno subito un trattamento superficiale avanzato e sono state sviluppate tecniche per applicazioni ad alta temperatura. Il team ha sviluppato metallo nanostrutturato e polveri ceramiche, che rispetto alle tecniche tradizionali, offrivano migliori qualità e proprietà per pezzi sfusi.

Come spiega il leader del progetto, il professor Yi Qin, “la sinterizzazione di un micro-componente sfuso dalla polvere, è stato ottenuto con la tecnica FAST, applicando contemporaneamente una pressione ed una corrente elettrica controllata attraverso una matrice riempita con polvere.”

La corrente elettrica attraverso le particelle di polvere ha portato a una maggiore elettro-plasticità, consentendo sia forme più complesse che una migliore densità di componenti, senza la necessità di applicare un’elevata temperatura per un lungo periodo.

Applicando le Valutazioni del ciclo di vita, gli studiosi di MICRO-FAST hanno scoperto di essersi avvicinati alla densità completa per i componenti sinterizzati, con oltre il 98 % per il titanio e la polvere di acciaio, e quasi il 96 % per la ceramica.

Sono state anche osservate emissioni ridotte, in gran parte a causa dell’uso di nuove polveri ‘pronte per essere pressate’ che non avevano bisogno dell’aggiunta di leganti o solventi. Il progetto ha inoltre riscontrato che rispetto ai sistemi tradizionali di sinterizzazione, grazie a meno fasi di produzione e alla natura integrata del sistema, il consumo energetico è stato ridotto del 20-30%.

Il raggiungimento di temperature di sinterizzazione inferiori di circa il 20% rispetto ai processi convenzionali, abbinato al riscaldamento e al raffreddamento veloci, permetteva di ridurre i cicli di produzione, aumentando ulteriormente il risparmio energetico.

Sembra inoltre che possano essere realizzati risparmi nel costo complessivo. Come sottolinea il prof. Prof Yi Qin, “MICRO-FAST consente una produzione in un’unica fase, evitando il lungo processo di miscelazione del legante ed eliminazione del legante delle attuali tecniche di produzione metallurgiche di polvere a catena lunga, e questo incide positivamente sul costo globale.”

È inoltre previsto che oltre ai guadagni economici diretti, le PMI partecipanti coinvolte nella costruzione delle macchine, nella produzione di strumenti e nella fabbricazione di polveri potrebbero vedere un aumento di circa il 10% del loro fatturato annuo, nei tre anni dopo la conclusione del progetto.

Il fatto che sia il primo sistema di produzione di questo tipo disponibile significa che la tecnologia di MICRO-FAST genererà un notevole interesse. Come riassume il Prof. Yi Qin, “una singola piattaforma di produzione presenta evidenti vantaggi in termini di costo, tempo di produzione e riduzione del lavoro manuale; inoltre, l’impatto ambientale sarà ridotto costantemente.”

A ciò si aggiunge il fatto che, più polveri di alta qualità sviluppate durante il progetto, permetteranno processi di sinterizzazione con un migliore controllo del processo (minore usura degli utensili, resa più elevata, riduzione delle emissioni) e una migliore qualità del prodotto (controllo delle dimensioni e una finitura della superficie migliorata).

Infine, la possibilità di utilizzare materiali difficili da tagliare e da modellare per la produzione di micro-componenti innovativi e di alta qualità, come ad esempio quelli con proprietà magnetiche o di biocompatibilità, rappresenterà una grande risorsa per i settori produttivi dell’UE che cercano di acquisire una competitività tecnologica e commerciale.


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