Svolge attività di ricerca applicata nell’ambito della scienza e tecnologia dei materiali, con una focalizzazione speciale sui materiali ceramici porosi. Questi innovativi materiali vengono prodotti tramite l’utilizzo di avanzate tecniche di Additive Manufacturing per creare strutture innovative e su misura, che trovano impiego in settori cruciali come l'energia, la chimica e i trasporti. Questi materiali migliorano le prestazioni e l'efficienza, rispondendo alle sfide attuali e plasmando il futuro di queste industrie strategiche.
Laboratorio materiali ibridi - MEMTi
Laboratorio di
Materiali ibridi
La ricerca è orientata allo sviluppo, alla caratterizzazione e allo studio delle relazioni tra i processi di produzione e le caratteristiche finali di materiali innovativi di interesse tecnologico, che vengono studiati nell’ambito dei numerosi progetti di ricerca che il Laboratorio conduce in collaborazione con aziende e istituzioni sia in Svizzera che all’estero.
La principale attività di ricerca riguarda lo studio di nuovi approcci di Additive Manufacturing per la produzione di oggetti ceramici ad elevata complessità geometrica, tramite tecniche di stampa 3D di vario genere. Tali componenti vengono progettati con metodi avanzati di design, simulati tramite l’utilizzo di calcolatori numerici, fabbricati ed infine caratterizzati sperimentalmente con l’utilizzo di varie apparecchiature.
Il Laboratorio è inoltre attivo nella formulazione di compositi a matrice polimerica e ceramica.
La principale attività di ricerca riguarda lo studio di nuovi approcci di Additive Manufacturing per la produzione di oggetti ceramici ad elevata complessità geometrica, tramite tecniche di stampa 3D di vario genere. Tali componenti vengono progettati con metodi avanzati di design, simulati tramite l’utilizzo di calcolatori numerici, fabbricati ed infine caratterizzati sperimentalmente con l’utilizzo di varie apparecchiature.
Il Laboratorio è inoltre attivo nella formulazione di compositi a matrice polimerica e ceramica.
Le competenze presenti all’interno del Laboratorio riguardano principalmente i materiali compositi a matrice ceramica e polimerica, le schiume e i lattici ceramici, lo studio della microstruttura, la caratterizzazione dei materiali, l’innovazione dei processi di produzione e lo sviluppo di materiali per applicazioni in ambito energetico e chimico.
Il Laboratorio si avvale di numerosi strumenti per la preparazione e la caratterizzazione dei nuovi materiali e parallelamente all’attività sperimentale svolge attività di modellazione e simulazione con lo scopo di approfondire la conoscenza teorica di particolari processi o delle caratteristiche dei materiali in esame.
Il Laboratorio si avvale di numerosi strumenti per la preparazione e la caratterizzazione dei nuovi materiali e parallelamente all’attività sperimentale svolge attività di modellazione e simulazione con lo scopo di approfondire la conoscenza teorica di particolari processi o delle caratteristiche dei materiali in esame.
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Materiali compositi a matrice ceramica e polimerica
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Caratterizzazione dei materiali
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Schiume e lattici ceramici
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Innovazione dei processi di produzione
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Studio della microstruttura
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Sviluppo di materiali per applicazioni in ambito energetico e chimico
Il Laboratorio si avvale di numerosi strumenti per la preparazione e la caratterizzazione dei nuovi materiali e parallelamente all’attività sperimentale svolge attività di modellazione e simulazione con lo scopo di approfondire la conoscenza teorica di particolari processi o delle caratteristiche dei materiali in esame.
Progettazione, preparazione e caratterizzazione di nuovi materiali ceramici e compositi.
La principale attività del laboratorio riguarda la produzione di materiali ceramici ad elevata complessità geometrica, tramite varie tecniche di stampa 3D.
Stampa stereolitografica (SLA)
Fusione a letto di polvere con laser (LPBF)
Binder Jetting (BJ)
Stampa a fusione di filamento (FFF)
La principale attività del laboratorio riguarda la produzione di materiali ceramici ad elevata complessità geometrica, tramite varie tecniche di stampa 3D.
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Stampa stereolitografica (SLA)
Tecnica di produzione additiva che consente di creare oggetti tridimensionali a partire da dati digitali elaborati con un software CAD. Utilizza resine fotosensibili che vengono solidificate tramite una sorgente di luce UV, permettendo la realizzazione di modelli precisi e dettagliati.
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Fusione a letto di polvere con laser (LPBF)
Tecnologia di produzione additiva che utilizza un raggio laser per sinterizzare particelle di polvere, che possono essere a base polimerica o composita. Il laser fonde selettivamente le particelle strato per strato, creando oggetti tridimensionali senza bisogno di supporti.
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Binder Jetting (BJ)
Tecnologia di stampa 3D che impiega un letto di polveri, le quali vengono legate strato per strato tramite un legante (binder) depositato da una testina a getto d'inchiostro. Il processo, ripetuto fino a formare l'oggetto completo, permette la creazione di strutture tridimensionali a partire da un file CAD.
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Stampa a fusione di filamento (FFF)
tecnica di stampa 3D in cui un filamento di materiale termoplastico viene fuso e depositato strato per strato per costruire un oggetto. Un software CAD genera il modello digitale, che viene quindi stampato utilizzando una testina di estrusione che deposita il materiale fuso secondo il percorso prestabilito.
Il design di architetture complesse viene realizzato attraverso codici numerici appositamente costruiti negli anni ed in continuo sviluppo, con i quali è possibile generare materiali porosi idonei per la stampa 3D ed eseguire ottimizzazioni topologiche per la creazione di componenti ceramici ad elevate prestazioni.
Design computazionale e ottimizzazione topologica di architetture complesse per la stampa 3D.
Le competenze tecnico/scientifiche presenti nel Laboratorio di Materiali Ibridi lo rendono operativo nei campi della scienza e tecnologia dei materiali, della progettazione computazionale, della chimica e dell’energia.
In particolare, il Laboratorio si occupa di:
- design computazionale e simulazione di geometrie complesse
- scienza e tecnologia dei materiali
- stampa 3D di ceramiche avanzate
- trattamenti termici e infiltrazioni
- rivestimenti catalitici
- caratterizzazione dei materiali
- scambio termico resistivo, elettrificato e microonde
- ossidazione
- catalisi
- intensificazione di processo
Strutture cellulari di carbonio stampate 3D per un sistema termochimico di stoccaggio di calore stagionale
- Sviluppo e caratterizzazione di schiume e lattici ceramici, fabbricati attraverso tecniche di produzione additiva come la stampa 3D, per la realizzazione di bruciatori porosi, supporti catalitici, radiatori, assorbitori solari, catalizzatori, filtri aria/acqua e scambiatori di calore.
- Sviluppo e caratterizzazione di materiali ceramici densificati tramite tecniche di infiltrazione con precursori ceramici e leghe reattive per applicazioni ad alta temperatura.
- Sviluppo e caratterizzazione di materiali compositi a matrice ceramica per applicazioni aerospaziali e ad alta temperatura.
- Sviluppo e caratterizzazione di materiali compositi a matrice polimerica per applicazioni in campo elettrico.
- Design computazionale di componenti complessi per lo studio e l’ottimizzazione del loro comportamento termico, elettrico, fluidodinamico e meccanico.
Supporti catalitici ceramici con architettura complessa stampati 3d e sinterizzati.
Design computazionale e ottimizzazione topologica di architetture complesse per la stampa 3D.
Il design di architetture complesse viene realizzato attraverso codici numerici appositamente costruiti negli anni ed in continuo sviluppo, con i quali è possibile generare materiali porosi idonei per la stampa 3D ed eseguire ottimizzazioni topologiche per la creazione di componenti ceramici ad elevate prestazioni.
Le principali attività di ricerca attualmente presso il Laboratorio comprendono:
Le principali attività di ricerca attualmente presso il Laboratorio comprendono:
- Sviluppo e caratterizzazione di schiume e lattici ceramici, fabbricati attraverso tecniche di produzione additiva come la stampa 3D, per la realizzazione di bruciatori porosi, supporti catalitici, radiatori, assorbitori solari, catalizzatori, filtri aria/acqua e scambiatori di calore.
- Sviluppo e caratterizzazione di materiali ceramici densificati tramite tecniche di infiltrazione con precursori ceramici e leghe reattive per applicazioni ad alta temperatura.
- Sviluppo e caratterizzazione di materiali compositi a matrice ceramica per applicazioni aerospaziali e ad alta temperatura.
- Sviluppo e caratterizzazione di materiali compositi a matrice polimerica per applicazioni in campo elettrico.
- Design computazionale di componenti complessi per lo studio e l’ottimizzazione del loro comportamento termico, elettrico, fluidodinamico e meccanico.
Il Laboratorio si avvale di numerosi strumenti per la preparazione e la caratterizzazione dei nuovi materiali, tra cui miscelatori, polverizzatori, presse, troncatrici, viscosimetri, microscopi, dilatometro, forno di deceratura Nabertherm (fino a 1000°C), forno di sinterizzazione Nabertherm (fino a 1800°C), forno di pirolisi KEOS (fino a 1000°C), forno ad alta temperatura in grafite XERION (fino a 2200°C), termogravimetro, calorimetro, porosimetro a mercurio, picnometro ad elio, picnometro a polvere, apparati da laboratorio per test di scambio termico ad alta temperatura (fino a 1500°C), caduta di pressione, ossidazione e invecchiamento in diversi ambienti e condizioni, impianto per la valutazione dell’attività catalitica, apparati da laboratorio per riscaldamento resistivo e tramite microonde, impianti per testare i processi chimici su scala di laboratorio (fino a 1000°C), e quattro stampanti 3D ad alta risoluzione:
- Admatec Admaflex 130 (Stereolithography)
- EOS Formiga P110 FDR (Laser Powder Bed Fusion)
- ExOne Innovent+ (Binder Jetting)
- BCN3D Epsilon W27 (Fused Filament Fabrication)
Stampa 3D tramite Binder Jetting di scambiatori di calore ceramici ad elevate prestazioni per applicazioni ad alta temperatura (oltre 1000°C).