Scienza e tecnica

Il progetto Sentiero: il programma, le finalità e i risultati

Ingegneria dell'affidabilità
Il Centro di Ricerca Industriale, nato su iniziativa di Ecor International, nasce con alle spalle uno specifico progetto di sviluppo che prevede investimenti nell’Ingegneria delle Superfici, Rapid Prototyping e Ingegneria dell’Affidabilità.

Il Sentiero International Campus è il Centro di Ricerca industriale nato su iniziativa di Ecor International che verrà ampliato in un’area di 37mila metri quadri a Castelvetro di Modena. Nei prossimi anni la struttura potrà contare sui nuovi uffici tecnici ed amministrativi, sale conferenze e laboratori.

La realizzazione è stata possibile grazie al supporto di un programma finanziato nell’ambito del Programma operativo del Fondo europeo di sviluppo regionale (Por Fesr) 2014-2020 della Regione Emilia-Romagna. Il programma è costituito da due linee, una di R&S ed una seconda di investimenti strumentali nel campo dell’Ingegneria delle Superfici (impianto di deposizione per film sottili Physical Vapour Deposition), del Rapid Prototyping (impianto ALM di taglia industriale per sinterizzazione laser di polveri metalliche), dell’Ingegneria dell’Affidabilità (banchi prova funzionali per lo studio del lifetime e per la messa a punto di specifiche procedure di manutenzione preventiva/sostitutiva).

I laboratori del centro sono accessibili ad enti e aziende in particolare del territorio regionale per lo sviluppo e la prototipazione di soluzioni tecnologiche innovative, in un’ottica di sinergia con le attrezzature ed il personale del centro di ricerca. Sono pertanto fruibili i sistemi di testing del laboratorio e quelli simulanti l’ambiente macchina alle aziende interessate, anche eventualmente con la presenza di proprio personale con le risorse interne garantendo in tal modo massima integrazione e riservatezza dei risultati. Il nuovo centro di ricerca tuttavia si apre a collaborazioni a livello europeo.

L’utenza target non si rivolge solamente alle grandi imprese, ma anche la prima e la seconda catena di fornitura, insieme di piccole e medie imprese per le quali la crescita tecnologica rappresenta uno degli asset più importanti per l’incremento della competitività italiana e soprattutto estera. Il centro di ricerca si propone come un possibile strumento di diffusione dell’innovazione, capace di convogliare progetti su direttrici di ricerca e sviluppo strategiche concertate a livello regionale, nazionale ed europeo.

 

Le keywords del programma

Il Programma “Sentiero” attiene alla realizzazione di un centro di eccellenza ed un progetto di ricerca per:

  • uno sviluppo sostenibile
  • nei settori delle macchine per il packaging automatico e della meccanica avanzata (sistemi produttivi)
  • offrendo soluzioni ecologiche
  • attraverso nanotecnologie, materiali e sistemi di produzione avanzati (KETS: Key Enabling Technologies)
Il render de Il Sentiero International Campus
Il render de Il Sentiero International Campus

 

La descrizione del programma

L’obiettivo generale del programma “Sentiero” consiste nella realizzazione un centro di eccellenza e di un progetto di ricerca ad esso collegato per lo sviluppo di competenze tecnico/scientifiche considerate trasversali ai settori di mercato delle macchine automatiche per il processing e il packaging di alimenti e medicinali e della meccanica avanzata. Alla base del Programma si colloca il grande fermento tecnico/scientifico che caratterizza tali settori, la particolare attenzione alla tematica del food in Italia e nel mondo, l’esigenza di incremento della competitività e di mantenimento della leadership regionale nel settore del packaging. Quest’ultimo rappresenta in Regione il 70% del business italiano (circa 7,7 miliardi di Euro, fonte UCIMA), con 170 imprese e circa 15 mila addetti, e supera il primo diretto concorrente localizzato in Germania per dimensioni, con apparecchi che dosano e impacchettano praticamente ogni tipo di prodotto di consumo.

Il progetto di ricerca del programma si articola in tre obiettivi realizzativi (OR), che si collocano nell’ambito dell’ingegneria delle superfici (OR1 – Soluzioni avanzate di Ingegneria delle Superfici), della Prototipazione Rapida (OR2 – Metodologie e tecniche di rapid prototyping), dell’Ingegneria dell’Affidabilità (OR3 – Soluzioni avanzate di ingegneria dell’affidabilità), per convergere nella realizzazione di prototipi sulla base delle soluzioni innovative sviluppate (OR4 – Prototipazione e studi di industrializzazione), considerando case studies su scala industriale/semi industriale.

Un dispositivo che esegue la stampa 3D

Le finalità del progetto di ricerca sono:

  • sviluppare classi di trattamenti superficiali per ridurre i tempi relativi alle operazioni di manutenzione, incrementare l’operatività, la vita utile dei materiali/componenti e ridurre i costi energetici attraverso la riduzione del coefficiente di attrito, l’incremento della resistenza a corrosione in ambienti macchina con agenti trattanti per processi di cleaning/sterilizzazione, l’Incremento della resistenza all’usura in contatti a strisciamento, rotolamento, la riduzione dell’adesione di prodotto alimentare trattato (ad esempio il latte) per il miglioramento dell’efficienza della pulizia, la riduzione dello sviluppo batterico;
  • sviluppare sistemi processo/prodotto per i componenti critici metallici di macchine automatiche attraverso le tecniche di Additive Layer Manufacturing (ALM), ottimizzando i parametri del processo ALM, del processo di saldatura, di finitura superficiale, di eventuali trattamenti di rivestimento dei componenti prodotti per il miglioramento in termini di proprietà meccaniche, tribologiche e di corrosione dei manufatti realizzati;
  • definire ed implementare metodologie/protocolli di test per la stima della vita utile/affidabilità di materiali/componenti, produrre dati di supporto a definizione dei tempi di manutenzione, misura delle prestazioni, in termini di proprietà meccaniche, tribologiche, corrosione, coefficienti di sicurezza, grado di affidabilità.

Il progetto ha un’estensione temporale di 36 mesi.

caratterizzazione materiali
Un test di caratterizzazione meccanica dei materiali.

I risultati intermedi

Le attività di ricerca industriale di design ed ottimizzazione di trattamenti superficiali si sono concentrate sullo sviluppo di superfici a bassa bagnabilità verso i liquidi organici attraverso trattamenti di laser texturing con possibile integrazione con rivestimenti sottili da deposizione PVD (Physical Vapour Deposition); di rivestimenti sottili a basso coefficiente di attrito, attraverso la deposizione PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) di rivestimenti DLC (Diamond Like Carbon) con addizione di elementi droganti; di rivestimenti duplex, costituiti da un interlayer termospruzzato da processo HVOF (High Velocity Oxy Fuel) ed un rivestimento sottile come top layer da processo PVD per incrementare la resistenza ad usura e ridurre il coefficiente di attrito delle superfici. I substrati considerati sono stati acciai inossidabili e leghe leggere (ad es. base Alluminio).

Tecniche di caratterizzazione superficiali quali la misura dell’angolo di contatto e di roll off, l’analisi SEM (Scanning Electron Microscopy), l’analisi XPS (X-Ray Photoelectron Spectroscopy), la nanoindentazione strumentata, lo scratch test, i test di polarizzazione elettrochimica, i test di adesione e di attrito/usura sono stati utilizzati per la definizione delle proprietà dei trattamenti sviluppati e di rivestimenti assunti quali stato dell’arte.

Il microscopio a scansione elettronica.
Il microscopio a scansione elettronica.

Sono stati prodotti campioni e prototipi in ALM per la valutazione dei parametri di processo, dei trattamenti di finitura, del riutilizzo delle polveri dopo opportuna vagliatura, considerando le proprietà di superficie, le proprietà meccaniche, la resistenza a corrosione dei manufatti. Test di finitura superficiale e test di saldabilità sono stati realizzati su tubi prodotti attraverso ALM per la valutazione dell’integrabilità del processo manifatturiero di ALM nei processi convenzionali industriali. Sono stati identificati due esempi di prototipi rappresentativi di tubi riempimento industriali a forma complessa che richiedono la realizzazione per ALM.

L’attività di progettazione di banchi prova è stata indirizzata, ad esempio, su un test rig a prova multifunzionale per la simulazione di contatti striscianti (ad esempio camme), contatti di rotolamento, usura nei processi di taglio del packaging alimentare, in grado di permettere la valutazione, su materiali metallici e polimerici, dell’effetto reciproco dei fenomeni di danneggiamento.

E’ stato inoltre definito il concept design di un sistema sia per la misura del coefficiente di attrito della carta per packaging di vario tipo verso materiali polimerici o metallici sia per la misura dell’usura nel contatto con la stessa.