Una nuova strumentazione d’eccellenza entra a far parte dei macchinari a disposizione di un Ente di ricerca del nostro Paese. Si tratta di Ato Lab +, un atomizzatore ultrasonico compatto, in dotazione al reparto di Progettazione Meccanica dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso (Lngs) dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn).
Questa macchina compatta per la polverizzazione di materiali metallici consente, tramite tecnologia a ultrasuoni, la produzione di particelle sferiche con un diametro compreso tra i 20 e i 100 milionesimi di metro. Si tratta del primo strumento di questo genere installato in Italia e all’interno di un Laboratorio Infn, dedicato alle attività di Ricerca e Sviluppo (R&D).
Ato Lab, per cosa può essere utilizzato
L’atomizzatore ultrasonico è stato acquistato all’interno di un progetto ideato due anni fa da Donato Orlandi, responsabile del Servizio di Meccanica dei Lngs in collaborazione con il Ministero federale per l’istruzione e la ricerca tedesco (Bmbf), nella figura di Marc Schumann, Università di Friburgo.
L’Ato Lab +, spiega Donato Orlandi (Responsabile del Servizio Meccanica dei Lngs) «permette di ridurre in polvere, letteralmente, in grani particolarmente fini, si parla nell’ordine di qualche decina di micron, materiali di qualsiasi tipo. La presenza di questo atomizzatore di ultima generazione ultracompatto ci permetterà di sviluppare dei materiali innovativi per l’utilizzo in ambito scientifico piuttosto che tecnologico e ci permetterà allo stesso tempo di portare avanti una linea di ricerca che permetterà naturalmente di avere a che fare e di poter utilizzare dei materiali di alta radiopurezza».
I vantaggi dell’atomizzatore ultrasonico
La struttura estremamente compatta di Ato Lab + permette di utilizzarlo anche in ambienti ridotti. Grazie a questa caratteristica i Lngs potranno produrre autonomamente la materia prima con cui poi realizzare componenti e assiemi complessi per rivelatori e acceleratori di particelle attraverso l’utilizzo delle macchine dedicate all’Additive Manufacturing metallico presenti ai Lngs.
L’unicità di questa condizione consiste nella possibilità di produrre materiale che non è sempre possibile reperire nel mercato. Infatti, una delle richieste più stringenti per gli esperimenti presenti ai Lngs riguarda la radiopurezza dei componenti che andranno a costituire i rivelatori. Non essendo possibile acquistare polveri metalliche con queste caratteristiche il reparto di Progettazione Meccanica dei Lngs potrà generarle autonomamente grazie ad Ato Lab +. Questa dotazione unica che permette lo sviluppo di componenti innovative ha suscitato l’interesse anche di altri laboratori di Ricerca e Università che hanno stretto collaborazioni con i Lngs.
Come funziona il macchinario
Il processo di polverizzazione si basa su un sistema che, partendo da barrette o fili di materiale metallico, ad esempio titanio, alluminio e rame o da una vasta gamma di leghe, come l’acciaio, è in grado di trasformarle in polvere.
Nello specifico, una torcia fonde il materiale metallico generando delle goccioline che vengono convogliate in una camera a temperatura più a bassa. Le goccioline solidificano, diventando dei grani. Nell’ultimo passaggio del processo, grazie a degli ultrasuoni, si procede a separare ulteriormente i grani prodotti fino ad ottenere delle polveri metalliche. Queste saranno successivamente utilizzate nella produzione additiva metallica attraverso la tecnologia Selective Laser Melting, già presente nei Laboratori del Gran Sasso. Tale tecnologia additiva utilizza un fascio laser ad elevata potenza per fondere un letto di polvere metallico e per produrre l’oggetto che si vuole realizzare strato dopo strato.
«Questo tipo di macchinario – sottolinea Daniele Cortis (Responsabile del Reparto Progettazione Meccanica dei Lngs) – si inserisce all’interno del nostro parco macchine dedicato all’additing, in particolare all’additing manufactoring metallico. Ci consente quindi di creare direttamente in casa, in laboratorio, i materiali che noi utilizzeremo poi per produrre e stampare i componenti con le nostre macchine di stampa 3D».
Gli sviluppi futuri
Dopo l’avvio di Ato Lab +, nei prossimi mesi, grazie a una collaborazione con il Laboratori di Canfranc (Spagna) inizierà la produzione di polvere di rame radiopura, derivante dall’atomizzazione di materiale selezionato in rame per i primi test sulla funzionalità del processo.
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Articolo aggiornato in data 7 Febbraio 2023
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