A dare l’impulso: Pierangelo Gröning è membro della Direzione dell’Empa e ha fondato l’area di ricerca Advanced Manufacturing. Immagine: EmpaPierangelo Gröning, tra l’altro presidente dell’Alleanza AM-TTC e della Commissione Ricerca, nonché membro della Direzione dell’Empa, spiega in un’intervista il ruolo dell’istituto di ricerca nei progetti di "Advanced Manufacturing".
Che cosa significa la parola chiave "Advanced Manufacturing", cosa c’è di nuovo?
Oggi la moderna ricerca sui materiali non si limita allo sviluppo dei soli materiali. Finché il materiale non può essere lavorato, non ha alcun significato tecnologico. L’Empa sta conducendo ricerche su una serie di nuovi materiali che difficilmente o per nulla possono essere lavorati con i processi standard conosciuti. Di conseguenza, dedichiamo molta attenzione allo sviluppo e all’ulteriore perfezionamento dei processi produttivi e dei metodi di lavorazione, e in questo senso abbiamo ottenuto grandi risultati negli ultimi anni.
Come è iniziato questo sviluppo?
All’inizio, i nanomateriali hanno suscitato in me questo pensiero. Quando si sente la parola nano, diventa subito chiaro che non esistono ancora macchine per la lavorazione e che l’industria non può basarsi sulle conoscenze esistenti e sviluppare ulteriormente i processi conosciuti. Quindi anche in quel caso abbiamo dovuto guardare alla tecnologia di processo e mostrare come generare valore aggiunto con l’aiuto di questi nuovi materiali. Il secondo fattore scatenante è stata la digitalizzazione e la questione di come utilizzare in modo ottimale le possibilità della digitalizzazione nella produzione.
Intende l’automazione per la produzione di massa?
No. Non mi riferisco principalmente all’ottimizzazione delle catene di approvvigionamento e dei processi produttivi, ma all’ottimizzazione del prodotto e della sua qualità. Un esempio è dato dalla tecnologia dei rivestimenti: anche noi utilizziamo i plasmi per la deposizione di rivestimenti duri. Grazie alla moderna elettronica di potenza, oggi possiamo controllare la composizione delle particelle reattive, cioè ioni e radicali, nel plasma attraverso la modulazione degli impulsi e quindi influenzare direttamente la composizione e la struttura dello strato, cioè le proprietà fisiche. Rispetto ai plasmi convenzionali, il processo di rivestimento è praticamente digitalizzato dalla modulazione di impulsi. Questo apre possibilità completamente nuove per ottimizzare le proprietà del rivestimento. Ora viene la domanda: come faccio a trovare la soluzione giusta in questa vasta foresta di possibilità? In questo caso non dobbiamo lasciare gli ingegneri di prodotto al freddo: abbiamo bisogno di scienziati che comprendano questi processi dalle fondamenta. E nell’era della digitalizzazione, capire significa: devo essere in grado di simulare il processo di deposizione al computer. Solo così è possibile compilare una sorta di "ricettario" che suggerisca al professionista i parametri giusti, con cui ottenere risultati ottimali.
Quindi la digitalizzazione da sola non aiuta ancora?
No. Molti pensano che io abbia qui dei dati e una rete neurale, e che la lascerò calcolare finché non verrà proposta una soluzione. Non si può rendere tutto così semplice. Si tratterebbe solo di prove ed errori con un po’ di supporto digitale. Per sfruttare appieno il potenziale della digitalizzazione, è necessario comprendere molto meglio i processi produttivi dal punto di vista fisico, a un livello tale da poterli simulare. La simulazione può quindi essere utilizzata per determinare in modo rapido e affidabile i parametri di processo ottimali. Tuttavia, siamo ancora lontani da questo obiettivo, poiché richiede una modellazione "multiscala" molto complessa.
Cosa c’è di così speciale nella "manifattura avanzata"?
I processi di produzione di cui stiamo parlando sono processi additivi. Combinano la produzione e la sintesi dei materiali in un processo di produzione integrale. Ciò aumenta la complessità della produzione e pone sfide completamente nuove per la gestione della qualità, poiché oltre all’accuratezza dimensionale è ora necessario garantire la qualità del materiale del prodotto. Un esempio molto chiaro è la stampa 3D dei metalli. Le proprietà dei materiali dei pezzi geometricamente complessi che possono essere prodotti con i processi di stampa 3D non sono isotrope, cioè identiche in tutte le direzioni spaziali. Ciò è dovuto al processo di costruzione sequenziale della stampa 3D e al modo in cui il laser viene guidato. Il processo di fusione e ricristallizzazione può essere influenzato da vari parametri laser, come la potenza del laser o la velocità di scansione, che a loro volta hanno un impatto sulle proprietà del materiale. In breve, la padronanza della stampa 3D come processo produttivo richiede una profonda conoscenza dei materiali e dei processi. Conoscenze che non sono disponibili nemmeno nelle aziende più grandi. E qui le PMI raggiungono rapidamente i loro limiti. È qui che vediamo la necessità di una stretta collaborazione tra industria e ricerca, al fine di affermare queste nuove tecnologie sul mercato e dare così alle aziende un vantaggio innovativo.
Che impatto avranno le tecnologie di produzione additiva sulla vita quotidiana?
Una domanda difficile. Forse il modo migliore è quello di guardare alle tendenze e alle esigenze della produzione industriale. Si tratta, da un lato, dell’individualizzazione - "prodotti personalizzati" e, come abbiamo sperimentato negli ultimi due anni, del miglioramento della resilienza della produzione. Questo problema può essere risolto grazie a un’elevata agilità e a catene di approvvigionamento brevi, che è esattamente ciò che consente la produzione additiva. La manifattura additiva ha anche il potenziale per cambiare significativamente il panorama della produzione, sostituendo la produzione di massa centralizzata con una produzione decentralizzata su piccola scala: un’enorme opportunità per la Svizzera come sede produttiva.
Qual è il ruolo dell’Empa nell’introduzione di queste tecnologie?
Oltre alla ricerca e allo sviluppo di nuovi materiali ottimizzati per la tecnologia di produzione, abbiamo anche progetti di ricerca che mirano a rendere le tecnologie "adatte all’uso quotidiano" nell’industria. Ciò significa sviluppare e fornire gli "strumenti" necessari per garantire un uso robusto e affidabile della tecnologia. Come già detto, sviluppiamo software di simulazione per determinare i parametri ottimali del processo in modo rapido e affidabile, ma anche per addestrare e migliorare la comprensione del processo. Inoltre, sviluppiamo sistemi di misura per il monitoraggio dei processi in tempo reale. Lo sviluppo di sistemi così complessi richiede una stretta collaborazione tra specialisti di diversi settori. Questo è un grande punto di forza che noi dell’Empa possiamo sfruttare, ma anche un punto di forza dell’intero settore dei PF.
