Migliaia di anni dopo l'invenzione del processo di produzione della ceramica, è stata finalmente sviluppata una nuova soluzione, ad alto potenziale impatto sui costi di produzione, percentuali di scarti e sostenibilità complessiva del settore.
La ceramica è stata uno dei primi materiali che i nostri antenati hanno padroneggiato e trasformato in simili a piastrelle di ceramica, ceramica e mattoni d'argilla. Con tutto questo know-how accumulato - le prime statuette umane e animali fatte di argilla apparvero intorno al 24000 aC - potresti essere perdonato se pensi che gli attuali produttori di ceramica utilizzino processi ben oliati con perdite o difetti minimi o nulli.
La verità è, siamo lontani da lì. Invece di migliorare con il tempo e l'esperienza, il modo in cui vengono prodotte le ceramiche non è cambiato molto. Sono ancora ottenuti mediante un processo chiamato formatura, in cui le polveri inorganiche, con o senza acqua, vengono modellati nel prodotto desiderato, seguiti da una cottura ad alta temperatura, generalmente al di sopra di 1 000 °C.
"Entrambe le fasi sono cruciali per le proprietà meccaniche e la qualità del prodotto finale, ma anche oggi, la lavorazione e la progettazione della ceramica si basano essenzialmente su prove ed errori, " dice il Prof. Andrea Piccolroaz, coordinatore del progetto CERMAT2 (Nuove tecnologie ceramiche e nuovi dispositivi e strutture ceramiche multifunzionali). "La conseguenza di questo approccio è un tasso estremamente elevato di scarti, che ha un impatto non solo sui costi di produzione ma anche sulla sostenibilità dell'industria ceramica. Non sorprende che l'industria della ceramica sia una delle più esigenti in termini di energia, ed è responsabile di gran parte delle emissioni di gas serra e inquinanti".
CERMAT2 punta nientemeno che a una rivoluzione, uno che vedrebbe l'industria della ceramica allontanarsi dai suoi modi tradizionali per adottare un approccio più razionale e scientifico. Questo approccio, basato su modelli meccanici non lineari avanzati, comporterebbe una modellazione matematica costitutiva dei materiali ceramici, analisi sperimentale, caratterizzazione, e simulazione numerica con il metodo degli elementi finiti. La proposta? Ottimizzazione del design attraverso l'uso del Virtual Prototyping – in base al quale il design viene convalidato in silico utilizzando software di ingegneria assistita da computer senza fare uso di un prototipo fisico.
"Abbiamo sviluppato con successo questo metodo, e ora abbiamo consegnato le routine numeriche e il software per la progettazione ottimale dei materiali ceramici ai nostri partner industriali, "Il prof. Piccolroaz si entusiasma. "Questo non è solo un progresso nella nostra conoscenza dei materiali ceramici, ma anche un passo avanti nella progettazione meccanica della ceramica."
Alle industrie che desiderano cambiare strada, Il Prof. Piccolroaz promette una significativa riduzione dei costi di produzione grazie all'utilizzo della prototipazione virtuale. Per di più, gli strumenti software sviluppati nell'ambito del progetto consentiranno di prevedere le proprietà meccaniche dei pezzi finali, che dovrebbe avere un impatto importante sulla minimizzazione dei difetti e quindi sulla riduzione degli scarti.
CERMAT2 è stato completato nell'ottobre 2017, ma da allora il lavoro continua. Uno degli obiettivi del progetto prevedeva la formazione di una nuova generazione di giovani ricercatori in meccanica solida non lineare avanzata e implementazione numerica, con applicazioni nella produzione ceramica. Alcuni di questi ricercatori hanno già creato una start-up di successo con l'obiettivo di estendere e diffondere i metodi CERMAT2 nell'industria ceramica. "Continueremo la collaborazione con loro per fare della nostra nuova tecnologia il nuovo standard per la produzione ceramica, " Conclude il prof. Piccolroaz.
