CSEM svilupperà tubi stampati in 3D con sensori incorporati

CSEM sta coordinando un progetto di alto profilo finanziato dall’UE per migliorare le prestazioni dei sistemi di controllo termico sviluppando tubi stampati in 3D con sensori incorporati. Oltre ad aprire potenzialmente nuove strade di ricerca fondamentale sia per il CERN che per l’industria spaziale europea, questi tubi intelligenti potrebbero avere usi in settori che vanno dai sistemi di riscaldamento e raffreddamento industriali ai meccanismi di irrigazione per l’Industria 4.0. Il progetto, Advanced Heat Exchange Devices (AHEAD), rafforzerà i punti di forza della Svizzera nella stampa 3D e contribuirà a consolidare la posizione del Paese all’avanguardia nell’innovazione.

Il progetto è iniziato quest’estate e mira a rivoluzionare i sistemi di controllo termico, componenti critici di numerosi dispositivi ad alte prestazioni come satelliti e razzi spaziali. La maggior parte dei sistemi di controllo termico in uso oggi sono pesanti, ingombranti e richiedono una miriade di cavi di collegamento. Con AHEAD, l’obiettivo è sviluppare sistemi compatti, meno costosi e wireless, consentendo la raccolta di dati in tempo reale e una maggiore efficienza.

Il consorzio del progetto, composto da sei organizzazioni partner, intende sviluppare un nuovo tipo di tubo stampato in 3D con sensori di temperatura ed elementi riscaldanti incorporati nella superficie interna del tubo. Il sistema includerà anche un dispositivo di recupero dell’energia per alimentare l’elettronica incorporata e consentire il trasferimento automatico e wireless dei dati.

“In generale, miriamo a sviluppare mattoni tecnologici che possono essere utilizzati per integrare componenti elettronici come cavi, connettori e sensori in molti diversi tipi di oggetti stampati in 3D”, ha affermato Hervé Saudan, coordinatore del progetto presso CSEM. “La capacità di incorporare sensori nelle apparecchiature di processo sarà una caratteristica importante dell’Industria 4.0. I dati raccolti da questi sensori possono essere utilizzati per alimentare algoritmi di intelligenza artificiale per il controllo dei processi, l’ottimizzazione dei processi e la manutenzione predittiva”.

Il consorzio spera di portare la sua tecnologia alla fase preindustriale e di renderla adatta per un’ampia gamma di applicazioni, inclusi sistemi di riscaldamento e raffreddamento industriali, meccanismi di irrigazione, strumenti chirurgici e impianti, macchine utensili, robotica e parti automobilistiche.

Le due applicazioni che gli ingegneri del progetto stanno attualmente prendendo di mira sono i moduli spaziali ei nuovi rivelatori di particelle del CERN.

Il CERN prevede di utilizzare i tubi dotati di sensori nei sistemi di controllo termico per i rivelatori al silicio che i suoi ingegneri stanno attualmente sviluppando. I rivelatori saranno utilizzati per identificare le particelle rilasciate da una moltitudine di collisioni. Grazie ai tubi creati sotto AHEAD, i sistemi di controllo termico dei rivelatori saranno in grado di funzionare senza la complicata configurazione dei cavi solitamente richiesta, risparmiando spazio e consentendo un migliore controllo termico attraverso letture della temperatura rilevate direttamente in punti strategici. La nuova tecnologia consentirà inoltre agli ingegneri di sostituire i refrigeranti esistenti con altri più efficaci e meno dannosi per l’ambiente.

“Spesso sono necessarie innovazioni tecnologiche prima che i rivelatori di particelle possano fornire le prestazioni straordinarie che ci si aspetta da loro”, ha affermato Paolo Petagna, project manager del CERN. “Queste scoperte potrebbero portare a un concetto completamente nuovo con applicazioni ben oltre quelle originariamente previste, portando vantaggi a importanti settori. Questo è ciò che stiamo vedendo con AHEAD”.

Uno dei partner chiave del progetto – Thales Alenia Space (TAS) – sta studiando come i tubi dotati di sensori potrebbero essere impiegati nei moduli pressurizzati della Stazione Spaziale Internazionale e nella futura stazione spaziale Lunar Gateway della NASA. TAS prevede inoltre di installare i tubi in circuiti di fluido pompati meccanicamente bifase, che sono un tipo di sistema di controllo termico utilizzato nei suoi satelliti per telecomunicazioni.

“Il design più leggero e compatto consentito dai tubi, insieme a una maggiore precisione nelle misurazioni della temperatura e un assemblaggio più rapido, sono vantaggi chiave per noi. Consentono un migliore controllo termico, che è un fattore critico in tutti i sistemi spaziali. Questo ci dà un vantaggio competitivo significativo rispetto ai rivali in Europa e negli Stati Uniti”, ha spiegato Martin Raynaud, specialista termico di TAS.

Il progetto AHEAD dovrebbe durare due anni. Riflette la posizione di rilievo della Svizzera nell’innovazione e il suo know-how nella tecnologia di stampa 3D. “La Svizzera è il paese europeo con il maggior numero di domande di brevetto per la stampa 3D depositate pro capite”, ha affermato Hervé Saudan. “E l’Europa, in generale, è al vertice di questo campo. Il numero di domande di brevetto è aumentato negli ultimi anni, crescendo del 36% all’anno tra il 2015 e il 2018 secondo uno studio dell’Ufficio europeo dei brevetti. Oggi l’Europa guida la classifica, davanti a Cina e Stati Uniti. Questa tendenza è un vero vantaggio per l’economia svizzera, poiché la competitività e la capacità di attrarre manodopera qualificata del Paese dipendono in gran parte dalla sua capacità di innovazione”.