Componenti metallici con sensori IoT nascono in additivo

componenti

Un processo innovativo elaborato dal Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale del Politecnico di Torino sotto la guida del professor Giorgio De Pasquale consente di realizzare componenti metallici contenenti sensori e circuiti elettronici al loro interno.

Parte dello sviluppo è stato coadiuvato da partner industriali di primo piano nel settore, in grado di fornire i requisiti di affidabilità necessari per la produzione di mercato.

Il processo di stampa consente di superare le modalità attuali di installazione dei sistemi elettronici sulle parti meccaniche, consentendo invece di annegare sensori e circuiti all’interno del volume dei pezzi metallici durante la realizzazione.

Questo risultato é raggiunto mediante processi di additive manufacturing opportunamente modificati.

I collaudi dei primi prototipi hanno confermato le aspettative legate a questa tecnologia in particolare per i settori della meccanica, bioingegneria, aerospaziale ed energia, a cui già si sono affiancate analisi di fattibilità su altri ambiti inizialmente non previsti.

In questo contesto, la nuova tecnologia consente di inserire elementi elettronici nel cuore del metallo fuso, preservando l’integrità dei delicati circuiti e sensori.

Componenti e sensori

I componenti sono costruiti a partire dal suo disegno virtuale includendo in questa creazione anche sensori, trasmettitori e schede elettroniche all'interno.

Il posizionamento degli elementi elettronici nei componenti è totalmente libero e consente di raggiungere punti di misura altrimenti inaccessibili, sfruttando la tridimensionalità dello spazio, garantendo inoltre la protezione dalle contaminazioni e perturbazioni esterne.

Come spiega il professor Giorgio De Pasquale in una nota del Polito, “Questa tecnologia trova la sua destinazione nella crescente necessità di connettere fra loro i sistemi complessi che ci circondano, dai veicoli agli strumenti chirurgici, dagli impianti per la produzione di energia ai velivoli. L'IoT)spinge verso la ricerca di nuove soluzioni, sia a livello progettuale sia di processo, per produrre componenti in grado di misurare il loro stato di salute, i parametri dell’ambiente circostante, le condizioni operative e, poi, di comunicarli e condividerli con l’esterno. Con questa tecnologia, in qualche misura, intendiamo ampliare le potenzialità e la scala del tradizionale concetto di monitoraggio strutturale”.

 

In figura è riportato uno dei prototipi che ha superato il collaudo strutturale e funzionale.

Si tratta di una pinza freno realizzata con una sonda termica nativa, situata in posizione non convenzionale, che consente di leggere con precisione la temperatura della pastiglia: si trova a 1 millimetro di distanza dalla sede dei pistoni.

Dalla figura si nota il componente ancora saldato alla piastra di fabbricazione della macchina additiva, con il cablaggio elettrico della sonda termica e poi installato sul banco prova per il collaudo.

Il lavoro di sviluppo del team del Polito è durato diversi mesi e viene presentato al convegno AMMM – Additive Manufacturing Meets Medicine 2020 (dal 9 all'11 settembre 2020).

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