Progettazione di materiali a livello atomico

Per sviluppare i materiali che la società richiederà domani, dobbiamo pensare in modo radicale e collaborativo. Con la sua esperienza mondiale nei materiali, Sandvik è ben posizionata per contribuire a creare il mondo di domani.

Sandvik sviluppa nuovi materiali da oltre 150 anni. Oggi è uno dei leader mondiali nello sviluppo di nuovi materiali. L'azienda sa che stare al passo con le tendenze attuali è essenziale per soddisfare le richieste dei clienti e della società.

Marco Zwinkels, direttore delle Piattaforme tecnologiche di R&S di Sandvik Coromant, afferma che la domanda di nuovi materiali da parte dell'industria è guidata principalmente dai settori aerospaziale e automobilistico e dalla spinta verso una maggiore sostenibilità della produzione.

Questa domanda, afferma Zwinkels, presenta sfide simili per lo sviluppo di nuovi materiali da parte di Sandvik da utilizzare nei prodotti dell'industria e della produzione, così come per lo sviluppo degli utensili da taglio Sandvik.

"La tendenza alla riduzione del peso in tutte le forme di trasporto si traduce in un uso sempre maggiore di materiali compositi in fibra e di materiali leggeri come il titanio", spiega, "Stiamo assistendo a un aumento dei componenti in alluminio, guidato dallo sviluppo di veicoli elettrificati. Allo stesso tempo, le superleghe più avanzate e resistenti al calore vengono ora utilizzate per le turbine dell'industria aerospaziale. Si tratta spesso di lavorazioni molto complesse, che impongono requisiti più elevati ai nostri utensili".

Un'altra spinta allo sviluppo di nuovi materiali nel settore delle soluzioni di lavorazione deriva da diversi problemi associati al cobalto, uno dei costituenti chiave del carburo cementato, il principale materiale utilizzato negli utensili da taglio per metalli e rocce.

Il cobalto sta diventando sempre più problematico, afferma Zwinkels: "Il cobalto è stato riclassificato come più pericoloso rispetto al passato e i limiti di esposizione professionale sono stati abbassati", spiega, "inoltre viene estratto in zone di conflitto o in prossimità di esse. Inoltre, viene utilizzato nelle batterie delle automobili, quindi con l'elettrificazione delle auto c'è il rischio che diventi scarso".

Cercare di capire le esigenze future

Zwinkels afferma che Sandvik ha una prospettiva sia orientata alle sfide che alle opportunità quando si tratta di sviluppare nuovi materiali.

dal punto di vista delle opportunità, conduciamo ricerche a lungo termine all'interno dell'azienda, spesso in collaborazione con partner istituzionali e accademici", spiega, "sondiamo e seguiamo lo sviluppo di nuovi materiali nel mondo accademico". Il lato delle esigenze deriva dalle richieste dei clienti, dalle tendenze del mercato e dagli sviluppi del settore. Il contributo essenziale proviene dalla nostra rete globale di vendita, ingegneria e specialisti, nonché dalla funzione di business intelligence. Cerchiamo di capire quale tipo di sviluppo di materiali sarà necessario per il futuro".

Siamo ormai a livelli atomici nella progettazione dei nostri materiali, il che ci permette di creare nuove composizioni di materiali esistenti".

Susanne Norgren, Group Expert Materials Design di Sandvik, è anche professore associato di Scienza dei Materiali Applicati all'Università di Uppsala. Per lei, gli sviluppi più interessanti nella scienza dei materiali provengono da nuovi processi rivoluzionari.

"La produzione additiva e l'ulteriore sviluppo dell'ingegneria computazionale integrata dei materiali sono metodi in cui i materiali vengono ottimizzati digitalmente per ottenere determinate proprietà desiderate. Possiamo anche sviluppare e progettare materiali e componenti in modi nuovi e più veloci", spiega l'autrice, "il carrello di atterraggio del veicolo spaziale stampato in 3D per SpaceX è un esempio in cui questo metodo viene utilizzato per procedere dal livello atomico al prodotto finito".

Spostare gli atomi

Zwinkels è d'accordo: "La scienza dei materiali è diventata molto matura", afferma, "ora siamo a livelli atomici nella progettazione dei nostri materiali, permettendoci di spostare gli atomi per creare nuove composizioni di materiali esistenti. La modellazione computazionale ci permette di vedere che tipo di nuove composizioni potrebbero essere possibili e cosa sarebbe necessario per realizzarle".

Un altro vantaggio fondamentale della produzione additiva, sottolinea Norgren, è che consente agli ingegneri di eliminare i materiali di scarto dal processo, rendendo i materiali più leggeri e quindi più sostenibili. "Penso che tutti i clienti di Sandvik ne trarranno vantaggio", afferma Norgren, "e Sandvik ne trarrà vantaggio anche internamente in termini di efficienza. Sandvik è molto ben attrezzata quando si tratta di macchine per la stampa 3D e di know-how".

Sandvik è il principale attore globale quando si tratta di riciclare il carburo cementato.

Forse, però, l'unico modo per ottenere un mondo sostenibile è proprio il riciclo. E anche questo è un aspetto che gli scienziati dei materiali stanno esplorando sempre di più, aiutati dai nuovi processi computazionali.

"A causa della crescente scarsità di cobalto e di molti altri materiali, nonché della necessità di ridurre la nostra impronta di carbonio, dobbiamo orientarci verso l'utilizzo al 100% di materie prime riciclate nei nostri prodotti", afferma Zwinkels.

"Sandvik è il leader mondiale nel settore del riciclaggio del carburo cementato. Una quantità significativa dei materiali che vendiamo proviene da utensili riciclati, che riacquistiamo e convertiamo in nuovo materiale. Lo facciamo con successo da molti anni e questo diventerà sempre più importante".