Nell’ambito del quadro generale di sviluppo del dipartimento di ingegneria, contestualmente all’attuazione delle strategie specifiche relative al progetto conformante a dipartimento di eccellenza, il Laboratorio diffuso di manifattura additiva (3DINGLab: 3D Diffused Manufacturing Laboratory) si propone la realizzazione di innovative sinergie multi-scala fra i settori delle diverse aree scientifiche afferenti al dipartimento di ingegneria, al fine di generare nuova conoscenza e approcci multi-tecnica negli ambiti di integrazione ambientale, sviluppo di strumenti di gestione integrati, ottimizzazione dei processi, digitalizzazione e caratterizzazione avanzata in virtù delle caratteristiche abilitanti e agevolanti tipiche delle tecnologie 3D additive.
Le sinergie in oggetto prevedono un contesto diffuso, ma strettamente interconnesso di tecnologie di stampa 3D e mezzi digitali, dalla macro- alla micro- e nano-scala, che realizzano potenzialmente le sinergie settoriali di cui sopra negli ambiti (i) della progettazione smart di edifici, nel contesto della realizzazione di prototipi su macro-scala e ottimizzazione iterativa delle architetture e dei materiali per l’ integrabilità territoriale attraverso lo scale-down di design strutturali innovativi (e meta-materiali) e l’effettuazione di analisi di precisione dei comportamenti e meccanismi di cedimento statici e dinamici con test in-situ; (ii) sviluppo di piattaforme di benchmark su micro- e nano-scala per lo studio dei fenomeni fisici intrinseci verso la scalabilità tecnologica e il design dei meccanismi base per sensoristica integrata innovativa; (iii) Processi elettrochimici migliorati ad alta efficienza (requisiti europei in ambito green) grazie alla prototipazione rapida di celle e reattori su micro-scala ad integrazione delle comprensioni fenomenologiche su strutture e territorio per la durabilità e il miglioramento della vita utile di dispositivi e soluzioni strutturali alla micro- e macro-scala. (iv) materiali e dispositive per micro/nano-fluidica. (v) Sviluppo di materiali ultraleggeri per l’aeronautica e di superfici multi-scala per l’efficientamento energetico dei trasporti, in generale, e dei trasporti aerei nella fattispecie, includendo una migliorata fruibilità nell’interazione uomo-infrastrutture e mezzi. Le tecnologie di stampa 3D, inoltre, permettono (vi) la prototipazione e test di batterie intelligenti, dispositivi e strategie di stoccaggio e trasformazione dell’energia, uno studio approfondito dei percorsi di ottimizzazione dei materiali (spazio dipendenti e design dipendenti) e comprensione dei dati meccanicistici.
L’ottenimento degli obiettivi prefissati per il 3DINGLab, nonché l’acquisizione dei parametri europei relativi alla digital e green transition, è convenientemente raggiungibile da tecnologie che permettono, per loro natura intrinseca, l’esplorazione di design e scale adatte alla modellazione digitale e per le quali sia disponibile e realizzabile un set di metadati univoci ed identificativi per la replicazione e l’ottimizzazione open source. In particolare, un siffatto contesto nascerebbe necessariamente interconnesso alle conoscenze dei settori dell’area 01, 08 e 09, dove algoritmi di machine learning, percorsi di digitalizzazione e gestione di “big data”, sviluppo di ontologie specifiche per la riproduzione dei processi, sono naturalmente legati alle potenzialità di testing e acquisizione delle tecnologie additive che realizzano campioni e design ad-hoc.
Nel contesto del 3DINGLab, infine, l’integrazione di tecnologie di stampa 3D alla nanoscala consente, un controllo preciso degli elementi architetturali (in confronto a scale macro e meso) per l’analisi degli effetti di imperfezioni geometriche sui comportamenti delle strutture. Permette, una capacità migliorata di ottimizzazione topologica – sulla base dell’applicazione macro di interesse – grazie alla diretta implementazione di strategie ML e dei processi sui volumi ridotti, e una identificazione dei meccanismi intrinseci di danneggiamento e deformazione in alta risoluzione beneficiando delle tecniche tipiche di analisi dei nanomateriali (SEM, FIB, nanoindentazione e nanomeccanica). La nanoscala coinvolge applicazioni in tutti i settori della sinergia del dipartimento di eccellenza: strutture ultraleggere, sensoristica integrata, smart batteries, smart materials, superfici funzionalizzate, fotonica ed ottica, biomateriali. In ultima istanza, l’accesso alle dimensioni sub-micrometriche è possibile solo grazie alla realizzazione di un contesto nel quale tecnologie su scale dimensionali aumentate possano permettere una progressiva integrazione dei dispositivi alle scale più piccole.