Sul Nacra 17 del campione trentino anche alcune componentistiche in titanio progettate e stampate in ProM Facility, il laboratorio di prototipazione rapida di Polo Meccatronica a Rovereto.
3 agosto 2021, Olimpiadi di Tokyo. Il duo italiano Ruggero Tita – Caterina Banti vince l’oro nella categoria Nacra 17, riportando dopo 21 anni la vela italiana sul più alto gradino del podio in una competizione olimpica.
Per battere i migliori atleti del mondo ci vogliono esperienza, nervi saldi, allenamento, tecnica e una grandissima determinazione.
Ma anche tanta tecnologia. Una tecnologia, quella dell’imbarcazione italiana, che ha radici in Trentino e in particolare in ProM Facility, il laboratorio di prototipazione rapida e stampa 3D di Polo Meccatronica a Rovereto.
Nell’incubatore high-tech di Trentino Sviluppo, l’ente di sistema della Provincia autonoma di Trento che si occupa di sviluppo territoriale, sono state infatti riprogettate e stampate in 3D alcune componentistiche dell’imbarcazione italiana, con l’obbiettivo di permettere ai due campioni di arrivare in acque giapponesi nelle condizioni migliori per vincere la competizione.
Cosa rende speciali questi pezzi? Il design su misura, unico al mondo, che li rende più leggeri di quelli originali, con un peso dimezzato, e le proprietà meccaniche, perché prodotti in titanio con la stampante 3D metallica.
Il titanio: un materiale speciale
Era la fine del 2019 quando Ruggero Tita, velista trentino, si è trovato davanti all’esigenza di alleggerire il più possibile la sua barca in vista delle olimpiadi di Tokyo 2020. La sfida era delle più difficili, perché il Nacra 17 è un catamarano one-design, quindi uguale per tutti gli atleti, e sono poche le aree su cui si può agire in libertà per renderlo più competitivo.
Per fare veramente la differenza era necessario affidarsi ad un centro specializzato, in cui trovare le professionalità giuste in materia di “reverse engineering”, prototipazione rapida e ottimizzazione di componentistiche.
Tita lo ha fatto guardando in casa, in Trentino, e ha bussato alla porta di ProM Facility, che è riconosciuto un unicum a livello nazionale per le competenze e la tecnologia all’avanguardia che riesce a mettere in campo.
Di fronte all’esigenza di togliere peso all’imbarcazione i tecnici del laboratorio hanno risposto con una sola parola: titanio. È un materiale costoso, difficile da lavorare, ma molto sofisticato e con altissime prestazioni, perché riesce a combinare elevate proprietà meccaniche e resistenza alla corrosione (fondamentale in campo nautico), elementi essenziali per sopportare gli sforzi e le sollecitazioni a cui la barca è sottoposta durante le regate, con una leggerezza che non ha eguali.
Utilizzando il titanio, le componentistiche hanno quindi pressoché dimezzato il proprio peso, essendo la densità circa la metà rispetto a quello dell’acciaio (4,4 g/cm3 vs 8 g/cm3 circa, a seconda della tipologia di acciaio), materiale di cui erano costituiti i pezzi originali.
Ottimizzazione dei componenti: il paranco 10:1
Grazie a ProM Facility Ruggero Tita è riuscito a fare un grande lavoro di ottimizzazione di alcuni componenti. Gli sforzi maggiori sono stati fatti sul paranco che, per via delle sue complesse caratteristiche tecniche e strutturali, è stato riprogettato interamente e stampato in 3D in titanio, in combinazione con pulegge in polimero e cuscinetti in ceramica. È formato da due carrucole che lavorano in coppia e che permettono all’atleta di manovrare la vela principale.
La sfida lanciata da Tita era questa: ridurre il peso e modificare la forma, per riuscire a governare la barca con meno sforzi possibili. I tecnici di ProM Facility hanno iniziato il loro lavoro facendo una scansione 3D del paranco originale, che era in acciaio inox. Questa operazione e l’analisi dei dati emersi sono stati fondamentali per avviare la progettazione di un nuovo modello ottimizzato, in cui le cime riuscissero a scorrere con maggiore fluidità, permettendo al tempo stesso una migliore manovrabilità.
La problematica più complessa da risolvere, nel caso del paranco, era data dalla sua dimensione. Le due parti che lo componevano raggiungevano nel loro lato più lungo rispettivamente 17,5 cm e 11,5 cm ed era impossibile riuscire a stamparle in titanio in un unico pezzo. La stampante 3D metallica Concept Laser MLab in uso a ProM Facility è infatti in grado di stampare pezzi che hanno una lunghezza massima di 9 cm. Si è dovuto pensare ad una soluzione alternativa, che ha portato ad un approccio ibrido, dove le componentistiche sono state create separatamente e assemblate in un secondo momento.
Si è partiti con il telaio delle due componenti, che rappresentava il grosso della struttura e che è stato stampato interamente in 3D in titanio con la stampante Concept Laser MLab. I due pezzi così ottenuti sono poi stati sottoposti a un trattamento termico di stress relief, necessario per massimizzare le proprietà meccaniche del prezioso materiale.
Per farlo si è utilizzato un forno apposito, dove i pezzi sono stati “cotti” per 4 ore a 850 °C. Usciti dal forno, hanno subito una fase di post processing, un passaggio che si fa sempre quando si usa la stampante metallica e che consiste nella rimozione dei supporti, la lucidatura degli oggetti ed eventuali lavorazioni meccaniche, come filettatura e foratura.
Con il tornio sono stati poi creati i due alberi, che sono stati uniti sui rispettivi telai con uno speciale adesivo strutturale dopo esser stati lavati accuratamente con una particolare lavatrice a ultrasuoni.
Sui due pezzi finiti sono state poi applicate due cover aerodinamiche in Nylon, precedentemente progettate su misura e stampate in 3D con una stampante HP Multijet Fusion 4200, che hanno il compito di proteggere il paranco dagli agenti atmosferici, migliorare i flussi d’aria ed evitare che le funi escano dalle pulegge.
Un lavoro durato circa un anno, che ha visto i tecnici di ProM Facility impegnati anche nell’ottimizzazione di un anello ad arco, di una forcella e di una placca da applicare all’albero della barca. Anche in questo caso le componentistiche, stampate in pezzi unici con la Concept Laser MLab, sono state sottoposte alle fasi di stress relief e post processing.
Una collaborazione sport-tech
Avere avuto l’opportunità di sfruttare le competenze tecniche, i materiali innovativi e la tecnologia d’avanguardia di ProM Facility, ha permesso a Ruggero Tita di creare un prodotto più competitivo rispetto a quelli che si trovano sul mercato e che rispecchiava le caratteristiche di cui aveva bisogno per dare il massimo, migliorando significativamente le performance della barca.
Anche per ProM Facility questa collaborazione è stata molto importante, perché si è inserita nel solco di una nuova area applicativa, quella dello sport-tech, in cui il laboratorio sta lavorando con successo, grazie alla sua capacità di fornire servizi di reverse engineering, prototipazione rapida, ottimizzazione e stampa 3D di componenti, per migliorare le prestazioni delle attrezzature utilizzate dagli atleti in gara.
Il futuro di ProM Facility
Trascorsi quattro anni dall’inizio dell’attività in Polo Meccatronica a Rovereto, ProM Facility sta consolidando la sua posizione di centro di eccellenza a livello nazionale per lo sviluppo di prototipi meccatronici a supporto dello sviluppo di prodotti innovativi. Il suo punto di forza è la possibilità di integrare diverse tecnologie abilitanti dell’industria 4.0 come la stampa 3D, l’intelligenza artificiale, lo smart manufacturing e l’elettronica di controllo in un unico laboratorio.
I settori in cui si sta interfacciando con maggior spinta sono l’automotive (in particolare il racing), l’aerospazio (in particolare per la progettazione e produzione di parti speciali per droni e satelliti) e il biomedicale (articolazioni robotiche, protesi stampate in 3D, ricostruzione di parti anatomiche tramite immagini tridimensionali).
Parlando di novità, il laboratorio ha installato da poco una nuova tomografia a raggi X, che permette di fotografare l’interno dei componenti stampati in 3D anche in metallo. Questo offre il grande vantaggio di poterli misurare ed esaminare internamente senza doverli toccare o danneggiare.
Ulteriori sforzi di investimento sono previsti nel potenziamento della stampa 3D metallica, nello sviluppo di materiali per applicazioni speciali e nell’intelligenza artificiale, anche in sinergia con il nuovo Competence Centre di Università di Trento e Fondazione Bruno Kessler, che avrà il suo laboratorio di robotica e automazione industriale proprio all’interno di Polo Meccatronica, di fianco a ProM Facility.
Il laboratorio si posiziona come anello di congiunzione fra ricerca applicata e industria manifatturiera avanzata. Lo sviluppo tecnologico e la formazione specialistica offerti vanno sempre in favore delle aziende e prendono linfa dall’investimento in competenze di ricerca presenti sul territorio trentino (si veda Unitn e FBK) con cui Trentino Sviluppo è legata tramite una stretta partnership fatta di impegni reciproci e di messa a disposizione di personale altamente qualificato.
